化學(xué)反應(yīng)速率與限度公共

1、關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率和限度公共第一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三章 化學(xué)反應(yīng)速率和限度 化學(xué)反應(yīng)速率 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 化學(xué)反應(yīng)的限度-化學(xué)平衡第二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的速率和反應(yīng)的機(jī)理以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響，把熱力學(xué)的反應(yīng)可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性。例如：動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：需一定的T，p和催化劑點(diǎn)火，加溫或催化劑第三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率1 平均速率 對(duì)化學(xué)反應(yīng)，若在等容條件下，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的減少或生成物的增加單位：mol.L-1.

2、時(shí)間第四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月它不能確切反映速率的變化情況，只提供了一個(gè)平均值，用處不大。第五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 瞬時(shí)速率 在濃度隨時(shí)間變化的圖上，在時(shí)間t 時(shí)，作交點(diǎn)的切線(xiàn)，就得到 t 時(shí)刻的瞬時(shí)速率。顯然，反應(yīng)剛開(kāi)始，速率大，然后不斷減小，體現(xiàn)了反應(yīng)速率變化的實(shí)際情況。第六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：對(duì)于化學(xué)反應(yīng):用下式表示以濃度為基礎(chǔ)的反應(yīng)速率:化學(xué)反應(yīng)速率的定義：第八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)反應(yīng)： aA + bB = gG + dD 化

3、學(xué)反應(yīng)速率為：第九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月反應(yīng)速率： 某一時(shí)刻的反應(yīng)速率、瞬時(shí)速率；平均速率 = B 1(cB/t)用反應(yīng)中的任何物質(zhì)表示反應(yīng)速率， 數(shù)值上都是一樣的； 瞬時(shí)速率的測(cè)定可以由作圖法得到。第十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、化學(xué)反應(yīng)速率基本理論1、化學(xué)反應(yīng)歷程（機(jī)理） 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下，反應(yīng)物變成生成物實(shí)際經(jīng)過(guò)的途徑基元反應(yīng)：在反應(yīng)中反應(yīng)物分子直接轉(zhuǎn)化成生成物 的反應(yīng)簡(jiǎn)單反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)：在反應(yīng)中反應(yīng)物分子經(jīng)過(guò)多步才轉(zhuǎn)化成生 成物的反應(yīng)-非基元反應(yīng)第十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于202

4、2年6月CO(g) + NO2(g) = CO2(g) + NO(g)基元反應(yīng)非基元反應(yīng)H2(g) + I2(g) = 2HI(g)I2(g) =2 I(g) 快H2(g) + 2I(g) = 2HI(g) 慢第十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、化學(xué)反應(yīng)速率理論 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的必要條件是反應(yīng)物分子（或原子、離子）間的碰撞。 只有極少數(shù)活化分子的碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱(chēng)“有效碰撞”；活化分子是反應(yīng)物分子中能量較高的分子，其比例很??；（1）有效碰撞理論第十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月理論要點(diǎn)：有效碰撞：能發(fā)生反應(yīng)的碰撞活化分子：具有較大的動(dòng)能并且能發(fā)生 有效碰撞

5、的分子活化能：活化分子所具有的最低能量與 反應(yīng)物分子的平均能量之差其他條件相同時(shí)，活化能越低的化學(xué)反 應(yīng)，反應(yīng)速率越高。第十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月平ECE活E分子分?jǐn)?shù)%分子的能量分布曲線(xiàn)0Ea = E(最低)- E(平) 活化能是化學(xué)反應(yīng)的“能壘”，Ea越高，反應(yīng)越慢；Ea越低，反應(yīng)越快。Ea可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定?；罨肿拥谑鶑垼琍PT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 反應(yīng)速率與碰撞頻率Z，分子有效碰撞分?jǐn)?shù)f，以及方位因子p有關(guān)一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約在40400 kj.mol-1之間多數(shù)化學(xué)反應(yīng)的活化能約在60250 kj.mol-1之間反應(yīng)的活化能小于 40 kj.m

6、ol-1時(shí)，反應(yīng)速度很快反應(yīng)的活化能大于 400 kj.mol-1時(shí)，反應(yīng)速度很慢中和化學(xué)反應(yīng)的活化能約在1325 kj.mol-1之間第十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例 NO2(g) + F2 (g) 2NO2F (g)反應(yīng)機(jī)理： NO2 + F2 NO2F + F (慢反應(yīng)) F + NO2 = NO2F (快反應(yīng))反應(yīng)速率有第步反應(yīng)決定。氣體反應(yīng)速率取決于三種因素： 反應(yīng)速率=正確取向的碰撞分?jǐn)?shù)(p) 具有足夠 動(dòng)能的碰撞分?jǐn)?shù)(f ) 氣體分子碰撞頻率(Z)第十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）過(guò)渡狀態(tài)理論 化學(xué)反應(yīng)并非只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的碰撞就能完成，而是在

7、反應(yīng)過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一個(gè)中間的過(guò)渡狀態(tài)，先形成活化配合物。 活化配合物極不穩(wěn)定,一經(jīng)形成便會(huì)分解，或分解為反應(yīng)物，或分為生成物；第十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月活化能是決定反應(yīng)速率的內(nèi)在因素?；罨苁腔罨浜衔锏哪芰颗c反應(yīng)物分子平均能量之差:Ea = E(配)- E(平)第二十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第二節(jié) 影響反應(yīng)速率的因素內(nèi)因：反應(yīng)的活化能外因：濃度、溫度、催化劑一、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1（基）元反應(yīng)： 對(duì)于簡(jiǎn)單反應(yīng)，反應(yīng)物分子在有效碰撞中經(jīng)過(guò)一次化學(xué)變化就能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應(yīng)。2（基）元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率方程式：可由質(zhì)量作用定律描述。 第二十一張，P

8、PT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 在一定溫度下,對(duì)某一基元反應(yīng),其反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度(以化學(xué)方程式中該物質(zhì)的計(jì)量數(shù)為指數(shù))的乘積成正比。如：aA + bB = gG + dD 為基元反應(yīng)，則:稱(chēng)作質(zhì)量作用定律數(shù)學(xué)表達(dá)式。第二十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月而對(duì)于非基元反應(yīng)，有：稱(chēng)作反應(yīng)速率方程式。其中m、n要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。（a+b）或（m+n）稱(chēng)為反應(yīng)級(jí)數(shù)；第二十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 k與溫度、催化劑有關(guān)，而與濃度無(wú)關(guān)對(duì)于n級(jí)反應(yīng)其單位是(moldm-3)(n-1)s-1 k 稱(chēng)為反應(yīng)速率常數(shù), 可用來(lái)表征反應(yīng)的速率。反應(yīng)級(jí)數(shù)的意義： 表示

9、了反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系； 零級(jí)反應(yīng)表示了反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)第二十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月速率常數(shù)的單位零級(jí)反應(yīng): = k(cA)0 k的量綱為moldm-3s-1一級(jí)反應(yīng): = kcA； k的量綱為s-1二級(jí)反應(yīng): = k(cA)2 k的量綱為mol3dm-1s-1 級(jí)反應(yīng): = k(cA)3/2 k的量綱為氣體反應(yīng)可用氣體分壓表示 2NO2 2NO + O2； ； 或 ； kc kP第二十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月零級(jí)反應(yīng) 在一定溫度下，該反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)，為一常數(shù)，反應(yīng)速率 J = k 。如蔗糖的水解反應(yīng)： C12H22O1

10、1 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 （蔗糖） （葡萄糖）（果糖）水是大量的，在反應(yīng)過(guò)程中可視水的濃度不變，反應(yīng)速率只與蔗糖的濃度有關(guān)，而與水的濃度無(wú)關(guān)，即反應(yīng)對(duì)水是零級(jí) 第二十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氨在金屬鎢的催化下分解為氮和氫的反應(yīng)也是零級(jí)反應(yīng) NH3(g) N2(g) + H2(g) J = kco(NH3)對(duì)復(fù)雜反應(yīng)，也有一個(gè)相應(yīng)的速率方程式，但它不是質(zhì)量作用定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。復(fù)雜反應(yīng)的速率方程式不能直接根據(jù)化學(xué)方程式寫(xiě)出，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，或根據(jù)定速步驟推導(dǎo)出來(lái) 第二十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2N2O5(g) 4NO2(g)

11、 + O2(g) r=kc (N2O5)而不是 r=kc2(N2O5)機(jī)理：N2O5NO3+NO2（慢）NO3NO + O2 (快)NO +NO3 2NO2 （快）第二十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月0級(jí)反應(yīng)c0c= kt第二十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一級(jí)反應(yīng)第三十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 某藥物在人體中代謝為一級(jí)反應(yīng)，若上午8時(shí)經(jīng)4，12小時(shí)測(cè)定血藥濃度分別為4.80, 2.22 mg/L. 求k, t1/2 ,若需保持血藥濃度3.7mg/L以上，應(yīng)在何時(shí)注射第二針？解：據(jù)lg ct為直線(xiàn)，可設(shè)4小時(shí)時(shí)為起始點(diǎn) t1/2 = 0.69

12、3 /k = 7.19 (h)至3.7mg/L時(shí)間t=4+2.7 = 6.7 h即從8：00算起應(yīng)在約14：42前注射第二針。第三十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二級(jí)反應(yīng) A+B = AB 設(shè)cA0=a,cB0=b,x為產(chǎn)物濃度。則cA=a-x, cB=b-x,為反應(yīng)t時(shí)間后濃度。第三十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月a=b, 即特例 2A = A2 ,即第三十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1范特霍夫規(guī)則 一般情況下：在一定溫度范圍內(nèi)，對(duì)化學(xué)反應(yīng)溫度每升高10度反應(yīng)速率大約增加到原來(lái)的24倍。其倍數(shù)為反應(yīng)溫度系數(shù)第三十四

13、張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)溫度從t升高到（t+n*10）時(shí)，則反應(yīng)速率是原來(lái)的 倍。第三十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例1：已知 4，求溫度從20C升溫到80 C時(shí)，反應(yīng)速率提高了多少倍？解：根據(jù)第三十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 阿侖尼烏斯 (Arrhenius S A)公式 1889年瑞典化學(xué)家阿累尼烏斯（Arrhenius S A）在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，提出了反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的定量關(guān)系式或A：反應(yīng)的指前因子，對(duì)確定的化學(xué)反應(yīng) 是一常數(shù)，A與k同一量綱； E a ： 反應(yīng)活化能； R：8.314 Jmol-1K-1 T：

14、熱力學(xué)溫度溫度微小的變化將導(dǎo)致k值較大的變化。第三十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月阿侖尼烏斯公式的應(yīng)用求出任一溫度下該反應(yīng)的k值 作圖法 做 圖 斜率 根據(jù)二點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算 或第三十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例2 對(duì)下列反應(yīng)：2NOCl(g) = 2NO(g) + Cl2實(shí)驗(yàn)測(cè)得：T1=300K k1=2.810-5Lmol-1s-1T2=400K k2=0.705Lmol-1s-1,求反應(yīng)的活化能和頻率因子。解：A=7.81012 Lmol-1s-1第三十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例3 已知某反應(yīng)Ea=1.14102kJmol-1 T1=6

15、00Kk1=0.75Lmol-1s-1,求該反應(yīng)在700K時(shí)的速率？解：k2=26 0.75=20 Lmol-1s-1第四十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)反應(yīng) CO(g) + NO2(g) = CO2(g) + NO(g) 測(cè)定了不同溫度下的速率常數(shù)k值如下：T（K） 600 650 750 800k(L.mol-1s-1) 0.028 0.22 6.0 23試求：(1)反應(yīng)的活化能。 (2)700K時(shí)的速率常數(shù)。解：(1) 用作圖法求出活化能和700K時(shí)的速率常數(shù)。先計(jì)算lgk和1/T，然后以lgk對(duì)1/T作圖， 10-3 1.67 1.54 1.33 1.25 lgk -1

16、.55 -0.66 0.78 1.361.25 1.45 1.651.00 0.500-0.5-1.00-1.50lgk1/T 10-3 斜率 = = -7.00103第四十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月- = -7.00103 =7.001032.3038.314=134.03kJmol-1700K時(shí)， =1.4310-3，由圖查得lgk=0.125 k700=1.33L.mol-1.s-1(2)用阿侖尼烏斯方程式計(jì)算反應(yīng)的活化能和700K時(shí)的速率常數(shù)。將650K和750K時(shí)的速率常數(shù)值代入 得： lg = = =1.67 第四十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

17、則： =46.77 k700=46.77k600=46.770.028 =1.31Lmol-1s-1兩種方法得到的結(jié)果基本相同。第四十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月由阿侖尼烏斯公式，得出以下結(jié)論：（1）對(duì)Ea不同的各化學(xué)反應(yīng)，若A相近，則在同一溫度條件下，Ea越大，k越小。（2）活化能高的化學(xué)反應(yīng)，其速率常數(shù)隨溫度的變化率越大；活化能低的化學(xué)反應(yīng)，速率常數(shù)隨溫度變化率小。（3）同一化學(xué)反應(yīng)，溫度變化相同時(shí)，高溫區(qū)反應(yīng)速率增大的幅度比低溫去大。第四十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化劑能改變反應(yīng)速率的作用叫催化作用。正催化：加速反應(yīng)速

18、率 負(fù)催化：減慢反應(yīng)速率1.催化劑影響化學(xué)反應(yīng)速率的原因 催化作用的實(shí)質(zhì)是改變了反應(yīng)的機(jī)理，降低了反應(yīng)的活化能，因而提高了反應(yīng)速率。不改變反應(yīng)的自由能，也不改變平衡常數(shù)K；縮短平衡到達(dá)的時(shí)間，加快平衡的到來(lái)。第四十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例如 反應(yīng) : A+B AB 活化能為 Ea當(dāng)有催化劑Z存在時(shí)，改變了反應(yīng)的途徑，使之分為兩步A+Z AZ （1） 活化能為E1AZ+B AB+Z （2） 活化能為E2由于E1，E2均小于Ea，所以反應(yīng)加快了。第四十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑加速反應(yīng)速率往往是很

19、驚人的。例如，用接觸法生產(chǎn)硫酸，關(guān)鍵的步驟是： 2SO2 + O2 = 2SO3 催化劑V2O5可使反應(yīng)速率增大1億多倍。催化劑在加速正反應(yīng)的同時(shí)，也以同樣的倍數(shù)加快逆反應(yīng)的速率。所以催化劑只能加速化學(xué)平衡的到達(dá)，不能改變化學(xué)平衡的位置。 此外，還必須指出，催化劑雖可改變反應(yīng)的活化能，但不能改變反應(yīng)的rG。因此對(duì)一個(gè)rG0的反應(yīng)，不能用催化劑促使其自發(fā)。第四十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化作用的特點(diǎn)：1. 物理性質(zhì)在反應(yīng)前后可能有變化。2 .少量催化劑就能使反應(yīng)速率改變很大。3. 同時(shí)加大正逆兩方向的速率，不能影響平衡狀態(tài)。4 .具有選擇性(例如乙烯的氧化)。5.催化劑中毒

20、。第四十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化作用理論均相催化理論中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)多相催化理論活性中心學(xué)說(shuō)A+C ACAC+B AB+C 形成中間產(chǎn)物改變了反應(yīng)途徑，從而降低反應(yīng)的活化能。第五十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化作用理論多相催化理論活性中心學(xué)說(shuō)活性中心占固體催化劑表面積的小部 分，但具有較高的催化效率，易于發(fā) 生化學(xué)吸附，形成新化學(xué)鍵。催化劑一般易發(fā)生催化劑中毒。第五十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.反應(yīng)物向催化劑表面擴(kuò)散。2.反應(yīng)物吸附在催化劑表面。3.在催化劑表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。4.

21、生成物從催化劑表面上解吸。5.生成物離開(kāi)催化劑表面擴(kuò)散開(kāi)去。第五十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月影響多相反應(yīng)速率的因素 在多相系統(tǒng)中,只有在相的界面上,反應(yīng)才能發(fā)生。因此,擴(kuò)散速度、吸附和解吸、固體催化劑總面積、反應(yīng)物分子的粒徑等等,都會(huì)影響到反應(yīng)的速率。 對(duì)于多相反應(yīng)，固體和純液體不表示在反應(yīng)速率方程式中，如：對(duì)于反應(yīng)： C（s）+O2（g）= CO2（g） 其速率方程式為： =kc(O2) 第五十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶 enzyme條件要求高： pH, T等， 但 較溫和高度專(zhuān)一性高效性高選擇性第

22、五十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)平衡一、化學(xué)平衡狀態(tài)1.化學(xué)平衡及特征 在一定條件下，既能向正方向進(jìn)行又能向逆方向進(jìn)行的反應(yīng)稱(chēng)可逆反應(yīng)。如反應(yīng)： CO（g）+H2O（g） H2（g）+CO2（g） 在高溫下CO與H2O能反應(yīng)生成H2和CO2，同時(shí)H2與CO2也能反應(yīng)生成CO和H2O。對(duì)這樣的反應(yīng)，為強(qiáng)調(diào)可逆性，在反應(yīng)式中常用 代替等號(hào)。 第五十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)平衡及特征達(dá)到平衡的時(shí)間（平衡線(xiàn)）t第五十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 幾乎所有反應(yīng)都是可逆的，只是有些反應(yīng)在已知的條件下逆反應(yīng)進(jìn)行的程度極為

23、微小，以致可以忽略，這樣的反應(yīng)通常稱(chēng)之為不可逆。如KClO3加熱分解便是不可逆反應(yīng)的例子。第五十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 可逆反應(yīng)在進(jìn)行到一定程度，便會(huì)建立起平衡。例如，一定溫度下，將一定量的CO和H2O加入到一個(gè)密閉容器中。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，CO和H2O的濃度較大，正反應(yīng)速率較大。一旦有CO2和H2生成，就產(chǎn)生逆反應(yīng)。開(kāi)始時(shí)逆反應(yīng)速率較小，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度減少，生成物的濃度逐漸增大。正反應(yīng)速率逐漸減少，逆反應(yīng)速率逐漸增大。當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，即達(dá)到平衡狀態(tài)。正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)的狀態(tài)叫做化學(xué)平衡。第六十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)平衡有兩個(gè)特

24、征：（1）化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。表面上看來(lái)反應(yīng)似乎已停止，實(shí)際上正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行，只是單位時(shí)間內(nèi)，反應(yīng)物因正反應(yīng)消耗的分子數(shù)恰等于由逆反應(yīng)生成的分子數(shù)。（2）化學(xué)平衡是暫時(shí)的、有條件的平衡。當(dāng)外界條件改變時(shí)，原有的平衡即被破壞，直到在新的條件下建立新的平衡。第六十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度稱(chēng)為平衡濃度對(duì)于反應(yīng)H2(g) + I2(g) = 2HI(g)，在718時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得如表32所列數(shù)據(jù)。 開(kāi)始濃度/molL-1平衡濃度/molL-1C(H2)C(I2)C(HI)C(H2)C(I2)C(HI)123450.020000

25、.002050.0206 0.00790.020000.01330.0145 0.019200.04000.052400.02570.004350.004350.003350.007750.002050.004350.004350.01460.001650.01330.03130.03130.04980.02570.037451.851.851.751.751.3H2(g)、I2(g)、HI(g)的平衡濃度和平衡常數(shù)（718K）第六十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 看出，在718K當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，雖然各組體系內(nèi)各物質(zhì)的濃度不同，但生成物濃度（以反應(yīng)方程式中的計(jì)量系數(shù)為指數(shù)）的乘

26、積與反應(yīng)物濃度（以反應(yīng)方程式中的計(jì)量系數(shù)為指數(shù)）的乘積之比是一個(gè)常數(shù)： Kc = 對(duì)一般可逆反應(yīng)第六十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 化學(xué)平衡常數(shù)(1)實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度將不再改變。對(duì)一般可逆反應(yīng)： aA + bB dD + eE在一定溫度下達(dá)平衡時(shí)，由動(dòng)力學(xué)方程關(guān)系式： 第六十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 化學(xué)平衡常數(shù)(1)實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)在一定溫度下液相達(dá)平衡時(shí)，都能建立如下的關(guān)系式：Kc為濃度平衡常數(shù)；單位： (moldm-3) B B = (g + d) (a+b) B = 0 時(shí)，Kc量綱為1， B 0 時(shí)，K

27、c有量綱aA + bB dD + eE第六十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 生成物濃度冪的乘積，除以反應(yīng)物濃度冪的乘積為一常數(shù)Kc。由上式可見(jiàn)，Kc值越大，表明反應(yīng)在平衡時(shí)生成物濃度的乘積越大，反應(yīng)物濃度的乘積越小，所以反應(yīng)進(jìn)行的程度越高。 第六十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)氣體反應(yīng)，還可用氣體的分壓代替濃度。平衡常數(shù)表達(dá)式可寫(xiě)成Kp，稱(chēng)壓力經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)。 Kp為壓力平衡常數(shù) B = 0 時(shí)，Kp量綱為1 B 0 時(shí)，Kp有量綱BB aA(g) + bB(g) dD(g) + eE(g)Kp = 式中(A)、(B)、(D)、(E)分別代表A、B、D、E各物

28、質(zhì)的平衡分壓。如反應(yīng)：第六十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例如生成HI反應(yīng) H2(g) + I2(g) 2HI(g)平衡常數(shù)表達(dá)式可寫(xiě)成Kp，稱(chēng)壓力經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)。 BB第六十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月KP與KC的關(guān)系 反應(yīng)物生成物都近乎理想氣體 氣態(tài)方程 p = cRT KP = KC(RT) (只應(yīng)用于單純氣態(tài)反應(yīng)) = 0 時(shí)，KP = Kc第六十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(2)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（熱力學(xué)平衡常數(shù)）簡(jiǎn)稱(chēng)平衡常數(shù)，符號(hào)K.對(duì)氣相反應(yīng)：a A(g) + b B(g) gG(g) + dD(g) 式中p(D)/p、p(G)/p、p

29、(A)/p、p(B)/p分別為D、G、A、B平衡時(shí)的相對(duì)分壓； 標(biāo)準(zhǔn)壓力p100kPa。第七十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月溶液中的反應(yīng)aA + bB gG + dD 式中c(D)/c、c(G)/c、c(A)/c、c(B)/c分別為D、G、A、B平衡時(shí)的相對(duì)濃度，標(biāo)準(zhǔn)濃度c=1molL-1。K 的量綱為一。第七十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于復(fù)相反應(yīng)Zn (S) + 2H+ (aq) H2 (g) + Zn2+ (aq)第七十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月書(shū)寫(xiě)和應(yīng)用平衡常數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明： 平衡常數(shù)表達(dá)式需與反應(yīng)方程式相對(duì)應(yīng)例 N2 (g) + 3

30、 H2 (g) 2NH3 (g) K1 = 1.60 10 5 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) K2 = 3.87 10 2 K1 K2 ， K1 = K22第七十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如合成氨反應(yīng) N2 + 3H2 = 2NH3 = N2 + H2 = NH3 = NH3= N2 + H2 =顯然， ，而是 = =1/第七十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月純固體與純液態(tài)及水溶液中參加反應(yīng)的水的濃度在平衡常數(shù)表達(dá)式中不出現(xiàn)； 例： Cr2O72 + H2O 2CrO42 + 2H+ 例： Ca2CO3 (s) = CaO +

31、CO2 第七十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 平衡常數(shù)只表現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的程度，即可能 性問(wèn)題，而不表現(xiàn)到達(dá)平衡所需的時(shí)間， 即現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題； K 越大，反應(yīng)越徹底，反應(yīng)傾向性越大； K 107 正向進(jìn)行； K 107逆向進(jìn)行。 例 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) 298K時(shí)，K =3.6 10 24第七十六張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月多重平衡規(guī)則 若干方程式相加(減)，則總反應(yīng)的平衡 常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之積(商)（T相同）例: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 2NO2 (g) N2O4 K2 2NO (g) +O2(g)

32、 N2O4 (g) K = K1 K2 第七十七張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例: C (s) + CO2(g) 2CO(g) K C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 K = K1 /K2 第七十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，因此要注明K 的溫度條件，通常一個(gè)溫度下同一化學(xué)反應(yīng)只有一個(gè)K 。 上述平衡常數(shù)與平衡體系各組分分壓或濃度的關(guān)系，嚴(yán)格地說(shuō)只是對(duì)于氣體分壓不太高，溶質(zhì)的濃度比較稀的情況下適用。在熱力學(xué)中平衡常數(shù)沒(méi)有壓力和濃度平

33、衡常數(shù)的區(qū)別。 第七十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例 在1133K于某恒容容器中，一氧化碳與氫氣混合并發(fā)生如下反應(yīng) CO(g) + 3H2(g) = CH4(g) + H2O(g)已知開(kāi)始時(shí)P(CO) = 101.0kPa，P(H2) = 203.0kPa；平衡時(shí)P(CH4) = 13.2kPa。假定沒(méi)有其它反應(yīng)發(fā)生，求該反應(yīng)在1133K時(shí)的實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)和平衡常數(shù)。 解：因?yàn)樵诤銣睾闳輻l件下，各氣體的分壓正比于各自物質(zhì)的量，所以各氣體分壓變化關(guān)系也由計(jì)量方程式中的計(jì)量系數(shù)決定。 CO(g) + 3H2(g) = CH4(g) + H2O(g)起始分壓/(kPa) 101.0

34、 203.0 0 0分壓變化/(kPa) -x -3x x x平衡分壓/(kPa) 101.0-x 203.0-3x 13.2 13.2反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，P(CH4) = 13.2kPa , P(H2O) = P(CH4) = 13.2kPa P(H2) = 203.0 - 13.23 =163.4kPa P(CO) = 101.0 -13.2 =87.8kPa第八十張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Kp = = 4.5510-7(kPa)-2K0 = = 4.6710-3通過(guò)此例看出，實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)量綱，數(shù)值上也可能與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)不同。 第八十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2

35、022年6月 例 已知反應(yīng) NO(g) + Br2(l) = NOBr(g) （溴化亞硝酰）在25時(shí)的平衡常數(shù) =3.610-15，液態(tài)溴在25時(shí)的飽和蒸氣壓為28.4kPa。求在25時(shí)反應(yīng) NO(g) + Br2(g) = NOBr(g) 的平衡常數(shù)。解：已知25時(shí) NO(g) + Br2(l) = NOBr(g) =3.610-15 又根據(jù)25時(shí)液態(tài)溴的飽和蒸氣壓為28.4kPa，那么液態(tài)溴轉(zhuǎn)化為氣態(tài)溴的平衡常數(shù)為 Br2(l) = Br2(g) =0.28 Br2(l) = Br2(g) =0.529 由反應(yīng)式減得： NO(g) + Br2(g) = NOBr(g) Ko = = 6.8

36、110-15第八十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、 化學(xué)反應(yīng)等溫式范特霍夫方程 標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下： G 0，非自發(fā)過(guò)程； G = 0，平衡狀態(tài)。非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下: rGm 0， rGm 1時(shí)， QT KT ，rGm 0 正向反應(yīng)非自發(fā)； (2).當(dāng)Q/Ko 1時(shí) QT KT ，rGm 40kJmol-1時(shí)，Ko 10-7，反應(yīng)限度很小，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)r 107，反應(yīng)限度較大，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)r 介于兩者之間時(shí)，則需要根據(jù)反應(yīng)條件進(jìn)行具體分析判斷。 第八十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例 在2000時(shí)，反應(yīng) N2(g) + O2(g)= 2NO(g) Ko = 0.

37、10，判斷在下列條件下反應(yīng)進(jìn)行的方向。 (1) p(N2)=82.1kPa ，p(O2)=82.1kPa ，p(NO)=1.01kPa； (2) p(N2)=5.1kPa ， p(O2)=5.1kPa ， p(NO)=1.62kPa； (3) p(N2)=2.0kPa ， p(O2)=5.1kPa ， p(NO)=4.1kPa； 解：po=101.325kPa。（1）Q1 = =1.5010-4 Q1 Ko ，反應(yīng)逆向自發(fā)。第九十一張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 三、化學(xué)平衡的移動(dòng) 當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，若改變外界條件，如改變濃度、溫度及壓力時(shí)，由于對(duì)正逆反應(yīng)速率影響程度不同，

38、原有的平衡狀態(tài)就會(huì)受到破壞，各組分的濃度就會(huì)發(fā)生變化，直至建立起新的平衡，我們把這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)平衡的移動(dòng)。 1濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響 化學(xué)平衡移動(dòng)的方向?yàn)榉磻?yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向，由體系的rGm值決定。在一定溫度和壓力下，rGm又由反應(yīng)商Q和平衡常數(shù)Ko決定。 在一定溫度下，Ko為一常數(shù)，濃度的變化引起反應(yīng)商Q值變化，所以可根據(jù)Q/Ko的比值判斷濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。 第九十二張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)反應(yīng) aA + bB = dD + eE 反應(yīng)商為 Q = 在平衡體系中： 當(dāng)增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度時(shí)， 則Q Ko ，rGm Ko，rGm 0，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移

39、動(dòng)。第九十三張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例 在830時(shí)，反應(yīng) CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) K0=1.00 若起始濃度為 c(CO)=1.00molL-1, c(H2O)=2.00molL-1。試計(jì)算：(1)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度； (2) CO(g)轉(zhuǎn)變成CO2(g)的轉(zhuǎn)化率； (3)若將平衡體系中CO2(g)的濃度減少0.417 molL-1,平衡向何方移動(dòng)？ 解：設(shè)平衡時(shí)生成的CO2濃度為x molL-1, (1) CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 起始濃度/molL-1 1.00 2.00 0 0變化濃度/molL-1 -

40、x -x x x平衡濃度/molL-1 1.00-x 2.00-x x x第九十四張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月解：設(shè)平衡時(shí)生成的CO2濃度為x molL-1, (1) CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 起始濃度/molL-1 1.00 2.00 0 0變化濃度/molL-1 -x -x x x平衡濃度/molL-1 1.00-x 2.00-x x x Ko = 1.00 = 解得 x=0.667 mol.L-1。那么平衡時(shí)，c(CO2)= c(H2)=0.667 molL-1， c(CO)=1.00-0.667=0.33 molL-1， c(H2O

41、)=2.00-0.667=1.33 molL-1。第九十五張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (2) CO的轉(zhuǎn)化率 100%=66.7% (3) 反應(yīng) CO(g) + H2O(g) = H2(g) + CO2(g) 平衡濃度/ molL-1 0.33 1.33 0.667 0.667減少后濃度/ molL-1 0.33 1.33 0.667 0.667-0.417Q = = =0.38 Qi Ko，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即增大壓力平衡向氣體計(jì)量系數(shù)之和減少的方向移動(dòng) 第九十八張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如 N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)增大壓力，平衡

42、向有利于生成氨的方向移動(dòng) 若將體系的總壓力減小到原來(lái)的1/y，各組分的分壓也變?yōu)樵瓉?lái)的1/y 則 Q = n.Ko 。由于n0，那么n1，則Q Ko，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即減小壓力平衡向氣體計(jì)量系數(shù)之和增大的方向移動(dòng)。第九十九張，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 （2）對(duì)于氣體計(jì)量系數(shù)之和減少的反應(yīng)，即n0，若將體系的總壓力增大x倍時(shí)，同樣可推出： Q =xn.Ko 。由于n0，那么xn1，則Q Ko，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即向氣體計(jì)量系數(shù)之和減小的方向移動(dòng)。 （3）對(duì)于反應(yīng)前后氣體計(jì)量系數(shù)之和相等的反應(yīng)，即n = 0，當(dāng)改變體系總壓力時(shí)，由于n = 0，xn =1，則Q = Ko，此時(shí)平衡不發(fā)生移動(dòng)。 總之，在恒溫下，增大平衡體系總壓力時(shí)，平衡向氣體計(jì)量系數(shù)之和減小的方向移動(dòng)；減小壓力時(shí)，平衡向氣體計(jì)量系數(shù)之和增加的方向移動(dòng)；對(duì)于反應(yīng)前后氣體計(jì)量系數(shù)之和相等的反應(yīng)，壓力的變化不引起平衡的移動(dòng)。第一百?gòu)?，PPT共一百零七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 例 在308K，101.325kPa壓力下，某容器中反應(yīng) N2O4(g)=2NO2(g) 達(dá)平衡，Ko=0.315。各物質(zhì)的分壓分別為p(N2O4