第二章化學反應(yīng)速率和化學平衡

1、2022-3-251第二章第二章 化學反應(yīng)速率和化學平衡化學反應(yīng)速率和化學平衡 第三節(jié)第三節(jié) 化學平衡化學平衡2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院1.理解化學平衡的特點，能正確表示理解化學平衡的特點，能正確表示K（式式中各量的含義中各量的含義）；2. 掌握掌握K的意義及應(yīng)用；的意義及應(yīng)用；3. 掌握有關(guān)化學平衡的計算：掌握有關(guān)化學平衡的計算： K、轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化率、起始濃度、平衡濃度；起始濃度、平衡濃度；重點：重點：K的表示、關(guān)于化學平衡的計算的表示、關(guān)于化學平衡的計算難點：難點：關(guān)于化學平衡的計算關(guān)于化學平衡的計算本節(jié)基本要求本節(jié)基本要求2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院1.可逆反應(yīng)可逆

2、反應(yīng)(reversible reaction) 同一條件下反應(yīng)可同時向正、逆兩個方向進行的反應(yīng)。例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O22SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) V2O5一、化學平衡一、化學平衡2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院2. 化學平衡化學平衡(chemical equilibrium) 在一定的溫度下,反應(yīng)物在密閉容器內(nèi)進行的可逆反應(yīng),隨著反應(yīng)的進行,正反應(yīng)速率不斷減小,逆反應(yīng)速率不斷增大,反應(yīng)進行到一定程度,正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,各反應(yīng)物、生成物的濃度不再變化,這時反應(yīng)體系所處的狀態(tài)稱為“化學平衡

3、” 。正正逆逆正正逆逆02009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院（1）只有在恒溫下，封閉體系中進行的可逆反應(yīng)才能建立化學平衡，這是建立；（2）正、逆反應(yīng)速度相等是；（3）平衡時各物質(zhì)的濃度都不再隨時間改變，這是 ；（4）平衡狀態(tài)是一定條件下封閉體系中可逆反應(yīng)進行的最大限度最大限度。（5）化學平衡是有，當外界條件改變時，正、逆反應(yīng)速度要發(fā)生變化，原平衡受到破壞，直到建立新的動態(tài)平衡。（6）化學平衡的建立與化學反應(yīng)的途徑無關(guān)。3.化學平衡的特征化學平衡的特征2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院1.平衡關(guān)系式平衡關(guān)系式 mA + nB pC + qD 在一定溫度下，當反應(yīng)達到平衡時，正反應(yīng)速率與在一

4、定溫度下，當反應(yīng)達到平衡時，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，其標準平衡常數(shù)可以表示為：逆反應(yīng)速率相等，其標準平衡常數(shù)可以表示為：nBmAqDpCccccccccK)()()()( c=1mol/L氣體反應(yīng)氣體反應(yīng) nBmAqDpCppppppppK)()()()( p=100kPa二、標準平衡常數(shù)二、標準平衡常數(shù)溶液中溶液中的反應(yīng)的反應(yīng)2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院 K 107: 正反應(yīng)能進行完全正反應(yīng)能進行完全,正反應(yīng)不可逆正反應(yīng)不可逆 10-7 K K107 : 典型可逆反應(yīng)典型可逆反應(yīng) K 10-7: 正反應(yīng)幾乎不能進行完全正反應(yīng)幾乎不能進行完全,逆反應(yīng)不逆反應(yīng)不 可逆?？赡妗?.標

5、準平衡常數(shù)的意義標準平衡常數(shù)的意義 K的數(shù)值反映了化學反應(yīng)完全程度。K值越大，正向反應(yīng)進行的程度越大，反應(yīng)越完全。因此，K是一定溫度下，化學反應(yīng)可能進行的最大限度的量度。2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院4.標準平衡常數(shù)的應(yīng)用標準平衡常數(shù)的應(yīng)用 判斷反應(yīng)程度 ： K愈大，反應(yīng)進行得愈完全預(yù)測反應(yīng)方向：正向或逆向進行計算平衡組成：各組分的含量、平衡常數(shù)3.書寫書寫K表達式的表達式的要求要求見教材見教材。2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院 （1）如果某個反應(yīng)可以表示為兩個或多個反應(yīng)的總和，）如果某個反應(yīng)可以表示為兩個或多個反應(yīng)的總和，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。這則總反應(yīng)

6、的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。這個關(guān)系稱為個關(guān)系稱為多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則。5.多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則（2）所有平衡常數(shù)必須在同一溫度。（3）若反應(yīng)3=反應(yīng)2-反應(yīng)1，則K3= K2/ K12009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院轉(zhuǎn)化率又稱平衡轉(zhuǎn)化率或最大轉(zhuǎn)化率。（因為化學平衡狀態(tài)是反應(yīng)進行的最大限度，所以平衡轉(zhuǎn)化率是指定條件下的最大轉(zhuǎn)化率。） 平衡轉(zhuǎn)化率指平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比。轉(zhuǎn)化率 =(C反應(yīng)物)起始-(C反應(yīng)物)平衡(C反應(yīng)物)起始某反應(yīng)物已轉(zhuǎn)化的量該反應(yīng)物的起始量100%100%=6.轉(zhuǎn)化率（平衡轉(zhuǎn)化率）轉(zhuǎn)化率（平衡轉(zhuǎn)化率） 標準平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化

7、率都可以表示反應(yīng)進行的程度，標準平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進行的程度，但前者只與溫度有關(guān)，后者與溫度、濃度有關(guān)，使用但前者只與溫度有關(guān)，后者與溫度、濃度有關(guān)，使用時還應(yīng)指明何種反應(yīng)物。時還應(yīng)指明何種反應(yīng)物。2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院7.說明說明（1）一定溫度下，每個可逆反應(yīng)都有自己特征的平衡）一定溫度下，每個可逆反應(yīng)都有自己特征的平衡常數(shù)。平衡常數(shù)表達式代表在常數(shù)。平衡常數(shù)表達式代表在給定給定溫度下體系達到平溫度下體系達到平衡的條件。衡的條件。（2）平衡常數(shù)的大小代表平衡混合物中產(chǎn)物所占比例）平衡常數(shù)的大小代表平衡混合物中產(chǎn)物所占比例的多少。的多少。（3）平衡常數(shù)表達式表示體系

8、的動態(tài)關(guān)系。）平衡常數(shù)表達式表示體系的動態(tài)關(guān)系。（4）平衡常數(shù)）平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)只是溫度的函數(shù)，不隨變化途徑、反應(yīng)，不隨變化途徑、反應(yīng)方向、反應(yīng)物或產(chǎn)物的初始濃度而改變。方向、反應(yīng)物或產(chǎn)物的初始濃度而改變。r Gm = RTlnK（5）平衡常數(shù)不涉及時間概念，不涉及反應(yīng)速率。）平衡常數(shù)不涉及時間概念，不涉及反應(yīng)速率。2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院p(NH3)/pp(N2)/ p0.5p(H2)/ p1.5K2 = 0.5N2(g) + 1.5H2(g) NH3(g) ,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) , p(NH3)/p2p(N2)/ pp(H2)/ p3K1 =顯

9、然顯然, K1 = (K2)28.課堂練習課堂練習Zn (S) + 2H+ (aq) H2 (g) + Zn2+ (aq)p(H2）/pc（Zn2+）/ cc(H+)/ c2K = 2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院 例 1 反應(yīng) A ( g ) 2 B ( g ) 在某溫度達到平衡時，各組分的分壓均為 1.013 10 5 Pa，求其標準平衡常數(shù) K 。 013. 1)()(51000. 1510013. 151000. 1510013. 122PaPaPaPappppABK三、關(guān)于化學平衡的計算三、關(guān)于化學平衡的計算解：2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院解：解：1). Fe2+ +

10、 Ag+ Fe3+ + Ag起始濃度起始濃度 c0/molL-1 0.100 0.100 0 變化濃度變化濃度 c0/molL-1 0.119.4% 0.119.4% 0.119.4% = -0.0194 = -0.0194 = 0.0194平衡濃度平衡濃度c0/molL-1 0.100-0.0194 0.100-0.0194 0.0194 = 0.0806 =0.0806 c(Fe3+)/cK = = = 2.99c(Fe2+)/ cc(Ag+)/ c0.0194(0.0806)2 2). 例例2：2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院n(CO2)RT/V n(H2)RT/Vn(CO2)RT

11、/Vn(H2)RT/VK= =p(CO2)/pp(H2)/pp(CO)/ pp(H2O)/ p CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2(g) .起始物質(zhì)的量起始物質(zhì)的量 n0/mol 0.040 0.040 0 0平衡時物質(zhì)的量平衡時物質(zhì)的量n0/mol 0.040-0.040 0.040-0.040 0.040 0.040p (CO) = n(CO)RT/V； p (H2O) = n(H2O)RT/V；p (CO2) = n(CO2)RT/V； p (H2) = n(H2)RT/V；解：設(shè)解：設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為例例32009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院n(CO2)

12、n(H2)n(CO2)n(H2)(0.040)20.0402(1-)22(1-)2= 1.0, = 50%2(1-)2= = = =p (CO) = p (H2O) = n(CO)RT/V= 0.040(1-0.50)8.3141123(5.010-3) = 37.3 kPa;p (CO2) = p (H2) = n(CO)RT/V= (0.0400.50)8.3141123(5.010-3) = 37.3 kPa. 2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院始態(tài)分壓始態(tài)分壓/Pa x x 0平衡分壓平衡分壓/Pa x - p x - p p 例4： 在5.00L容器中裝有等物質(zhì)的量的PCl3(g

13、)和Cl2(g)。 523K時,反應(yīng)PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)達平衡時，p(PCl5)=p ，K =0.767，求：(1)開始裝入的PCl3和Cl2的物質(zhì)的量；(2)PCl3的平衡轉(zhuǎn)化率。PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)解解: (1) 設(shè)始態(tài)設(shè)始態(tài) p(PCl3) = p(Cl2) = x Pa2009-9-22四川化工職業(yè)技術(shù)學院平衡分壓平衡分壓/Pa x - p x - p p p(PCl3)/p (x-p)/p (x-p)/p K = 1(x-105)/10520.767 =X = 214155pV 2141555.0010-3RT 8.314523 n(PCl3) =n(Cl2)