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一、可逆反应
1、定义:在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应
2、表示方法:用“”表示。如:H2+I22HI
3、特点:参加反应的物质不能完全转化
二、化学平衡
1、化学平衡状态的建立
⑴溶解平衡的建立
υ
υ(溶)
υ(溶)=υ(析)>0
υ(析
0t
υ
υ(正)
υ(正)=υ(逆)>0
υ(逆
0t
溶解平衡图像化学平衡图像:从反应物达到平衡
⑵化学平衡的状态建立
随着反应的进行,反应物不断减少,生成物逐渐增加,V(正)逐渐减小,V(逆)逐渐增大,当反应进行到某一时刻,V(正)=V(逆),此时,反应达到了其“限度”,反应体系中各物质的物质的量、浓度等都不再发生变化,但反应仍然在进行着,只是V(正)=V(逆),我们把这样的状态叫作化学平衡状态,简称化学平衡
⑶定义:在一定条件下的可逆反应里,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保持不变的状态,就叫做化学平衡状态,简称化学平衡
2、化学平衡的特征
⑴逆:化学平衡研究的对象是可逆反应
⑵等:化学反应处于化学平衡状态时,正反应速率等于逆反应速率,但都不等于零,即:V(正)=V(逆)>0
⑶动:化学平衡是动态平衡,反应处于平衡状态时,化学反应仍在进行,反应并没有停
⑷定:化学反应处于化学平衡状态时,反应化合物中各组分的浓度保持一定,体积分数保持一定
⑸变:化学平衡是有条件的平衡状态,当外界条件变化,原有的化学平衡被破坏,直到建立新的化学平衡。
3、化学平衡的标志
⑴微观标志:V(A正)=V(A逆)>0——实质
⑵宏观标志:反应混合物中个组分的浓度和体积分数保持不变
4、化学平衡状态的判断
⑴基本依据:
⑵常见方法:以xA+yBzC为例
①直接的
Ⅰ、速率:
②间接:
三、化学平衡的移动
1、定义:可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动
2、化学平衡移动的原因
化学平衡移动的原因是反应条件的改变引起反应速率的变化,使V(正)≠V(逆),平衡混合物中各组分的含量也发生相应的变化
3、化学平衡移动的标志
⑴微观:外界条件的改变使原平衡体系V(正)=V(逆)的关系被破坏,使V(正)≠V(逆),然后在新的条件下,重新建立V(正)=V(逆)的关系,才能表明化学平衡发生了移动
⑵宏观:反应混合物中各组分的体积分数发生了改变,才能说明化学平衡发生了移动
4、化学平衡移动方向的判定
外界条件的改变,首先影响的是化学反应速率,因此要判断平衡的移动方向,我们首先必须知道条件改变对V(正)、V(逆)的影响哪个大些
⑴V(正)>V(逆):化学平衡向正反应方向(右)移动
υ
υ(正)υ'(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)υ'(逆)
υ''(正)
υ''(正)=υ''(逆)
υ(正)
υ''(逆)
0t
⑵V(正)<V(逆):化学平衡向逆反应方向(左)移动
υ
υ(正)υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)υ'(正)
υ''(逆)
υ''(正)=υ''(逆)
υ(正)
υ''(正)
0t
⑶V(正)=V(逆):化学平衡不移动
υ
υ(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ''(正)=υ''(逆)
υ(正)
0t
四、外界条件对化学平衡的影响
1、浓度
①增大反应物浓度②减少生成物浓度
υ
υ(正)
υ'(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(逆)
υ(逆)
0t
υ
υ(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ(逆)
υ'(逆)
0t
③增大生成物浓度④减少反应物浓度
υ
υ(正)
υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(正)
υ(逆)
0t
υ
υ(正)
υ'(正)=υ'(逆)
υ'(逆)
υ'(正)=υ'(逆)
υ(逆)
υ'(正)
0t
是否增加反应物或减少生成物的量都能使平衡向正反应方向移动;增加生成物或减少反应物的量都能使平衡向逆反应方向移动?
否。增大固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以平衡不移动
对反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若增大反应物A的浓度,平衡将向正反应方向移动。反应物B的转化率将增大,而A则减小
⑵速率-时间图(见上,从图像分析可得以下结论)
①改变反应物的浓度,只能使正反应的速率瞬间增大或减小;改变生成物的浓度,只能使逆反应的速率瞬间增大或减小
②只要V(正)在上面,V(逆)在下面,即V(正)>V(逆),化学平衡一定向正反应方向移动,反之亦然
③只要增大浓度,不论增大的是反应物还是生成物的浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;减少浓度,新平衡条件下的反应速率一定小于原平衡状态
2、温度
升高温度,将增大化学反应速率,V(正)和V(逆)都将增大;降低温度,将减小化学反应速率,V(正)和V(逆)都将减小
对于反应:aA(g)+bB(g)cC(g)△H
υ
υ(逆)
υ(正)升温
υ(正)
υ(正)
υ(逆)降温
υ(逆)
0t
放热反应
υ
υ(正)
υ(正)升温
υ(逆)
υ(逆)
υ(逆)降温
υ(正)
0t
吸热反应
在其他条件不变时:
升高温度,化学平衡移动后,在新的平衡状态下,化学反应速率一定大于原平衡状态的化学反应速率,反之亦然
3、压强
对于反应:aA(g)+bB(g)cC(g)
①a+b>c改变压强的速率-时间图像②a+b=c改变压强的速率-时间图像
υ
υ'(正)
υ(正)υ'(正)=υ'(逆)增大P
υ'(逆)
υ'(逆)
υ(逆)υ'(正)=υ'(逆)减小P
υ'(正)
0t
υ
υ(正)υ'(正)=υ'(逆)增大P
υ'(正)=υ'(逆)减小P
υ(逆)
0t
⑴在其它条件不变时:
⑵在其他体积不变时:若反应前后气体体积不变,则平衡不移动
浓度变化和压强变化的速率-时间图像有何区别?
对于无气体参加的化学平衡,改变压强不能使化学平衡发生移动
充入“无关气体”,如He、Ne、Ar或不参加反应的N2等有以下两种可能情况:
①恒容时
充入“无关气体”→引起总压增大,但各反应物的浓度不变→平衡不移动
②恒压时
充入“无关气体”→引起总体积增大→使各反应物浓度减小→各气体的分压减小→平衡向气体体积增大的方向移动
压强的改变如果没有引起气体浓度的变化,则不能引起平衡的移动
五、勒夏特列原理
1、定义:如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强、浓度),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动
勒夏特列原理不适用于未达到平衡的体系
2、要点:
六、催化剂对化学平衡移动的影响
由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率,化学平衡不移动
υ
υ'(正)=υ'(逆)正催
υ(正)
υ(逆)υ'(正)=υ'(逆)负催
0t
七、化学平衡常数
1、定义:达到平衡,这时各种生成物浓度的系数次方的乘积除以各反应物浓度的系数次方的乘积所得的比值,常用K表示
2、表达式:对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),当在一定温度下达到平衡时,K=
化学平衡常数同阿伏加德罗常数以及物理中的万有引力常数一样都是一个常数,只要温度不变,对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值;
一般情况下使用平衡常数不注明单位
3、影响因素:温度
4、书写平衡常数关系式的规则
⑴如果反应中有固体和纯液体参加,它们的浓度不应写在平衡关系式中,因为它们的浓度是固定不变的,化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。如:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K=c(CO2)
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)K=
⑵稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度也不必写在平衡关系式中,如:
Cr2O72—+H2O2CrO42—+2H+K=
⑶非水溶液中的反应,如有水生成或有水参加反应,此时水的浓度不可视为常数,必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应
C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=
373K时N2O4和NO2的平衡体系。
N2O4(g)2NO2(g)2N2O4(g)4NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)
K1=K2=K3=
即K12=K2=,所以平衡常数必须与反应方程式相互对应
⑷化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数:
5、平衡常数的应用
⑴化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大,平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物转化率也越大。
浓度商:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度的任意时刻,反应物与生成物的浓度如下关系:Q=;
当:
⑵可以利用平衡常数的值做标准,判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡:
八、等效平衡
定义:在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),对同一可逆反应,只要起始时加入物质的物质的量不同,而达到平衡时,同种物质的质量分数相同,这样的平衡称为等效平衡
有关化学平衡图像的分析思路
⑴看懂图像:
⑵联想规律:外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律
⑶作出判断下结论:反应物的聚集状态,反应的热效应,气体体积的增大或减小等
图像题的分类
⑴已知反应物、生成物的量随时间变化的曲线,推断反应方程式:如A图
⑵已知反应的速率(V正、V逆)与时间的关系曲线,推测改变的单一反应条件:如BCD图
⑶已知不同温度活压强下反应物的转化率(α)与时间的关系曲线或反应物(生成物)百分含量与时间的关系曲线,推测温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系:如E、F、G图
⑷已知不同温度下的转化率—压强图像活不同压强下的转化率—温度图像,推断可逆反应的热效应活反应的气体物质间的化学计量数的关系:如图H、I
n(mol)
Z
X
Y
010t(s)
A
υ
υ(正)
υ(逆)
0t
B
υ
υ(逆)
υ(正)
0t
C
υ
υ(正)=υ(逆)
υ(正)
υ(逆)
0t
D
A%T1
T2
0t
E
A%P1
P2
0t
F
α(A)
ba
0t
G
α
600℃
400℃
200℃
0P
H
α
107Pa
106Pa
105Pa
0T
I