第二节化学平衡

第二节化学平衡

思考 • 试根据反应速率理论分析对于 N2 + 3H2 2NH3反应通过哪些条件下的改变可加快反应速率？化工生产要解决的两个问题一、化学反应速率问题即：如何提高在单位时间内合成氨的产量。二、化学反应的转化率问题 ——化学平衡如何使H2和N2尽可能多转化为NH3，即反应进行程度

已知的“平衡” 物理学中：力平衡—— 两个力大小相等方向相反，合力为零 生物学中：生态平衡——出生率 = 死亡率，使得种群密度保持恒定 化学中：溶解平衡溶解平衡过程溶解和结晶两过程是否停止？

V溶 V结 == == 蔗糖的溶解平衡蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中的速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等。 V溶未溶溶质已溶溶质 V结速率V . V溶 0 溶液饱和,达到溶解平衡 V结 . 0 时间t t1 结论溶解平衡是一种动态平衡。

2H2+O2==2H2O 2H2O==2H2+O2 NH4Cl==NH3+HCl NH3+HCl==NH4Cl 点燃电解加热常温一、化学平衡的研究对象 ——可逆反应 1.可逆反应的概念：同一条件下既能向正向进行，同时又能向逆向进行的反应。（化学平衡的研究对象是可逆反应；而化学反应速率可以针对任意化学反应）是否所有的化学反应中都存在平衡？下列反应是否互为可逆反应呢？ 2.可逆反应的特征：不能向一个方向完全进行到底（即：反应物的转化率不能达到100%）

正反应 正反应 2SO2+O2 2SO3 2SO3 2SO2+O2 逆反应逆反应与书写形式有关 3.可逆反应的习惯表示法： 3.正逆反应的热效应大小相等、符号相反： 2SO2+O2=2SO3 放出196.6 KJ 2SO3=2SO2+O2 吸收 196.6KJ

催化剂 • 1200℃完成反应： CO + H2O(g) CO2 + H2 高温

催化剂 • 1200℃完成反应： CO + H2O(g) CO2 + H2 高温 C始（mol/L) 0.01 0.01 0 0 Ct1（mol/L) Ct2（mol/L) Ct3（mol/L) t2、t3时各组分 n百分含量

催化剂 • 1200℃完成反应： CO + H2O(g) CO2 + H2 高温 C始（mol/L) 0.01 0.01 0 0 Ct1（mol/L) 0.008 0.008 Ct2（mol/L) 0.006 0.006 Ct3（mol/L) 0.006 0.006 t2、t3时各组分 n百分含量 0.002 0.002 0.004 0.004 0.004 0.004 30% 30% 20% 20% 1、完成表格 • 2、绘制反应过程中浓度—时间、速率—时间图象 • 起始点的正、逆反应速率如何？ • 反应开始后正、逆反应速率的变化趋势如何？ • 反应到一定程度后（t2 、t3），外界条件不变，各组分浓度为什么不再变化？此时速率是否为零，速率又有什么特点？

C始（mol/L) 0.01 0.01 0 0 Ct1（mol/L) 0.008 0.008 Ct2（mol/L) 0.006 0.006 Ct3（mol/L) 0.006 0.006 t2、t3时各组分 n百分含量 0.002 0.002 0.004 0.004 0.004 0.004 V正 30% 30% 20% 20% 0.008 V正=V逆 0.006 0.004 0.002 V逆 0 t1 t2 t3 催化剂 CO + H2O(g) CO2 + H2 • 1200℃完成反应：高温

二、化学平衡状态 1.化学平衡状态的定义：一定条件下，可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度(或%)保持不变的状态。 ———-— ———— —————————— —— ——————————— 条件、前提、本质、现象 2.平衡特征：逆等动定变 ——可逆反应（或可逆过程） ——V正 =V逆 ——动态平衡。达平衡后，正逆反应仍在进行(V正=V逆≠0） ——平衡时，反应混合物中各组分的浓度、百分含量保持不变 ——条件改变，平衡发生改变

改变条件，平衡发生移动 v V正’ V正 V正’=V逆’ V正=V逆平衡状态Ⅱ V逆’ 平衡状态Ⅰ V逆 t2 t1 t3 t 0 高温高压催化剂 N2 + 3H2 2NH3

（N2+3H2　　　　　2NH3） 三、化学平衡的标志：例：将1molN2和3molH2充入密闭容器，使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态： ⑴正、逆反应同时进行的状态。 ⑵氨气的生成速率与分解速率相等的状态。 ⑶单位时间内有1molNH3生成的同时，有0.5molN2生成的状态。 ⑷单位时间内有1.5molH2消耗的同时，有0.5molN2生成的状态

3、化学平衡的标志： ⑴直接标志: 正、逆反应速率相等，（以mA+nB=pC为例） VA耗=VA生 VA耗：VC耗= m：p 或 VA生：VC生= m：p VA耗：VB生=m：n或VA生：VB耗=m：n

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。（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（i）表示两个不同的方向。（ii）速率之比=化学方程式中相应的化学计量数之比。

对N2+3H2　　　　　2NH3使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态对N2+3H2　　　　　2NH3使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态 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 D 1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键形成

例：将1molN2和3molH2充入密闭容器，使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态：例：将1molN2和3molH2充入密闭容器，使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态： ⑸N2、H2和NH3三者浓度相等的状态。 ⑹N2、H2和NH3三者浓度不随时间的延长而改变（保持恒定）。 ⑺N2、H2和NH3三者的物质的量保持不变。质量

⑵间接标志： ①各组成成分的百分含量或浓度不随时间的改变而改变。 ②各物质的物质的量(质量）不随时间的改变而改变。

例：将1molN2和3molH2充入恒容密闭容器，使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态：例：将1molN2和3molH2充入恒容密闭容器，使其在一定条件下反应，下列哪一状态一定是达到了平衡状态： ⑻N2、H2和NH3的总的物质的量保持恒定。 ⑻N2、H2和NH3的总的物质的量保持恒定。 ⑼N2、H2和NH3的总质量保持恒定。总压强密度平均相对分子质量对于下列反应，上述状态一定是达到了平衡状态的是： I2（g）+H2（g） 2HI（g）

对等号两边气体系数和相等的反应（ 如I2（g）+H2（g） 2HI（g））不适用。 ⑶总量标志：对等号两边气体系数和不相等的反应时，混合气体的总压、总物质的量、平均相对分子质量不随时间的改变而改变。

I2（g）+H2（g） 2HI（g） 能够说明在体积一定密闭容器中已达到平衡状态的是： 5 6 ①容器内I2、 H2、HI三者共存 ②容器内I2、 H2、HI三者浓度相等 ③ 容器内I2、 H2、HI的浓度比恰为1:1:2 ④t min内生成2mol HI同时消耗1mol H2 ⑤t min内，生成1mol H2同时消耗1mol I2 ⑥ 某时间内断裂1molH-H键的同时，断裂2molI-H键 ⑦容器内质量不随时间的变化而变化 ⑧容器内压强不随时间的变化而变化 ⑨容器内密度不再发生变化 ⑩容器内的平均摩尔质量不再发生变化

练习1：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 A

练习2：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 C(NO2)=C(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 AEG

第二节 化学平衡