化学竞赛教程化学平衡.ppt

第二章 化学平衡,本章教材主要内容,化学平衡特点：（1）逆：研究对象是可逆反应。（2）等：v（正）=v（逆）0（3）动：动态平衡，反应并没有停止,一、化学平衡的移动 可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程（可逆反应从一种条件下的平衡状态转变成另一种条件下的平衡状态的过程）叫做化学平衡的移动。,化学平衡移动的本质是正、逆反应速率发生变化。正、逆反应速率相对大小的三种情况与化学平衡移动方向之间的关系。,当改变条件后：v(正)v(逆)，平衡向正反应方向移动；v(正)v(逆)，平衡向逆反应方向移动；v(正)=v(逆)，平衡不移动。二、影响化学平衡的条件1.浓度对化学平衡的影响结论：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，平衡正向移动；减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，平衡逆向移动,增反应物,正反应方向,v(正)v(逆),消耗反应物,减反应物,逆反应方向,v(正)v(逆),补充反应物,增生成物,逆反应方向,v(正)v(逆),消耗生成物,减生成物,正反应方向,v(正)v(逆),补充生成物,A,B,生产实际中，常常通过增大廉价原料的浓度使平衡向正反应方向移动，来提高另一种价格较高的原料的转化率。,注意：此规律只适用于气态、溶液中的平衡混合物。对于固体、纯液体来说，它们的浓度是常数，改变它们的量，平衡不移动。,2.压强对化学平衡的影响结论：其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。,增压,气缩反应方向,v(缩)v(扩),减少气体分子数,减压,气扩反应方向,v(缩)v(扩),增加气体分子数,C,D,对于反应前后气体体积相等的反应，增大（或减小）压强，v(正)和v(逆)增大（或减小）的程度相等，平衡不发生移动。,3.温度对化学平衡的影响结论：其他条件不变的情况下，温度升高，平衡向吸热方向移动；温度降低，平衡向放热方向移动。,升温,吸热反应方向,v(吸)v(放),减少体系热量,降温,放热反应方向,v(放)v(吸),增加体系热量,E,F,4.催化剂对化学平衡无影响,增大反应物浓度,正反应,(若NO2浓度从1mol/L2mol/L),NO2浓度小于2 mol/L,(减小反应物浓度方向),增大压强（容积减小）,气体体积(分子数）减小方向,(若压强从1atm 2atm),压强小于2 atm,(减压方向),升高温度,吸热反应方向,(若温度80 100),温度低于100,(降温方向),如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。,影响化学平衡的条件,2NO2(气)=N2O4(气)(正反应为放热反应）,三、平衡移动原理（Le Chatelier 原理）,如果改变影响平衡的一个条件（浓度、压强、温度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。,改变条件,平衡移动,移动结果：减弱这种改变,对所给条件的负反馈,注意：是“减弱”这种改变，不是“消除”这种改变只有一个条件改变，才能应用（多个条件改变就要具体问题具体分析）勒沙特列原理适用于任何动态平衡体系（如：溶解平衡、电离平衡等），非平衡状态不能用此来分析。,2.在高温下，反应2HBr H2(g)+Br2(g)(正反应为吸热反应）达到平衡时，要使混合气体颜色加深，可采取的方法是（）A、减小压强 B、缩小体积C、升高温度 D、增大H2浓度,1.如图所示曲线表示一定条件下可逆反应X（g）+Y（g）2Z（g）+Q的反应过程。若使a曲线变成b曲线，可采取的措施是（）A、加入催化剂 B、增大Y的浓度C、升高温度 D、减小体系的压强E、增大体系的压强,AE,BC,3已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列有关叙述正确的是（）A生成物的体积分数一定增加B生成物的产量一定增加C反应物的转化率一定增大D反应物的浓度一定降低E正反应速率一定大于逆反应速率F使用了合适的催化剂,B E,已知：实验事实：500 1L密闭容器中，放入2molSO2，1molO2发生化学反应：,c(SO2)下降 c(O2)下降 c(SO3)上升,t时 0.15mol/L 0.075mol/L 1.85mol/L,事实：500 1L密闭容器中，放入2molSO3，发生化学反应：,起始 c(SO3)下降 c(SO2)上升 c(O2)上升,t时 1.85mol/L 0.15mol/L 0.075mol/L,结论：只要条件一定，无论从正反应或逆反应开始，建立的化学平衡状态是相同的。,化学平衡常数,注意：,2.K的大小能表示可逆反应进行的程度。K越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率也越大。反之，K越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率也越小。,对一般的可逆反应：mA+nB pC+qD,1.K与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关，如：,对于反应：A+3B 2C：,有关化学平衡的计算,可逆反应在一定条件下达到化学平衡：,起始(mol/L)a b 0 0转化(mol/L)x 平衡(mol/L),(n/m)x(p/m)x(q/m)xa-x b-(n/m)x(p/m)x(q/m)x,平衡时：A的转化率=(x/a)100%,例1 在一定温度下，在密闭容器中将N2和H2以体积比1:3混合，当反应达平衡时，混合气体中氨占25%（体积比），若混合前有100molN2，求平衡后N2、H2、NH3 的物质的量及N2的转化率。,n(起始):100mol 300mol 0,n(变化):x 3x 2x,n(平衡):100mol-x 300mol-3x 2x,X=40mol,平衡时：n(N2)=60mol；n(H2)=180mol；n(NH3)=80mol,平衡时：转化率(N2)=40%,2 2 1 1,1.2-1=0.2,0.4,B,例3工业制硫酸的时，反应2SO2+O2 2SO3(g)如果按照2:1投料SO2和O2，在一定条件下达到平衡，SO2和O2的转化率_（填“前者大、后者大、相等）；如果按照1:1投料，SO2和O2的转化率_（填“前者大、后者大、相等）。,相等,前者大,若按系数比投料，各反应物的转化率相同；否则，多投料的转化率低，少投料的转化率高。,思考：工业制硫酸时，SO2和空气哪种是过量的，原因是什么?,例5 在一定温度下，向真空容器中充入氢氮混合气体后的压强为2.02107Pa，反应达到平衡时的压强为1.717 107Pa，此时再充入原混合气总量40%的氮气，反应重新达到平衡时的压强为2.02107Pa。求两次平衡时混合气体中 氨的体积分数。,解：n(起1)/n(平1)=2.02/1.717=1/0.85设n(起1)=1mol，则n(平1)=0.85mol,1 3 2 2(1-0.85)mol,0.15mol,第一次平衡时，NH3的体积分数=0.15/0.85 17.6%,n(起2)=(1+0.4)mol，n(平2)=1mol,(1.4-1)mol,0.4mol,第二次平衡时，NH3的体积分数=0.4/1=40%,第四节 合成氨条件的选择,一、适宜合成氨生产条件的选择,问题1：请写出合成氨的化学反应方程式，并说明这个反应有什么特点？,N2+3H2 2NH3；H=92.4kJ/mol,特点：a、可逆反应b、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应。,问题2：请分析工业生产主要要考虑哪些问题？,经济效益与社会效益,基本要求：a、反应快b、原料利用率高c、单位时间内产量高,问题3：请分析下表。分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。,高压,高温,使用,高压,低温,不影响,问题4：工业上合成氨还需考虑哪些因素？,生产实际中还需考虑动力、设备的代价以及催化剂（铁触媒）的活性温度(500)。,温度：500压强：20 MPa-50 MPa催化剂：铁触媒,适宜条件,二、合成氨生产的工艺流程,1.原料气的制备,N2 来自空气,I 降温加压 液态空气 分离出N2II C+空气 除去CO2，分离出N2或铜网III高分子膜技术分离氮气,原料气的制备 净化 压缩 合成 分离,N2、H2 液氨,循环利用,2.NH3的合成（合成塔）,思考：为什么在压缩合成前要净化除杂？,防止催化剂的中毒（因接触杂质而使失去催化活性的过程）。,H2来自于水和煤,高压水洗除去CO2 分离出H2,SO3+H2O=H2SO4,高压,高温,使用,高压,低温,不影响,450时催化剂（V2O5）催化活性最大450、1 atm时SO2的转化率高达97.5%；450、100 atm时SO2的转化率仅为99.7%,温度：450压强：常压催化剂：V2O5,适宜条件,工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的利用率。空气过量能提高SO2的转化率。而合成氨的N2、H2原料的制备成本相近，故按体积比1:3配料。,思考：对于合成氨反应，怎样改变某一物质浓度使平衡向正反应方向移动？,不断分离出得到的氨,小结：化工生产中适宜条件选择的一般原则：,1、从化学反应速率分析；2、从化学平衡移动分析；（既要注意外界条件对二者影响的一致性；又要注意对二者影响的矛盾性）3、从原料的利用率分析；（增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，降低成本）4、从实际生产能力分析；（设备承温、承压能力等）5、注意催化剂的活性对温度的限制。,