定义:
在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也不管反应物起始浓度大小,最后都达到平衡,这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数,用K表示,这个常数叫化学平衡常数。
化学表平衡达式:
对于可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)来说,化学平衡表达式:
化学平衡常数的意义:
①表示该反应在一定温度下,达到平衡时进行的程度,K值越大,正反应进行的越彻底,对反应物而言转化率越高。
②某一温度下的K′与K比较能够判断反应进行的方向
K′>K,反应正向进行;K′<K,反应逆向进行;K′=K,反应处于平衡状态
(3)化学平衡常数与浓度、压强、催化剂无关,与温度有关,在使用时必须指明温度。
(4)在计算平衡常数时,必须是平衡状态时的浓度。
(5)对于固体或纯液体而言,其浓度为定值,可以不列入其中。
(6)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,若反应方向改变,则平衡常数改变,且互为倒数关系。如:在一定温度下,
化学平衡常数的应用:
1.K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正向反应进行的程度越大,反应物转化率越大;反之,正向反应进行的程度就越小,反应物转化率就越小,即平衡常数的大小可以衡量反应进行的程度,判断平衡移动的方向,进行平衡的相关计算。
2.若用浓度商(任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,符号为Qc)与K比较,可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向。
3.利用K值可判断反应的热效应若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
4.计算转化率及浓度依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。
影响化学平衡的因素:
(1)浓度在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动。
(2)压强对反应前后气体总体积发生变化的反应,在其他条件不变时,增大压强会使平衡向气体体积缩小的方向移动,减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动。对于反应
来说,加压,
增大、
增大,
增大的倍数大,平衡向正反应方向移动:若减压,
均减小,
减小的倍数大,平衡向逆反应方向移动,加压、减压后v一t关系图像如下图:
(3)温度在其他条件不变时,温度升高平衡向吸热反应的方向移动,温度降低平衡向放热反应的方向移动
对于
,加热时颜色变深,降温时颜色变浅。该反应升温、降温时,v—t天系图像如下图:
(4)催化剂由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,所以催化剂对化学平衡无影响,v一t图像为
稀有气体对化学反应速率和化学平衡的影响分析:
1.恒温恒容时
充入稀有气体
体系总压强增大,但各反应成分分压不变,即各反应成分的浓度不变,化学反应速率不变,平衡不移动。
2.恒温恒压时
充入稀有气体
容器容积增大
各反应成分浓度降低
反应速率减小,平衡向气体体积增大的方向移动。
3.当充入与反应无关的其他气体时,分析方法与充入稀有气体相同。
化学平衡图像:
1.速率一时间因此类图像定性揭示了
随时间(含条件改变对化学反应速率的影响)变化的观律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的方向等。
2.含量一时间一温度(压强)图常见的形式有下图所示的几种(C%指某产物百分含量,B%指某反应物百分含量),这些图像的折点表示达到平衡的时间,曲线的斜率反映了反应速率的大小,可以确定T(p)的高低(大小),水平线高低反映平衡移动的方向。
3.恒压(温)线该类图像的纵坐标为物质的平衡浓发(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强 (p),常见类型如下图:
小结:
1.图像分析应注意“三看”
(1)看两轴:认清两轴所表示的含义。
(2)看起点:从图像纵轴上的起点,一般可判断谁为反应物,谁为生成物以及平衡前反应进行的方向。
(3)看拐点:一般图像在拐点后平行于横轴则表示反应达平衡,如横轴为时间,由拐点可判断反应速率。
2.图像分析中,对于温度、浓度、压强三个因素,一般采用“定二议一”的方式进行分析
平衡移动方向与反应物转化率的关系:
1.温度或压强改变引起平衡向正反应方向移动时,反应物的转化率必然增大。
2.反应物用量的改变
(1)若反应物只有一种时,如aA(g)
bB(g)+ cc(g),增加A的量,平衡向正反应方向移动,但反应物 A的转化率与气体物质的化学计量数有关:
(2)若反应物不止一种时,如aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g):
a.若只增加A的量,平衡向正反应方向移动,而A的转化率减小,B的转化率增大。
b.若按原比例同倍数的增加反应物A和B的量,则平衡向正反应方向移动,而反应物的转化率与气体物质的计量数有关:
c.若不同倍增加A、B的量,相当于增加了一种物质,同a。
3.催化剂不改变转化率。
4.反应物起始的物质的量之比等于化学计量数之比时,各反应物转化率相等。
浓度、压强影响化学平衡的几种特殊情况:
1.当反应混合物中存在固体或纯液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或纯液体的量,对平衡基本无影响。
2.南于压强的变化对非气态物质的浓度基本无影响,因此,当反应混合物中不存在气态物质时,压强的变化对平衡无影响。
3.对于气体分子数无变化的反应,如
,压强的变化对其平衡无影响。这是因为,在这种情况下,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
4.对于有气体参加的反应,同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响,如某平衡体系中,
,
,当浓度同时增大一倍时,即让
,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3的方向移动。
5.在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体物质的浓度时,必然同时引起压强改变,但判断平衡移动的方向时,心仍从浓度的影响去考虑:如
,平衡后,向容器中再通入反应物
,使 c(NO2)增大,平衡正向移动;如向容器中再通入生成物 N2O4,则使c(N2O4)增大,平衡逆向移动。但由于两种情况下,容器内的压强都增大,故对最终平衡状态的影响是一致的,如两种情况下,重新达到平衡后,NO2的百分含量都比原平衡时要小
大气污染:
(1)大气污染源:颗粒物、硫的氧化物、氮的氧化物、CO 碳氢化合物、氟氯代烷
(2)大气污染危害:危害人体健康、影响动植物的生长、严重时会影响地球的气候
(3)全球性三大环境问题:酸雨、臭氧层受损、温室效应
①酸雨:正常雨水:PH约为5.6 酸雨:PH小于5.6 我国为硫酸型酸雨,烧煤炭造成
硫酸型:硫的氧化物转化 SO
2+H
2O=H
2SO
3 2H
2SO
3+O
2=2H
2SO
4 大气中烟尘和O
3作催化剂
硝酸型:氮的氧化物转化 3NO
2+H
2O=2HNO
3+NO↑
②臭氧层:自然界的臭氧90%集中在距地面15-50km的大气平流层中 吸收自太阳的大部分紫外线
引起臭氧层受损物质 氟氯代烷(致冷剂)、哈龙(含溴的灭火剂)、CCl
4、N
2O、NO、核弹爆炸产物
保护臭氧层公约:《保护臭氧层维也纳公约》 《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书公约》
③温室效应:太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收,从而产生大气变暖的效应
温室效应后果:荒漠将扩大,土地侵蚀加重,森林退向极地,旱涝灾害严重,雨量将增加7-11%;温带冬天更湿,夏天更旱;热带也将变得更湿,干热的副热带变得更干旱,两极冰块将熔化,使海平面上升1米多,引起厄尔尼诺现象
引起温室效应的物质:CO
2、CH
4、N
2O、氟氯代烷
改善大气质量:
①减少煤等化石燃料燃烧产生污染:改善燃煤质量、改进燃烧装置、技术和排烟设备、发展洁净煤技术和综合利用、调整和优化能源结构
煤的综合利用: 煤的的干馏、煤的气化、煤的液化
煤的气化 C+H
2O(g)=CO+H
2 煤的液化 CO+2H
2→CH
3OH
煤的脱硫 2CaCO
3+O
2+2SO
2=2CaSO
4+2CO
2 ②减少汽车等机动车尾气污染
尾气污染(占大气污染排出总量的40-50%):CO、NO
2、NO、碳氢化合物
使用无铅汽油:四乙基铅作抗爆震剂,铅对神经系统损害大
尾气系统加催化转化器:前半部 2CO+2NO
2CO
2+N
2 后半部 2CO+O
22CO
2 C
7H
16+11O
27CO
2+8H
2O
氧化还原反应的计算:
(1)比较典型的计算有:求氧化剂、还原剂物质的量之比或质量比,计算参加反应的氧化剂货还原剂的量,确定反应前后某一元素的价态变化等。
(2)计算的依据是:氧化剂得电子数等于还原剂失电子数,列出守恒关系式求解。
氧化还原反应的基本规律:
1.守恒规律
氧化还原反应中有物质失电子必有物质得电子,且失电子总数等于得电子总数。或者说氧化还原反应中,有元素化合价升高必有元素化合价降低,且化合价升高总数必等于降低总数。有关得失电子守恒(化合价守恒)的规律有如下应用:
(1)求某一反应中被氧化与被还原的元素原子个数之比,或求氧化剂与还原剂的物质的量之比及氧化产物与还原产物的物质的量之比。
(2)配平氧化还原反应方程式。
(3)进行有关氧化还原反应的计算:
2.强弱规律
较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应,生成弱还原性的还原产物和弱氧化性的氧化产物。应用:在适宜条件下,用氧化性较强的物质制备氧化性较弱的物质,或用还原性较强的物质制备还原性较弱的物质,也可用于比较物质间氧化性或还原性的强弱。
3.价态规律
元素处于最高价,只有氧化性;元素处于最低价,只有还原性;元素处于中间价态,既有氧化性又有还原性,但主要表现一种性质。物质若含有多种元素,其性质是这些元素性质的综合体现。
4.转化规律
氧化还原反应中,以元素相邻价态之间的转化最容易;不同价态的同种元素之间发生反应,元素的化合价只靠近,不交叉;相邻价态的同种元素之间不发生氧化还原反应。如
5.难易规律
越易失去电子的物质,失去后就越难得到电子;越易得到电子的物质,得到后就越难失去电子。一种氧化剂同时和几种还原剂相遇时,还原性最强的优先发生反应;同理,一种还原剂同时与多种氧化剂相遇时,氧化性最强的优先发生反应,如向FeBr2溶液中通入Cl2时,发生离子反应的先后顺序为:。
化学反应速率的求算:
首先要熟练掌握化学反应速率的含义,明确中各个量的含义和单位,如:以具体某一种物质 B表示的化学反应速率为。△c的单位一般用mol/L表示,而△t的单位一般用s(秒)、min (分钟)、h(小时)等表示,所以v的单位可以是等。对于反应,有,利用这一关系,可以很方便地求算出不同物质表示的v的数值:
化学反应速率图像及其应用:
1.物质的量(或浓度)一时间图像及应用此类图像能说明反应体系各组分(或某一组分)在反应过程中的浓度变化情况。如A(g) +B(g)
3C(g)的反应情况如图所示,
要注意此类图像各曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化符合化学方程式中的计量数关系。例如:某温度时,在恒容(VL)容器中,X、Y、z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。
根据图像可进行如下计算:
(1)计算某物质在O一t3刻的平均反应速率、转化率,如
Y的转化率为
.
(2)确定化学方程式中各物质的化学计量数之比如X、Y、z三种物质的化学计量数之比为: (n1一n3):(n2一n3):n2。
2.全程速率一时间图像如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现的情况,如图所示,
解释原因:AB段(v增大),因反应为放热反应,随反应的进行,温度升高,导致反应速率增大;BC段(v减小),则主要因为随反应的进行,溶液中 c(H+)减小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真分析。
3.速率一温度(压强)图像这类图像有两种情况:一是不隐含时间变化的速率一温度(压强)图,二是隐含时间变化的速率一温度 (压强)图。以
,△H< 0为例,V一T(P)图像如下: