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化学平衡状态的标志和判断课件


一、教学目的:

1、了解化学反应的可逆性,理解化 学平衡的涵义。 2、掌握达到平衡的标志。
3、学会判断化学反应是否达到平衡。 4、掌握等效平衡的一些知识。

一、化学平衡的概念。

在一定条件下的可逆反应里,正反应 和逆反应速率相等,反应混合物中各 组分的浓度保持不变的状态叫化学平 衡状态。它的建立与反应途径无关, 从正反应或逆反应开始都可以建立平 衡状态。

二、达到平衡的标志:

1、逆:化学平衡研究的对象是可逆反应, 可逆反应不能进行到底,即反应过程中反 应物(生成物)不能全部转化为生成物 (反应物)。
2、“动”达到平衡时,V正=V逆≠0,即 化学平衡是动态平衡,正反应和逆反应仍 在继续进行。

3、等V正=V逆它的具体含义有两个方面 ( 1 )用同一种物质来表示反应速率时, 该物质的生成速率与消耗速率相等。即单 位时间内生成与消耗某反应物(生成物) 的量相等。 ( i )表示两个不同的 (2)用不同种物 质来表示反应速 率时速率不一定 相等但必须符合 两方面

方向。 ( ii )速率之比 = 浓度 的变化量之比=物质的 量的变化量之比=化学 方程式中相应的化学 计量数之比。

例:下列说法中,可以证明反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态的是( ) A 1个N≡N键断裂的同时,有 3 个 H-H键形 成 B 1个N≡N键断裂的同时,有 3 个 H-H键断 裂

C 1个N≡N键断裂的同时,有 6个 N-H 键断 裂

分析:A、N≡N断裂代表正反应速率, H-H键形成代表逆反应速率,且比值为1: 2,正确。
B、N≡N断裂,H-H断裂都只代表逆反应 速率,错误。

C、N-H键断裂代表逆反应速率,N≡N断 裂代表正反应速率,且Δ N2:Δ NH3=1:2, ∴正确
D、表示反应速率的方向一致,∴错误。

答案:A、C

4、定:因为V正=V逆≠0,所以同一瞬 间,同一物质的生成量等于消耗量。总的 结果是混合体系中各组成成分的物质的量、 质量,物质的量浓度,各成分的百分含量 (体积分数、质量分数),转化率,等不 随时间变化而变化。或在反应过程中,某 一直在变化的物理量(如M、ρ 、p、T等) 某一时刻保持不变即达到了平衡。有气体 参与的可逆反应: (1)从反应混合气体的平均相对分子质量 总 M考虑 M ? m n总

(I)若各物质均为气体 对于非等摩反应,如2SO2+O2 一定可做为平衡标志。 2SO3,M

对于等摩反应, H2+Cl2=2HCl , M 一定不 能做为平衡标志。 ( II )若有非气体参与,无论等摩非等摩 反应,如C(s)+O2(g) CO2(g), CO2(g)+C(s) 2CO(g),M一定可标志达到 平衡。

(2)从气体密度考虑 ?

?

m v

(I)当反应前后各成分均为气体时 恒容:ρ 总为恒值,不能做平衡标志。 恒压:等摩反应,ρ 总为恒值,不能作 平 衡标志。 非等摩反应,ρ 为一定值时,可 做

(II)当有非气体物质参与时 恒容:ρ 为一定值时,可作平衡标志。 恒压:ρ 为一定值时,可作平衡标志。

(3)从体系 内部压强考虑: 当 Δ n(g)=0 ,即等摩反应 因为恒容、恒 则 p 为恒值,不能作平衡 温条件下, n(g)越大则压 标志。 强p就越大, Δ n(g)≠0,则当p一定时, 则无论各成份 可做平衡标志。 是否均为气体, 只需考虑 Δ n(g)。

(4)从体系内部温度考虑:当化学平 衡尚未建立成平衡发生移动时,反应总 要放出或吸收热量,若为绝热体系,当 体系内温度一定时,则标志达到平衡。

练习1:可逆反应。2HI(g) H2(g)+I2(g)在 密闭容器中进行,当下列4项中某项不取随 时间变化时,才能说明反应已达平衡( ) A 容器内压强 C 各组分浓度 B 平均相对分子质量 D 混合气体颜色

分析:该反应是一个气体体积不变的反 应,在任何情况下,混合气体的质量、物质 的量,平均相对分子质量保持不变,在恒容 下,气体的密度保持不变;在恒温、恒容下, 气体压强很难不变。反应混合物中只有I2(g)有 颜色,混合气体的颜色不变,说明I2(g)的浓度 不变,反应达到平衡。 答案:C D 注意:对于反应前后气体体积不变的反应, 通常不能用物质的量、容器的压强,气体的 密度平均相对分子质量等是否变化作为判断 平衡状态的标志。

练习2:在一定条件下,反应 2A(g)+2B(g) 3C(g)+D(g)达到平衡状态 的标志是( )
A 单位时间内生成2n molA,同时生成n molD B 容器内的压强不随时间而变化 C 单位时间内生成n molB,同时消耗1.5n molC D 容器内混合气体密度不随时间而变化

分析:A:生成A指逆反应方向,生 ?C A 2 成D指正反应方向?CD ? 1 符合化学计量数 比,∴A正确。 B:由于此反应为等摩反应,压强始终不 变,所以此反应压强不能做为平衡的标志。 C:生成B的方向指逆反应方向,消耗C的 方向也指逆反应方向,方向一致,C错误。 D:由于此反应物质皆为气体,且又是等 摩反应,所以密度始终不变,此反应密度 不能做为平衡的标志。 答案:A

练习3:
在一定条件下,化学反应N2+3H2 达到平衡,下列说法正确的是( 2NH3 )

A 容器内平均相对分子质量不随时间变化

B N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
C N2减少的速率和NH3减少的速率之比为 1:2
1 D 气体体积为初始体积的 2

m总 分析:由于M= n总 而此反应又为非等摩

反应,M不随时间变化相当于C固定, ∴M可做为平衡的标志,∴A正确。

B、由于物质的浓度变化量之比=化学方 程式计量比,所以若N2、H2、NH3以1:3:2 的比例投料,则任何状况下N2:H2:NH3的 浓度比都等于1:3:2。

C、N2的减少指正反应,NH3的减少指逆 VN 2 1 反应, ∴ C 正确。 ? V 2
NH 3

D、由于此反应体积减少的量恰好为原来 初始体积的一半,所以任何状况下气体体 1 积都为初始体积的 2 ∴D错误。
∴答案为A、C

练习4:在一定条件下,反应2NO+O2 2NO2达到平衡的标志( )
A NO、O2、NO2分子数目比是2:1:2 B 反应混合物中各组成物质的浓度相等

C 混合气体的颜色不再发生变化
D 混合气体的平均相对分子质量不变

分析:若起始投料NO:O2:NO2=2:1:2, 任何状态下NO、O2、NO2分子数目之比都 为2:1:2 ∴A错误。 B、平衡的标志是浓度固定,而不是浓度 相等,所以B错误。 C、混合气体的颜色是由NO2的浓度决定, 颜色不再发生变化,说明NO2的浓度固定, ∴C正确。 D、由于体系中物质皆为气体,且该反应 为非等摩反应,所以平均分子量可以做为 平衡标志,∴D正确。 答案:C、D

练习5:在2NO2 N2O4的可逆反应中,下列状 态属平衡状态的是( ) A V正=V逆≠0时的状态 B NO2全部转变成N2O4的状态 C [NO2]=[N2O4]的状态 D N2O4不再分解的状态 E 混合物中,NO2的百分含量不再改变的状态 F NO2的分子数与N2O4分子数的比值为2:1的状 态 G 体系的颜色不再发生变化的状态

分析:化学反应达到平衡时,V正=V逆, 但反应仍在进行,反应速率不为零,故A 正确。
平衡时,各组分的百分含量保持不变,但 并不一定存在[NO2]等于[N2O4],或二者分 子数之比为2:1的情况,所以C、F错误,E 正确。

由于该反应是可逆反应,反应不能进行到 底,达平衡时,存在着反应物与生成物共 存的体系。故B错误。

对于2NO2 N2O4这个具体的反应而言, 由于NO2呈棕色而N2O4无色,达平衡时各 组分的百分含量保持不变,体系的颜色也 就不再改变。 答案:A、E、G

5、变:改变影响化学平衡的条件, 平衡就被破坏,正逆反应速率不再相等, 平衡发生移动,直至建立新的平衡。
6、化学平衡的建立与反应的途径无关。 同一可逆反应,只有条件相同(即温度、 压强相同)并按化学方程式计量数的相应 量配比,使容器中总质量保持不变,则无 论从正反应开始,还是从逆反应开始,或 正、逆反应同时开始,最终都会达到同一 平衡状态。

二、等效平衡

1、对于同一可逆反应,当外界条件不变时, 反应无论从正反应开始,还是从逆反应开 始都可建立同一平衡状态。
2、等效平衡类型

(1)恒温恒容时非等摩反应,物料相当。 如2SO2+O2 2SO2,恒容时,充入 2molSO2、1molO2和充入2molSO3时等效。

练习:在一定温度下,把2mol SO2和 1mol O2通入一个一定容积的密闭容器里, 发生如下反应:2SO2+O2 催化剂 2SO3,当 Δ 此反应进行到一定程度时,反应混合物就 处于化学平衡状态,现在该容器中维持温 度不就,令a、b、c分别代表初始加入的 SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a、 b、c取不同的数值,它们必须满足一定的 相互关系,才能保证达到平衡时,反应混 合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡 时的完全相同,请填写下列空白:

(1)若a=0,b=0,则c= ______ 。 (2)若a=0.5,则b= ______和c= ______。 (3)a、b、c必须满足的一般条件是(请用 两个方程式表示,其中一个只含a,c另一个 只含b,c___________ ____________。 解题思路:有关气体的物质的量不论取何值, 都把它转化成最初给定气体的物质的量,若 其值与题干给出的量相同,则符合题意。

①根据恒容非等摩反应,物料相当C=2。
② a=0.5mol与最初给定的物质的量2mol差 1.5mol,因为SO2和SO3的化学计量数相等: C=1.5mol。又∵O2与SO3的化学计量数之比 c 为1:2,∴b+ 2 =1 ∴b=0.25mol。

③把a、b、c转化为最初给定的物量的量, 即C→0,则SO2、O2分别为2mol、1mol即 c 等效,也就是说必须符合a+c=2 b+ 2 =1。
答案:(1)c=2 (2)b=0.25 c=1.5

(3)a+c=2

2b+c=2

(2)恒温恒容时的等摩反应,恒温恒压 时的等摩与非等摩反应。由于这三种情况 改变浓度,平衡不移动,符合物料比即可。
如VL带活塞的容器,保持t℃和1标准大 气压,分别投入2mol N2和5mol H2,4mol N2和10mol H2建立平衡时,两容器中NH3 质量分数相等。

点评:同学们可以在理解的基础上记住 以下“等效平衡”规律:在定温,定容条件 下,只改变起始时加入物质的物质的量,如 通过可逆反应的化学计量数比换算成化学方 程式同一半边的物质的物质的量与原平衡相 同,则平衡等效。 在定温、定压下,改变起始时加入物质 的物质的量,只要按化学计量数换算成化学 方程式同一半边的物质的量之比与原平衡相 同,到达平衡后与原平衡等效。


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