1、第第 二二 节节 化学平衡化学平衡回顾我们所接触的各种反应：回顾我们所接触的各种反应：Ag+Cl-=AgCl2Na+2H2O=2NaOH+H22Mg+O2=2MgO点燃点燃对于这些对于这些不可逆反应不可逆反应，我们在进行化学计算时，从未关心过反应能否，我们在进行化学计算时，从未关心过反应能否进行彻底的问题，即限度问题，各种反应物之间是一种进行彻底的问题，即限度问题，各种反应物之间是一种“同归于尽同归于尽”或者或者“你死我活你死我活”的关系。它们的关系。它们不存在限度，即反应能进行彻底不存在限度，即反应能进行彻底。那么那么可逆反应可逆反应呢？它们就呢？它们就有限度有限度，即反应，即反应不能进行彻
2、底不能进行彻底。其实对于限。其实对于限度，我们并不陌生，比如某种固体在水中的溶解就存在限度。度，我们并不陌生，比如某种固体在水中的溶解就存在限度。一大块糖一大块糖放入水中放入水中一段时间后一段时间后溶液浓度、糖块质量溶液浓度、糖块质量保持不变。保持不变。达到溶解限度，达到溶解限度，形成饱和溶液。形成饱和溶液。但是经过仔细的长时间观察发现：饱和溶液并不是一个静止的系统，但是经过仔细的长时间观察发现：饱和溶液并不是一个静止的系统，未溶解的那一部分固体，其质量虽然不变，但是他的外形却在变化，未溶解的那一部分固体，其质量虽然不变，但是他的外形却在变化，小晶体会长大，有的棱角会消失。小晶体会长大，有的棱
3、角会消失。固体溶质固体溶质 溶液中的溶质溶液中的溶质结晶结晶溶解溶解其实，从最初糖块进入水中开始，其实，从最初糖块进入水中开始，这两个过程就一直同时存在。这两个过程就一直同时存在。思考：既然“固体溶解”和“溶液结晶” 这两个过程一直存 在，为什么在起初，我们只看到了其中之一的“固体 溶解”；而在溶液饱和后，一个也看不到了。时间时间t速率速率v0溶解溶解速率速率结晶结晶速率速率可逆过程虽然永远有两个相反的方向，但是因为二者速率不等，我们永可逆过程虽然永远有两个相反的方向，但是因为二者速率不等，我们永远只能观察到那个速率相对较大的过程，而当二者速率相等时，我们在远只能观察到那个速率相对较大的过程，
4、而当二者速率相等时，我们在宏观上将看不到任何变化。就像上图水池中的水位变化一样。宏观上将看不到任何变化。就像上图水池中的水位变化一样。达到饱和达到饱和进水口进水口出水口出水口一、可逆反应一、可逆反应1、可逆反应的特征N2+3H2 2NH3双向性双向性正反应正反应逆反应逆反应思考：在这个反应中，v正和v逆分别指什么，都和谁的浓度有关v正正 V正正 (N2)： V正正 (H2)： V正正 (NH3)：N2的消耗速率的消耗速率H2的消耗速率的消耗速率NH3的生成速率的生成速率取决于取决于N2和和H2的浓度的浓度思考：这三个v正之间有什么关系？v逆逆 V逆逆 (N2)： V逆逆 (H2)： V逆逆 (
5、NH3)：N2的生成速率的生成速率H2的生成速率的生成速率NH3的消耗速率的消耗速率取决于取决于NH3的浓度的浓度N2+3H2 2NH3双同性双同性同一条件，同时进行同一条件，同时进行Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电放电 充电充电2H2+O22H2O 与与 2H2O 2H2+O2不彻底性不彻底性( (共存性共存性) )可逆反应不能进行彻底，即存在限度和平衡。平衡时，任何一种物质可逆反应不能进行彻底，即存在限度和平衡。平衡时，任何一种物质都不能为都不能为0 0。转化率。转化率100100，也即反应物和生成物共存。，也即反应物和生成物共存。C例例1 1，一定条
6、件下，可逆反应一定条件下，可逆反应：X(g)3Y(g)2Z(g)，若若X、Y、Z 的起始浓度分别为的起始浓度分别为c1 molL1、c2 molL1、c3 molL1(均不为零均不为零)，反应达到平衡时反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为的浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1。则下列判断不正确的是则下列判断不正确的是()Ac1c213 B平衡时平衡时，Y和和Z的生成速率之比为的生成速率之比为32CX、Y的转化率不相等的转化率不相等Dc1的取值范围为的取值范围为0c10.142、常见的可逆反应N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温高压高温高压2SO2+O2 2
7、SO3催化剂催化剂高温高温 SO2 +H2O H2SO3NH3 +H2O NH3 H2OH2+I2 2HI 加热加热CO2+H2O H2CO32NO2 N2O4Cl2 + H2O HCl+HClO只有可逆反应才有限度，才有化学平衡，那么什么是化学平衡呢？只有可逆反应才有限度，才有化学平衡，那么什么是化学平衡呢？二、化学平衡状态二、化学平衡状态1、化学平衡状态的建立. .V V正正=v=v逆逆时间时间t速率速率v0. .V正正 (N2)V逆逆 (N2)平衡状态平衡状态时间时间t浓度浓度 c0H2NH3N2思考：从ct图像来看，t1之前，反应似乎一直在向右进行，有同学认为没有逆反应的进行，对此，你
8、怎么看？对于可逆反应，你永远只能看到它的一面。对于可逆反应，你永远只能看到它的一面。V逆：挣钱速率逆：挣钱速率V正：花钱速率正：花钱速率当当V V正正 V V逆：你的钱数在钱少，逆：你的钱数在钱少，当当V V正正 V V逆：你的钱数在增多，逆：你的钱数在增多，当当V V正正 = V= V逆：你的钱数不会变，逆：你的钱数不会变，等：等：v v( (正正) )v v( (逆逆) ) 00动：动态平衡，不能说反应停止了。动：动态平衡，不能说反应停止了。定：反应混合物中各组分的含量保持不变，各组分的浓度保持一定。定：反应混合物中各组分的含量保持不变，各组分的浓度保持一定。变：条件改变，原平衡被破坏，在
9、新的条件下变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下 建立新的平衡。建立新的平衡。2、化学平衡状态的特征3、化学平衡状态的判定怎样证明一个可逆反应达到平衡状态了？怎样证明一个可逆反应达到平衡状态了？正逆相等正逆相等 ； 变量不变变量不变正逆相等正逆相等N2+3H2 2NH3b b、用不同物质用不同物质, ,正逆反应速率必须正逆反应速率必须= =化学计量数之比化学计量数之比如：单位时间内，消耗如：单位时间内，消耗3molH2，同时消耗，同时消耗2molNH3如：单位时间内，消耗如：单位时间内，消耗1molN2，同时生成，同时生成3molH2如：单位时间内，消耗如：单位时间内，消耗1mol N1mo
10、l N2 2，同时消耗同时消耗3mol H3mol H2 2 如：单位时间内，消耗如：单位时间内，消耗1mol N1mol N2 2，同时生成同时生成2mol NH2mol NH3 3 a、用用同一物质，同一物质，V V消消=V=V生生( (消耗速率等于生成速率消耗速率等于生成速率) )如如:单位时间内生成单位时间内生成amolN2，同时消耗同时消耗amolN2 如如:单位时间内单位时间内断裂断裂1mol 1mol 键，同时形成键，同时形成1mol 1mol NNNN如如:v正正（N2）=v逆逆（N2）如如: 单位时间内单位时间内断裂断裂1mol 1mol 键，同时形成键，同时形成3mol H
11、-H3mol H-H键键NN例例2 2、可逆反应可逆反应 的正、逆反应速率可用各反应的正、逆反应速率可用各反应 物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到 平衡状态的是（平衡状态的是（ ） A.3v正正(N2)=v正正(H2) B.v正正(N2)=v逆逆(NH3) C.2v正正(H2)=3v逆逆(NH3) D.v正正(N2)=3v逆逆(H2) N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3C例例3 3：反应：反应mA(g)+nB (g) pC(g) ，达到平衡的标志为：，达到平衡的标志为： 、A的消耗速率与的消耗速率与
12、A的生成速率的生成速率、A的消耗速率与的消耗速率与C的的 速率之比等于速率之比等于 。、B的生成速率与的生成速率与C的的 速率之比等于速率之比等于 。、A的生成速率与的生成速率与B的的 速率之比等于速率之比等于 。变量不变变量不变mB、nB、CB、质量分数质量分数wB、转化率转化率B B、颜色、绝热容器内的温度颜色、绝热容器内的温度等不再变化时，可以证明反应达到了平衡状态等不再变化时，可以证明反应达到了平衡状态。其中的其中的B B指的是反应体系中的某一种物质，不是整体量。指的是反应体系中的某一种物质，不是整体量。某种气体的体积分数（即物质的量分数）某种气体的体积分数（即物质的量分数）B B不再
13、变化时，要具体分析：不再变化时，要具体分析：第一类第一类第二类第二类请大家试着分析此反应中请大家试着分析此反应中B、C的体积分数变化的体积分数变化A(s)=B(g)+C(g)绝大多数情况下绝大多数情况下，体积分数，体积分数B B不变，可以作为判断平衡的依据不变，可以作为判断平衡的依据个别情况例外个别情况例外，A(s) B(g)+C(g)时间时间B B的物质的量的物质的量C C的物质的量的物质的量起始起始001min0.20.22min0.30.33min0.40.4 我们发现：从反应开始起，我们发现：从反应开始起， B= =1/2 、C = =1/2。始终没有改变，不始终没有改变，不是变量，不
14、能作为判断平衡状态的依据是变量，不能作为判断平衡状态的依据思考：A(s)=2B(g)+C(g)，分析此反应中，气体体积分数的变化，分析此反应中，气体体积分数的变化思考：我们已经知道反应前后，所有物质的总质量是不会变的，即质量守恒。那么总物质的量呢？也不变吗？A(g)+B(g) 2C(g)时间时间nAnBnCn n总总起始起始11021min0.80.80.422min0.70.70.623min0.65 0.650.724min0.60.60.825min0.60.60.82 A(g)+B(g) C(g)时间时间nAnBnCn n总总起始起始1102.001min0.80.80.21.802m
15、in0.70.70.31.703min0.65 0.650.351.654min0.60.60.401.605min0.60.60.40 1.60 保保持持不不变变逐逐渐渐减减少少你有什么发现？你有什么发现？第三类第三类气体的总物质的量气体的总物质的量n、体积、体积V、压强、压强P，要具体分析：，要具体分析：这些都不是某一种物质的数据，而是所有气体的整体量。这些都不是某一种物质的数据，而是所有气体的整体量。A(g)+B(g) 2C(g)A(g)+B(g) C(g)气体的总物质的量气体的总物质的量恒温恒容时的压强恒温恒容时的压强P恒温恒压时的体积恒温恒压时的体积V不变不变不变不变不变不变减少减少
16、减少减少减少减少对于这三个量，若反应前后气体系数不相等，则可以作为判断依据对于这三个量，若反应前后气体系数不相等，则可以作为判断依据第四类第四类恒温恒温恒容恒容时，时，气体气体的密度的密度不再变化时，要具体分析：不再变化时，要具体分析：m总总 =V不会变不会变找固体找固体，若方程式中有固体，则，若方程式中有固体，则气体总质量气体总质量会变化会变化对于反应：对于反应：A(s)+B(g)=C(g)mA + mB + mC不变不变（质量守恒）（质量守恒）质量减少质量减少质量增加质量增加恒容时，凡是有固体参与的反应，恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变其气体密度都会变第五类第五类混合气体的平
17、均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量M，不再变化时，要具体分析：，不再变化时，要具体分析：m总总M=n总总看气体系数看气体系数找固体找固体分子、分母只要有一个是变量，分子、分母只要有一个是变量，M 即可作为判断平衡的依据即可作为判断平衡的依据A(g)+B(g) 2C(g)A(g)+B(g) C(g)A(s)+B(g) C(g)m总总n总总M不变不变不变不变不变不变不变不变变变变变变变不变不变变变思考： 此反应的平均摩尔质量不再变化时，能 否证明反应达到平衡状态？A(s)=B(g)+C(g)【例例4 4】在一定温度下的恒容容器中在一定温度下的恒容容器中, ,当下列物理量不再发生变化时当下列物理量不再
18、发生变化时, ,表明反应表明反应: : A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是（其中只有已达平衡状态的是（其中只有B B气气体有颜色）体有颜色） A.A.混合气体的压强混合气体的压强B.B.混合气体的密度混合气体的密度C.C.气体的平均分子量气体的平均分子量 D.D.气体的颜色气体的颜色B C D【例例5 5】在一定温度下在一定温度下, ,下列叙述不是可逆反下列叙述不是可逆反A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是达到平衡的标志的是C的生成的生成 速率与速率与C的分解速率相等的分解速率相等 单位时间内生成单位时间内生成amolA, ,同时生成同时生成3
19、amolB A、B、C的浓度不再变化的浓度不再变化A、B、C的百分含量不再变化的百分含量不再变化混合气体的总压强不再变化混合气体的总压强不再变化混合气体的物质的量不再变化混合气体的物质的量不再变化单位时间内消耗单位时间内消耗amolA, ,同时生成同时生成 3amolBA、B、C、D的分子数之比为的分子数之比为1:3:2:2A. B. C. D.A【例例6 6】在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：甲：甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)乙：乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)现有下列状态：现有下列状态：混合气体平均相对分子质量不再改变混合气体平均相对分子质量不再改变恒温时，气体压强不再改变各气体组成浓度相等恒温时，气体压强不再改变各气体组成浓度相等体系中温度保持不变断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的体系中温度保持不变断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2 2倍倍混合气体密度不变混合气体密度不变单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为9：1其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( () )A B C DD
