資源簡介

(共36張PPT)
情境引入
18世紀末，英國化學家克魯克斯“先天下之憂而憂”，率先發(fā)出為了使子孫后代免于饑餓“向空氣要氮肥”的號召。
假設(shè)你是一名化工廠工程師，需要把合成氨的反應(yīng)投入生產(chǎn)，你需要考慮哪些問題？
生產(chǎn)的可行性問題
——反應(yīng)進行的方向
生產(chǎn)的效率問題
——化學反應(yīng)速率
產(chǎn)率問題
——化學平衡（限度）
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
【問題】如何盡可能“多”合成氨？
工業(yè)上將氫氣和氮氣壓入高溫高壓且有催化劑的密閉容器中進行合成氨的反應(yīng)，反應(yīng)后氣體中氨的含量并不高，一般只有25%左右。
某溫度下，在容積不變的密閉容器中，N2與H2反應(yīng)足夠長時間后各物質(zhì)的量不再改變，數(shù)據(jù)如下：
各物質(zhì)的起始量/mol 充分反應(yīng)后各物質(zhì)的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3
5 15 0 3 9 4
0 0 10 3 9 4
任務(wù)一：建立化學平衡狀態(tài)
【討論】如何證明合成氨的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)？
【思考】為什么氮氣和氫氣不能完全轉(zhuǎn)化為氨氣呢？
在一定條件下，容積不變的密閉容器中，充入N2和H2發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度隨時間如何變化？正逆反應(yīng)速率隨時間如何變化？
請分別作出相應(yīng)的濃度-時間圖和速率-時間圖。
v(正)
v(正)=v(逆)
時間
速率
v(逆)
0
時間
濃度
0
NH3
H2
N2
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
【思考】如果充入NH3發(fā)生反應(yīng)呢？
任務(wù)一：建立化學平衡狀態(tài)
化學平衡狀態(tài)：一定條件下的可逆反應(yīng)，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。
v(逆)
v(正)=v(逆)
時間
速率
v(正)
0
時間
濃度
0
N2
H2
標志
本質(zhì)
可逆反應(yīng)的限度
NH3
（動態(tài)平衡）
任務(wù)一：建立化學平衡狀態(tài)
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
序號 平衡時的濃度/( mol·L-1)
平衡時
c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261
2 0.51 1.00 0.087
3 1.35 1.15 0.412
4 2.43 1.85 1.27
5 1.47 0.75 0.376
下表為500 ℃ 時， N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度，小組合作，完成下表。
6.00×10－2
5.98×10－2
5.71×10－2
5.93×10－2
6.08×10－2
定值
任務(wù)二：尋找各物質(zhì)平衡濃度間的定量關(guān)系
序號 起始時各物質(zhì)的濃度mol/L 平衡時各物質(zhì)的濃度mol/L
H2 I2 HI H2 I2 HI 1 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37
2 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62
3 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54
4 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49
5 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70
6 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50
2
c (HI)
c(H2) · c(I2)
在457.6℃時反應(yīng)體系I2(g) + H2(g) 2HI(g)中各物質(zhì)的濃度如圖所示
定值
任務(wù)二：尋找各物質(zhì)平衡濃度間的定量關(guān)系
在一定溫度下，以化學計量數(shù)為指數(shù)，生成物平衡時濃度冪之積與反應(yīng)物平衡時濃度冪之積的比值是一個定值（扣除實驗誤差）。
I2(g) + H2(g) 2HI(g)
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)
2
c (HI)
c(H2) · c(I2)
【思考】該結(jié)論適用于其他可逆反應(yīng)嗎？
任務(wù)二：尋找各物質(zhì)平衡濃度間的定量關(guān)系
(1)概念：在一定溫度下，一個可逆反應(yīng)達到化學平衡時，體系內(nèi)生成物濃度冪(以其化學計量數(shù)為冪)之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，叫做該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)
(3)特點：K 的數(shù)值與各反應(yīng)體系中各物質(zhì)的初始濃度和反應(yīng)路徑無關(guān)
(2)符號：K
化學平衡常數(shù)：
任務(wù)二：尋找各物質(zhì)平衡濃度間的定量關(guān)系
任務(wù)三：深入了解化學平衡常數(shù)
寫出三個化學方程式的平衡常數(shù)表達式，小組討論，尋找規(guī)律。
平衡常數(shù)是針對具體方程式而言的，化學方程式不同，平衡常數(shù)的表達式不同。
任務(wù)三：深入了解化學平衡常數(shù)
常溫下四種鹵化氫合成反應(yīng)的化學平衡常數(shù)如下表所示，小組討論，分析化學平衡常數(shù)與什么因素有關(guān)。
結(jié)論：化學平衡常數(shù)與反應(yīng)物性質(zhì)有關(guān)。
不同溫度下，HI合成反應(yīng)的化學平衡常數(shù)如下表所示，小組討論，分析化學平衡常數(shù)與什么因素有關(guān)。
結(jié)論：化學平衡常數(shù)與體系溫度有關(guān)。
任務(wù)三：深入了解化學平衡常數(shù)
(1)內(nèi)因：反應(yīng)物的性質(zhì)。
(2)外因：對于同一可逆反應(yīng)，化學平衡常數(shù)只受 影響。
與壓強、起始濃度、起始反方向均無關(guān)。
化學平衡常數(shù)的影響因素：
溫度
任務(wù)三：深入了解化學平衡常數(shù)
化學平衡常數(shù)與反應(yīng)限度的關(guān)系
（1）Q=K，可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。
（2）K越大，表示反應(yīng)進行的程度越大，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率也越大。
（3）一般來說，當K＞105時，該反應(yīng)就進行得基本完全了
任務(wù)三：深入了解化學平衡常數(shù)
以合成氨的反應(yīng)為例，根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式，小組合作，分析化學平衡常數(shù)與反應(yīng)限度有什么關(guān)系。
情境引入
18世紀末，英國化學家克魯克斯“先天下之憂而憂”，率先發(fā)出為了使子孫后代免于饑餓“向空氣要氮肥”的號召。
假設(shè)你是一名化工廠工程師，需要把合成氨的反應(yīng)投入生產(chǎn)，你需要考慮哪些問題？
生產(chǎn)的可行性問題
——反應(yīng)進行的方向
生產(chǎn)的效率問題
——化學反應(yīng)速率
產(chǎn)率問題
——化學平衡（限度）
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
【問題】如何盡可能“多”合成氨？
資料卡片：工業(yè)上將氫氣和氮氣壓入高溫高壓且有催化劑的密閉容器中進行合成氨的反應(yīng)，達到化學平衡狀態(tài)后混合氣體中氨的含量一般只有25%左右，這樣就會造成原料氣體大量浪費。
任務(wù)一：構(gòu)建化學平衡移動思維模型
【討論】如何提高合成氨反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率呢？
化學平衡1
不平衡
一段時間
化學平衡2
改變反應(yīng)條件
？
化學平衡的移動
增大有益反應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化率
減小有害反應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化率
任務(wù)一：構(gòu)建化學平衡移動思維模型
化學平衡1
不平衡
一段時間
化學平衡2
改變反應(yīng)條件
化學平衡移動
v正＝v逆
v正 ≠ v逆
內(nèi)因
v正 > v逆 ,
v正 < v逆 ,
正反應(yīng)方向移動
逆反應(yīng)方向移動
任務(wù)二：探究濃度對化學平衡的影響
向盛有 5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液的燒杯中加入 5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液，發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋ 3SCN- Fe(SCN)3，溶液呈現(xiàn)紅色。
根據(jù)化學平衡移動模型預(yù)測：
（1）如果增大SCN-濃度，化學平衡將會向哪個方向移動？將會觀察到什么現(xiàn)象？
（2）如果減小 Fe3＋濃度，化學平衡將會向哪個方向移動？將會觀察到什么現(xiàn)象？
向盛有 5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液的燒杯中加入 5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液，發(fā)生反應(yīng)：Fe3＋＋ 3SCN- Fe(SCN)3，溶液呈現(xiàn)淺紅色。
實驗驗證，觀察記錄并分析實驗現(xiàn)象
（1）增大SCN-濃度 → 溶液顏色加深 → 平衡向正反應(yīng)方向移動
（2）減小 Fe3＋濃度 → 溶液顏色變淺 → 平衡向逆反應(yīng)方向移動
【思考】如果改變生成物濃度，化學平衡會如何移動呢？
任務(wù)二：探究濃度對化學平衡的影響
【總結(jié)】反應(yīng)物或生成物濃度的改變是怎樣影響化學平衡移動的呢？
（1）增大反應(yīng)物濃度
減小生成物濃度
v正>v逆，平衡向正反應(yīng)方向移動
在可逆反應(yīng)達平衡時，在其他條件不變的情況下，
v正（2）減小反應(yīng)物濃度
增大生成物濃度
任務(wù)二：探究濃度對化學平衡的影響
任務(wù)三：探究壓強對化學平衡的影響
用50 mL注射器吸入20 mLNO2 和N2O4的混合氣體，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，NO2為紅棕色氣體，而N2O4為無色氣體。
根據(jù)化學平衡移動模型預(yù)測：
（1）迅速將活塞拉至40mL處，這一瞬間氣體顏色如何變化？接著化學平衡如何移動，氣體顏色又會如何變化？
（2）再迅速將活塞推回20mL處，氣體顏色又會如何變化？
任務(wù)三：探究壓強對化學平衡的影響
用50 mL注射器吸入20 mLNO2 和N2O4的混合氣體，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，NO2為紅棕色氣體，而N2O4為無色氣體。
實驗驗證，觀察記錄并分析實驗現(xiàn)象
（1）向外拉活塞→壓強減小→氣體顏色先變淺后又稍有加深 →平衡向逆反應(yīng)方向移動
（2）向里推活塞→ 壓強增大 →氣體顏色先加深后又稍有變淺→平衡向正反應(yīng)方向移動
【討論】改變壓強，化學平衡移動的方向是由什么因素決定的呢？
【總結(jié)】壓強的改變是怎樣影響化學平衡移動的呢？
增大壓強
減小壓強
平衡向氣體體積減小的方向移動
在可逆反應(yīng)達平衡時，在其他條件不變的情況下，
平衡向氣體體積增大的方向移動
【思考】改變壓強能夠引起“H2(g)＋I2(g) 2HI(g)”平衡移動嗎？
【思考】對于只有固體或液體的反應(yīng)，壓強改變會使得平衡移動嗎？
任務(wù)三：探究壓強對化學平衡的影響
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
使平衡正向移動的方法有哪些
探究溫度對化學平衡的影響
2只相互連通的燒瓶中裝有NO2 和N2O4的混合氣體，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol，NO2為紅棕色氣體，而N2O4為無色氣體。
根據(jù)勒夏特列原理預(yù)測：
（1）如果升高溫度，化學平衡如何移動，氣體顏色又會如何變化？
（2）如果降低溫度，化學平衡如何移動，氣體顏色又會如何變化？
2只相互連通的燒瓶中裝有NO2 和N2O4的混合氣體，其中存在平衡：
2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol，NO2為紅棕色，而N2O4為無色。
進行實驗驗證，觀察記錄并分析實驗現(xiàn)象
探究溫度對化學平衡的影響
實驗 浸泡在熱水中 浸泡在冷水中
現(xiàn)象
平衡移動
結(jié)論 顏色加深
顏色變淺
逆向移動
正向移動
其他條件不變時，升高溫度，化學平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；
降低溫度，化學平衡向放熱反應(yīng)方向移動。
改變的外界條件(其他條件不變) 化學平衡移動的方向
濃度 增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度 向正反應(yīng)方向移動
減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度 向逆反應(yīng)方向移動
壓強 (有氣體參加的反應(yīng)) Δn(g)≠0 （m+n≠p+q) 增大壓強(減小容器的容積) 向氣體分子體積減小的方向移動
減小壓強(增大容器的容積) 向氣體分子體積增大的方向移動
Δn(g)=0 （m+n=p+q) 改變壓強 平衡不移動
溫度 升高溫度 向吸熱反應(yīng)方向移動
降低溫度 向放熱反應(yīng)方向移動
催化劑 同等程度地改變v正、v逆,平衡不移動
構(gòu)建化學平衡移動思維模型
化學平衡1
不平衡
一段時間
化學平衡2
改變反應(yīng)條件
化學平衡移動
【思考】當化學平衡被破壞時，從宏觀結(jié)果來看，Q還等于K嗎？若Q>K,平衡會如何移動？
定量判斷
Q ＝ K
Q ≠ K
Q< K
正反應(yīng)方向
逆反應(yīng)方向
Q > K
Q ＝ K
用Q-K關(guān)系解釋溫度對化學平衡的影響
【討論】2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol
改變溫度，2種氣體的濃度沒有發(fā)生改變，但平衡發(fā)生移動，證明溫度改變時Q≠K。那么溫度改變時，哪個量發(fā)生了變化？
溫度對平衡的影響是通過改變K進行的。
【思考】從Q-K關(guān)系的角度解釋 反應(yīng)物濃度增大 對化學平衡的影響
在可逆反應(yīng)達平衡時，在其他條件不變的情況下，
用Q-K關(guān)系解釋濃度對化學平衡的影響
【思考】生成物濃度增大怎么解釋？
2NO2(g) N2O4(g)
【遷移】
①在可逆反應(yīng)中，為了盡可能利用一種反應(yīng)物，經(jīng)常用過量的易得或成本較低的物質(zhì)與它作用。
②不斷地將生成物從體系中分離，平衡將不斷地向生成產(chǎn)物的方向移動。
用Q-K關(guān)系解釋濃度對化學平衡的影響
【思考】從Q-K關(guān)系的角度解釋 增大壓強 對化學平衡的影響
以合成氨為例，在可逆反應(yīng)達平衡時，在其他條件不變的情況下，
用Q-K關(guān)系解釋壓強對化學平衡的影響
多個條件？
減弱的程度？

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