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文檔簡介
第三節(jié)化學反應速率和限度第三課時——化學反應限度化學平衡
①2H2+O2=2H2O
已知:2mol1mol
②2SO2+O22SO3
已知:2mol1mol
點燃催化劑△2mol?<2mol?思考:我們知道在化學反應中,反應物之間是按照化學方程式中的系數(shù)比進行反應的,那么,在實際反應中,反應物能否按相應的計量關系完全轉化為生成物呢?由上可知可逆反應進行得不完全,正、逆向反應同時同條件進行?;瘜W反應物不可能全部轉化為生成物,存在一定的化學反應限度。其實任何化學反應的進程都有一定的限度(可逆性),反應物不可能完全參加了反應,有些能進行地較徹底(非可逆反應),有些反應是不徹底的,甚至是可逆的(可逆反應)。結論三、化學反應限度1.可逆反應:在相同條件下能向正反應方向進行同時又能向逆反應方向進行的反應稱為可逆反應。N2+3H22NH3催化劑高溫高壓2SO2+O22SO3催化劑高溫
Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電2H2OH2↑+O2↑電解點燃√×√×工程師的設想
17世紀后期,人們發(fā)現(xiàn)高爐煉鐵所排出的高爐氣中含有相當量的CO,作為工業(yè)革命發(fā)源地的英國有些工程師認為-------這是由于CO和鐵礦石的接觸時間不長所造成的,于是在英國耗費了大量資金建造了一個高大的煉鐵高爐(如圖),以增加CO和鐵礦石的接觸時間??墒呛髞戆l(fā)現(xiàn)用這個高爐煉鐵,所排出的高爐氣中CO的含量并沒有減少,你知道為什么嗎?可逆反應原料利用率的高低問題就涉及到化學反應進行的程度問題——化學平衡。
思考:在硫酸工業(yè)、硝酸工業(yè)都涉及到可逆反應,從效益的角度應考慮:(1)反應速率大。(2)原料的利用率要高。
2、溶解平衡蔗糖溶解:v(溶解)=v(結晶)蔗糖的溶解達最大程度,即形成飽和溶液.
達到溶解平衡。1.溶解平衡是如何建立的?2.溶解平衡平衡是否是不再溶解蔗糖了?溶解平衡的特征v(溶解)=v(結晶)≠0;
晶體質量不發(fā)生變化,溶液濃度不發(fā)生變化即得飽和溶液;●溶解平衡是動態(tài)平衡。3、化學平衡的定義:
將0.1molCO和0.1molH2O(g)通入容積為1L的密閉容器中,在催化劑存在的條件下加熱到8000C,發(fā)生如下反應:CO+H2O(g)CO2+H2催化劑高溫起始濃度變化濃度最終濃度0.10.1000.040.040.040.040.060.040.040.06實驗發(fā)現(xiàn)上述反應無論反應進行多長時間,各物質的濃度都不再發(fā)生變化。思考
體系中CO,H2O,CO2,H2的濃度保持不變與正逆反應速率有什么關系?這時可逆反應達到了什么狀態(tài)?N2+H2NH3
在一固定容積的密閉容器里,加1molN2和3molH2
(合適催化劑),能發(fā)生什么反應?(1)開始時c(N2)、c(H2)大,c(NH3)=0開始階段有什么特征?只有正反應,v(逆)=0催化劑N2+3H22NH3高溫N2+H2NH3(2)瞬間后c(N2)、c(H2
)變小,c(NH3)≠0瞬間過后有什么特征?正逆反應都進行,v(逆)≠0,v(正)>v(逆)
(3)c(N2)、c(H2)逐漸變小,c(NH3)逐漸增大,三種物質的濃度達到一個特定值。一定時間段內有什么特征?v(正)=v(逆)
≠0N2+H2NH3
由于v(正)=v(逆)
≠0,雖然正、逆反應都在進行,但各種物質的百分含量、濃度都不會發(fā)生變化.從外表上看,反應好象“停止”。
可逆反應的這種特殊狀態(tài)就是我們今天要研究的化學平衡狀態(tài)。平衡建立:速率---時間圖象
V(正)V(逆)V(正)=V(逆)反應速率時間化學平衡的定義:
化學平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆反應里,正反應和逆反應的速率相等,反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài),簡稱化學平衡.注意:1.一定條件:恒溫恒容下或恒溫恒壓.2.研究的對象:可逆反應.3.本質特征(實質):對同一物質正反應速率==逆反應速率≠04.標志:反應混合物中各組分的濃度(或百分含量)保持不變的狀態(tài)高爐煉鐵中Fe2O3+3CO2Fe+3CO2反應開始高爐內有1molFe2O3、3molCO下列說法正確的是()Fe2O3與CO充分反應后生成2molFe、
3molCO2。B.隨著反應進行,正反應速率逐漸減小,最后為0。C.當生成的鐵的質量不隨時間改變時,化學反應停止。D.當化學反應達平衡時,F(xiàn)e2O3轉化率最大D
練習:在2升的密閉容器中2molSO2和一定量的氧氣,發(fā)生反應.當反應進行到4min時,測得此時SO2為0.4mol,問在反應進行到2min時,密閉容器中SO2的物質的量是()A1.6molB1.2molC大于1.6molD小于1.2molD等:v(正)=v(逆)達到平衡,即同一物質的消耗速率與生成速率相等。動:
化學平衡是一種動態(tài)平衡:即正反應和逆反應在不斷的進行且速率相等。v(正)=v(逆)>0逆:可逆反應化學平衡的特征:
定:條件不變時,各組分濃度保持不變。即反應進行到最大限度。變:條件是建立平衡的前提平衡是短暫的、相對的,一定條件下的平衡,如果條件改變時,原平衡就被破壞,在新條件下,達到新的平衡。
例1.在密閉容器中充入SO2和由18O原子組成的氧氣,在一定條件下開始反應,在達到平衡后,18O存在于()
A、只存在于氧氣中
B、只存在于O2和SO3中
C、只存在于SO2和SO3中
D、SO2、SO3、O2中都有可能存在。D
2.在一定條件下,某容器內充入N2和H2合成氨,以下敘述中錯誤的是()A、開始反應時,正反應速率最大,逆反應速率為零。
B、隨著反應的進行,正反應速率減小,最后降為零。
C、隨著反應的進行,正反應速率減小,逆反應速率增大,最后相等。
D、在達到平衡時,N2正反應速率等于逆反應速率。B三、化學平衡狀態(tài)的標志(判斷依據(jù))(1)υ正=υ逆(根本標志)①同一物質:該物質生成速率等于它的消耗速率。②不同的物質:2SO2+O2
2SO3
V(SO2)正:V(O2)逆
==2:1V(SO2)正:V(SO2)逆
==1:1V(SO2)正:V(O2)正==2:1?
可逆反應N2+3H2
2NH3的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是
A
3
正
N2
=
正
H2
B
正
N2
=
逆
NH3
C
2
正
H2
=3
逆
NH3
D
正
N2
=3
逆
H2
C例:可逆反應2A+3B≒4C在一定條件下達到化學平衡的標志是:A.一定時間內有2mol的A生成同時有3mol的B生成
B.一定時間內有2mol的A消耗,同時有4mol的C生成
C.一定時間內有4mol的C分解,同時有3mol的B消耗
D.一定時間內有2mol的A消耗,同時有3mol的B生成CD例:平衡狀態(tài)的判斷正逆反應速率的關系1)在單位時間內消耗了mmolA,同時生成了mmolA;2)在單位時間內消耗了nmolB,同時消耗了pmolC;3)v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=
m∶n∶p∶q;4)在單位時間內生成了nmolB,同時消耗了qmolD。v正=v逆,平衡v正=v逆,平衡未達到平衡時也符合此關系均指v逆,不一定平衡mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)③化學鍵的角度:同一種物質:
V斷裂化學鍵
=V形成化學鍵
不同物質:考慮系數(shù)、分子內化學鍵數(shù)、正逆速率。【例2】下列說法可以證明反應N2+3H22NH3
已達平衡狀態(tài)的是()A.1個N≡N鍵斷裂的同時,有3個H-H鍵形成B.1個N≡N鍵斷裂的同時,有3個H-H鍵斷裂C.1個N≡N鍵斷裂的同時,有6個N-H鍵斷裂D.1個N≡N鍵斷裂的同時,有6個N-H鍵形成E.N2與H2
反應速率之比為1:3F.外界條件不變,正反應速率大小不隨時間改變ACF
以速率判斷平衡時必須是不同方向同物質相等不同物質速率之比等于系數(shù)之比(2)混合物中各組分的濃度保持不變:①各組分的物質的量濃度、質量分數(shù)、物質的量分數(shù)、氣體的體積分數(shù)保持不變。②各組分的質量、物質的量、分子數(shù)、氣體的體積保持不變。
③反應物的轉化率、產物的產率保持不變。④體系的溫度、顏色等保持不變。如:恒壓恒容容器中:H2+I22HI,
若體系的溫度或氣體的顏色不再發(fā)生變化.
則反應一定達到平衡.⑤aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
若a+b≠c+d即非等體積反應時:若總物質的量、總壓強(恒容)、平均摩爾質量保持不變,則反應一定達平衡.
⑤aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
若a+b=c+d即等體積反應時:
若總物質的量、總壓強(恒容)、平均摩爾質量保持不變.
則不能說明達到平衡.
例:可逆反應2NO22NO+O2在密閉容器中反應(恒容),達到平衡狀態(tài)的標志是()A.單位時間內生成nmolO2的同時生成2nmolNO2;B.NO2、NO、O2的物質的量之比為2:2:1的狀態(tài)。C.用NO2、NO、O2的物質的量濃度變化表示的反應速率的比為2∶2∶1的狀態(tài);D.混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài);E.混合氣體的密度不再改變的狀態(tài);F.混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態(tài)
ADF例:在一定溫度下,向密閉容器中充入一定的NO2和SO2,發(fā)生反應:
NO2+SO2NO+SO3,當化學反應達到平衡時,下列敘述正確的是()A.NO和SO3的物質的量一定相等.B.NO2和SO3的物質的量一定相等.C.反應后混合物的總物質的量一定等于反應開始時NO2和SO2的總物質的量.D.SO2、NO2、NO、SO3物質的量一定相等。AC例:對一固定容積的密閉容器中進行的可逆反應:4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)下列說法中能確認反應已達到平衡狀態(tài)的是()
A.反應混合物中各組分濃度相等.B.單位時間內每有4molNH3被氧化,同時有5molO2被還原.C.單位時間內4molNH3被消耗同時有5molO2生成.D.NH3的轉化率保持不變CD【例】在一定溫度下,可逆反應A(氣)+3B(氣)2C(氣)達到平衡的標志是()A.
C的生成速率與C分解的速率相等B.單位時間內生成nmolA,同時生成
3nmolBC.
A、B、C的濃度不再變化D.
A、B、C的分子數(shù)比為1:3:2單位時間內生成nmolA,同時生成2nmolCACE解題方法:1、反應速率是看一正一逆;2、反應濃度不隨時間變化.
例:在恒溫恒容的密閉容器中,可逆反應:2S
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