化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡(3)

1、關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡 (3)第一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月學(xué) 習(xí) 要 點 理解反應(yīng)速率的概念、表示方法和反應(yīng)速率方程； 理解并掌握濃度（或分壓）、溫度、催化劑對化學(xué)反應(yīng) 速率的影響并會應(yīng)用； 掌握標準平衡常數(shù)的概念及表達式的書寫； 掌握轉(zhuǎn)化率的概念及有關(guān)計算和應(yīng)用； 運用平衡移動原理說明濃度、壓力、溫度對化學(xué)平衡 移動的影響。第二張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.1 化學(xué)反應(yīng)速率 反應(yīng)速率是指給定條件下反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率，常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或者產(chǎn)物濃度的增加來表示。 濃度常用mol.L-1，時間常用s，min，h。 反應(yīng)速率分為平

2、均速率和瞬時速率兩種表示方法。第三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 平均 速率例如 反應(yīng) 2N2O5 = 4NO2 + O2 在一定時間內(nèi)反應(yīng)物及產(chǎn)物濃度的變化實驗數(shù)據(jù)如下（300 ）第四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月前100s 內(nèi)反應(yīng)的平均速率為： 只是0100 s內(nèi)N2O5的分解反應(yīng)的平均速率。每個時間間隔速率都不一樣，而且在每個時間間隔里，任何時間內(nèi)的速率都是不一樣的。 第五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月顯然，用反應(yīng)物或產(chǎn)物表示都可以，但速率大小不同。實際工作中如何選擇，往往取決于哪一種物質(zhì)更易通過試驗監(jiān)測其濃度變化.第六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于

3、2022年6月2. 瞬時速率 瞬時速率只能用作圖的方法得到.第七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 反應(yīng)速率理論1. 碰撞理論首要條件-碰撞。(1) 能量因素 活化分子: 那些具有足夠高的能量、能夠發(fā)生有效碰撞的分子活化能 : 要使普通分子成為活化分子所需的最小能量,用Ea表示。即要使1mol具有平均能量的分子轉(zhuǎn)化成活化分子所需吸收的最低能量。 氣體分子的能量分布曲線第八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 方位因素 碰撞理論，較成功地解釋了反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度對反應(yīng)速率的影響等，但也存在一些局限性。 合適方向不合適的方向 化學(xué)反應(yīng)的方位因素第九張，PPT共八十三頁，

4、創(chuàng)作于2022年6月 2.過渡狀態(tài)理論 碰撞前過渡態(tài)碰撞后 A +BC ABC AB + C第十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素一、濃度對反應(yīng)速率的影響 當(dāng)反應(yīng)物濃度增大時，單位體積內(nèi)分子總數(shù)增加，活化分子的數(shù)目相應(yīng)也增多，單位體積、單位時間內(nèi)的分子有效碰撞的總數(shù)也就增多，因而反應(yīng)速率加快。 第十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1質(zhì)量作用定律 在一定溫度下，基元反應(yīng)的速率與各反應(yīng)物的濃度（以反應(yīng)方程式中的計量系數(shù)為指數(shù)）的乘積成正比?；磻?yīng) ： m A + n B = x G = k (cA)m (cB)n 注：速率方程中反應(yīng)物的濃度只涉及

5、氣體或溶液的濃度。第十二張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)的意義： 表示了反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系； 零級反應(yīng)表示了反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)。基元反應(yīng) m A + n B = x G = k (cA)m (cB)n m + n 表示該反應(yīng)級數(shù)。對于物質(zhì)A是m級反應(yīng)，對物質(zhì)B是n級反應(yīng)第十三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3速率常數(shù) 可理解為當(dāng)反應(yīng)物濃度都為單位濃度時的 反應(yīng)速率； k由化學(xué)反應(yīng)本身決定，是化學(xué)反應(yīng)在一 定溫度時的特征常數(shù)； 相同條件下，k值越大，反應(yīng)速率越快； k的數(shù)值與反應(yīng)物的濃度無關(guān)。受溫度、催化劑影響。第十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)

6、作于2022年6月二、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度升高時，絕大多數(shù)反應(yīng)的速率都會加快。溫度升高使反應(yīng)速率顯著提高的原因是： 活化分子百分數(shù)增大 分子運動速率加快,反應(yīng)物分子間碰撞頻率增大.第十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響催化作用的特征:1.催化劑只能改變反應(yīng)速率,不能改變反應(yīng)方向。2.催化劑只能縮短可逆反應(yīng)達到平衡的時間, 不能改變平衡狀態(tài)。3.催化劑參與反應(yīng)過程,改變反應(yīng)途徑,降低反應(yīng)活化能。第十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月四、影響反應(yīng)速率的其他因素接觸面大小、擴散速率和接觸機會等 在化工生產(chǎn)中，常將大塊固體破碎成小塊或磨成粉末

7、，以增大接觸面積；對于氣液反應(yīng)，將液態(tài)物質(zhì)采用噴淋的方式來擴大與氣態(tài)物質(zhì)的接觸面；還可對反應(yīng)物進行攪拌、震蕩、鼓風(fēng)等方式以強化擴散作用。 讓生成物及時離開反應(yīng)體系，使反應(yīng)物能充分接觸。另外，超聲波、紫外光、激光和高能射線等也會對某些反應(yīng)的速率產(chǎn)生較大的影響。 第十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 4 化學(xué)平衡 一、化學(xué)平衡常數(shù) 1.實驗平衡常數(shù)對于一般反應(yīng) a A +Bb =dD+eE 濃度平衡常數(shù) C平衡濃度壓力平衡常數(shù)（氣體） p平衡分壓第十八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 標準平衡常數(shù)（熱力學(xué)平衡常數(shù)） 對溶液反應(yīng) a A（aq) +Bb（aq) =dD

8、（aq) +eE（aq) c=1moll-1對氣相反應(yīng) a A（g) +Bb（ g) =dD（ g) +eE（ g)P=100Kpa第十九張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月關(guān)于標準平衡常數(shù)的幾點說明:（1）同一反應(yīng)式,如果書寫形式不同,則平衡常數(shù)的表達式不相同。（2）氣體以相對平衡分壓表示,溶液以相對平衡濃度表示,純固(液)體不寫入平衡常數(shù)的表達式中。（3）在水溶液中的反應(yīng),水的濃度不寫入平衡常數(shù)的表達式中。（4）總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步反應(yīng)的平衡常數(shù)之積(即如果反應(yīng)式相加減,則平衡常數(shù)相乘除)。第二十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3平衡常數(shù)的意義（1）平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)的

9、特征常數(shù)。對同類反應(yīng)來說， K 越大，反應(yīng)進行得越完全。（2）由平衡常數(shù)可以判斷反應(yīng)是否處于平衡態(tài)和處于非平衡態(tài)時反應(yīng)進行的方向。第二十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月某一化學(xué)反應(yīng)：m A(g) + n B(g) x G(g) + y D(g) (pG / p)x (pD/ p)y Q = (pA/ p)m (pB/ p)n Q 稱為反應(yīng)商 pA、 pB、 pG、 pD 為任意狀態(tài)（非平衡狀態(tài)）時的分壓。第二十二張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月【應(yīng)用】由Q與K 的相對大小來判斷反應(yīng)進行的方向 Q K 時，反應(yīng)逆向進行 Q = K 時，反應(yīng)達到平衡第二十三張，PPT共八十三

10、頁，創(chuàng)作于2022年6月例2-1：目前我國的合成氨工業(yè)多采用中溫（500）及中壓（2.03104kPa）下操作。已知此條件下反應(yīng)N2（g）+ 3H2（g） 2NH3（g）的K=1.5710-5。若反應(yīng)進行至某一階段時取樣分析，得到數(shù)據(jù)：11.6% NH3，22.1% N2，66.3% H2(體積分數(shù))。試判斷此時合成氨反應(yīng)是否已完成（即是否達到平衡狀態(tài)）。第二十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解：要預(yù)測反應(yīng)方向，需將反應(yīng)商Q與K進行比較。根據(jù)題意由分壓定律可以求出該狀態(tài)下系統(tǒng)各組分的分壓，即由 pi = p總 p總=2.03104 kPa得到: p(NH3)=2.03104 kPa

11、11.6%=2.35103 kPa p(N2)=2.03104 kPa22.1%=4.49103 kPa p(H2)=2.03104 kPa66.3%=1.35104 kPa 第二十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 QK 說明系統(tǒng)尚未達到平衡狀態(tài)，反應(yīng)還需進行一段時間才能完成。第二十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4多重平衡的平衡常數(shù)多重平衡: 通常遇到的化學(xué)平衡系統(tǒng)中，往往同時存在多個化學(xué)平衡，并且相互聯(lián)系，一種物質(zhì)同時參與幾種平衡。 在同一系統(tǒng)中，一種物質(zhì)的濃度（或分壓）只有一個，應(yīng)同時滿足各個平衡式。多重平衡的規(guī)則： 在相同條件下，如有兩個反應(yīng)方程式相加（或相減）

12、得到第三個反應(yīng)方程式，則第三個反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)為前兩個反應(yīng)方程式平衡常數(shù)之積（或商）。 第二十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率 平衡轉(zhuǎn)化率（簡稱轉(zhuǎn)化率）來表示可逆反應(yīng)進行的程度。它是指反應(yīng)達到平衡時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的百分率： 某反應(yīng)物已轉(zhuǎn)化的量 = 100% 某反應(yīng)物的總量若反應(yīng)前后體積不變，反應(yīng)物的量可用濃度來表示： 某反應(yīng)物的起始濃度 某反應(yīng)物的平衡濃度= 100% 某反應(yīng)物的起始濃度第二十八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率的異同點:相同點: 都能表示反應(yīng)進行的程度.不同點:平衡常數(shù)K與系統(tǒng)的起始狀態(tài)無關(guān)，只與溫度有關(guān)；

13、轉(zhuǎn)化率除與溫度有關(guān)外，還與反應(yīng)物的起始狀態(tài)有關(guān)，并必須指明是哪種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)物不同，轉(zhuǎn)化率的數(shù)值往往不同。 第二十九張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月例2-2：在298K時，AgNO3和Fe(NO3)2溶液發(fā)生如下反應(yīng)： Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag反應(yīng)開始時，F(xiàn)e2+和Ag+離子濃度各為0.100 molL-1，達到平衡時Fe2+的轉(zhuǎn)化率為19.4%。求：（1）平衡時Fe2+，Ag+和Fe3+各離子的濃度；（2）298K時的平衡常數(shù)。 第三十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解：（1） Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag起始濃度c 0 /（molL-

14、1 ） 0.100 0.100 0 變化濃度c變/（molL-1 ） - 0.119.4% - 0.119.4% 0.119.4% = - 0.0194 = - 0.0194 =0.0194平衡濃度c/ molL-1 0.1-0.10019.4% 0.1 - 0.119.4% 0.0194 =0.0806 =0.0806平衡時： c(Fe2+)=c(Ag+)=0.0806 molL-1 c(Fe3+)=0.0194 molL-1 (2) 第三十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.5 化學(xué)平衡的移動 平衡移動：從舊的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌钠胶鉅顟B(tài)的過程，稱為平衡移動。第三十二張，PPT共

15、八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 1.濃度對化學(xué)平衡的影響 對于化學(xué)反應(yīng) a A + b B g G + d D 增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度時 ， Q減小，平衡正向移動； 減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度時 ， Q增大，平衡逆向移動。第三十三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月例2-3：在例2-2的平衡體系中，維持溫度不變，如再加入一定量的Fe2+，使增加的Fe2+為0.100 molL-1，求：（1）平衡將向什么方向移動？（2）再次達到平衡時，F(xiàn)e2+，Ag+和Fe3+各離子的濃度；（3）Ag+的總轉(zhuǎn)化率。 第三十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解:（1）欲知平衡向什么方向

16、移動，需將Q與K進行比較。因溫度不變，K與例2-2相同，為2.99。剛加入Fe2+時，溶液中各種離子的瞬時濃度為: c(Fe2+)=0.181 molL-1 c(Fe3+)=0.0194 molL-1 c(Ag+)=0.0806 molL-1 由于QK，所以平衡向右移動。(2) Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag起始濃度c 0/（molL-1 ） 0.181 0.0806 0.0194平衡濃度c /（molL-1） 0.181- x 0.0806- x 0.0194+ x x=0.0139 molL-1第三十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月則 c(Fe2+)=(0.181-0

17、.0139) molL-1=0.167 molL-1 c(Ag+)=(0.0806-0.0139) molL-1=0.0667 molL-1 c(Fe3+)=(0.0194+0.0139) molL-1=0.0333 molL-1（3）加入Fe2+后，Ag+的轉(zhuǎn)化率由19.4%提高到33.3%。 第三十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月啟示: 在化工生產(chǎn)中，為了充分利用某一反應(yīng)物，常讓價格相對較低的另一反應(yīng)物過量，以提高前者的轉(zhuǎn)化率；還可以通過從平衡系統(tǒng)中不斷移出生成物，使平衡向右移動，提高轉(zhuǎn)化率。例如煅燒石灰石制造生石灰的反應(yīng)： CaCO3（s） CaO（s）+ CO2（g）CO2

18、不斷從窯爐中排出，提高了CaCO3的轉(zhuǎn)化率，使CaCO3完全分解。第三十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 壓力對化學(xué)平衡的影響壓力變化只對那些反應(yīng)前后氣體分子數(shù)有變化的反應(yīng)平衡系統(tǒng)有影響；在恒溫下，增大壓力，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動；減小壓力，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動。 第三十八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月在恒溫條件下，在平衡系統(tǒng)中加入不參與反應(yīng)的其它氣態(tài)物質(zhì)（如稀有氣體），則：若總體積不變，則系統(tǒng)的總壓增加，無論v0，v0或v=0，平衡都不移動。這是因為平衡系統(tǒng)的總壓雖然增加，但各物質(zhì)的分壓并無改變，Q和K仍相等，平衡狀態(tài)不變。若總壓維持不變，則總

19、體積增大（相當(dāng)于系統(tǒng)原來的壓力減?。藭r若v0，QK，平衡將移動。平衡移動情況與前述壓力減小引起的平衡變化一樣。 第三十九張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月例2-4： 1000，總壓力為3000 kPa下，反應(yīng)CO2（g）+C（s） 2CO(g)達到平衡時，CO2的摩爾分數(shù)為0.17。當(dāng)總壓減至2000 kPa時，問CO2的摩爾分數(shù)為多少？由此得出什么結(jié)論？第四十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解：設(shè)達到新的平衡時，CO2的摩爾分數(shù)為x，CO的摩爾分數(shù)為1 x，則 p(CO2)=p總 x(CO2)=2000 x kPa p(CO)=p總 x(CO)=2000(1-x) kP

20、a將以上各值代入平衡常數(shù)表達式：若已知K，即可求得x。因系統(tǒng)溫度不變，降低壓力時K值不變，故K可由原來的平衡系統(tǒng)求得。 第四十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月原來平衡系統(tǒng)中： p(CO)=3000(1-0.17)=2490 kPa p(CO2)=3000 0.17=510 kPa將K值代入上式： x = 0.126 0.13 總壓降低，CO2的摩爾分數(shù)減少了，說明反應(yīng)向右移動。此例又一次證實當(dāng)氣體總壓降低時，平衡將向氣體分子數(shù)增多的方向移動。 第四十二張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 溫度對化學(xué)平衡的影響對于吸熱反應(yīng): 當(dāng)T2 T1 時，平衡右移（吸熱方向） T2

21、T1 時，平衡左移（吸熱方向） T2 T1 時，平衡右移 （放熱方向） 溫度的變化，將使 K 改變，從而影響平衡。第四十三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 催化劑與化學(xué)平衡 催化劑不會使平衡發(fā)生移動，但使用催化劑能降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡的時間。由于平衡常數(shù)并不改變，因此使用催化劑并不能提高轉(zhuǎn)化率。 第四十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 平衡移動原理呂查德里原理 如果改變平衡系統(tǒng)中某個條件（如濃度、溫度、壓力），平衡總是向著減弱這個改變的方向移動。第四十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2-6 反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合應(yīng)用（1）使一

22、種價廉易得的反應(yīng)物過量，以提高另一種原料的轉(zhuǎn)化率。 例如，在SO2氧化生成SO3的反應(yīng)中，讓氧氣過量，使SO2充分轉(zhuǎn)化。(2) 升高溫度能增大反應(yīng)速率，對于吸熱反應(yīng)，還能增加轉(zhuǎn)化率。 (3) 對于氣體反應(yīng)，增加壓力會使反應(yīng)速率加快，對分子數(shù)減少的反應(yīng)還能提高轉(zhuǎn)化率。（4）選用催化劑時，須考慮催化劑的催化性、活化溫度、價格等，對容易中毒的催化劑需注意原料的純化。 第四十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 2SO2（g）+ O2（g） 2SO3（g） 放熱的可逆反應(yīng)，而且反應(yīng)后氣體分子總數(shù)減少 .一般采取以下措施提高SO2轉(zhuǎn)化率：（1）加大反應(yīng)物中O2的配比。SO2的價格較貴，故以O(shè)2（

23、來自空氣）適當(dāng)過量來提高的SO2轉(zhuǎn)化率. （2）控制適當(dāng)?shù)臏囟?。溫度升高，會使SO2轉(zhuǎn)化率下降。但是溫度偏低，又會使反應(yīng)速率顯著減慢。生產(chǎn)上采用多段催化氧化過程，在每一段都采取熱交換措施，使反應(yīng)始終控制在420450下進行。既保證較高的轉(zhuǎn)化率，而且也能充分利用熱量。 （3）壓力的選擇。對于壓力，似乎越大越好。但在常壓下的SO2轉(zhuǎn)化率已很高，無須加壓。實際生產(chǎn)正是如此，即在常壓下操作。第四十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）二次轉(zhuǎn)化和二次吸收。SO2通過轉(zhuǎn)化爐后（轉(zhuǎn)化率可達90%）進入吸收塔，其中的SO3被吸收。余下氣體再次返回轉(zhuǎn)化爐。由于SO3不斷從系統(tǒng)中取走，有利于SO2繼續(xù)

24、轉(zhuǎn)化，總轉(zhuǎn)化率可達99.7%。 （5）采用催化劑。Pt催化劑的轉(zhuǎn)化率最高，所需溫度最低。但Pt的價格昂貴，又容易中毒。金屬氧化物V2O5的效果最好，故目前被普遍采用。催化劑的最佳使用溫度在420450。 第四十八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.3 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 1.溫度對反應(yīng)速率的影響 一般來說，溫度升高反應(yīng)速率加快。溫度升高:(1)分子的運動速度加快，單位時間內(nèi)的碰撞頻率增加(2)系統(tǒng)的平均能量增加，分子的能量分布曲線明顯右移, 增加 了活化分子百分數(shù)。1884年 荷蘭人范特霍夫 ，近似規(guī)則： 反應(yīng)物濃度（或分壓）不變，溫度每升高10K，反應(yīng)速率一般增加24倍。 第四

25、十九張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.濃度對反應(yīng)速率的影響 一般反應(yīng)速率隨反應(yīng)物的濃度增大而增大。據(jù)反應(yīng)速率理論，對于一確定的化學(xué)反應(yīng)，一定溫度下，反應(yīng)物分子中活化分子所占的百分數(shù)是一定的，因此單位體積內(nèi)的活化分子的數(shù)目與單位體積內(nèi)反應(yīng)分子的總數(shù)成正比，也就是與反應(yīng)物的濃度成正比。當(dāng)反應(yīng)物濃度增大時，單位體積內(nèi)分子總數(shù)增加，活化分子的數(shù)目相應(yīng)也增多，單位體積、單位時間內(nèi)的分子有效碰撞的總數(shù)也就增多，因而反應(yīng)速率加快。 第五十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.催化劑對反應(yīng)速率的影響 對可逆反應(yīng)，催化劑既能加快正反應(yīng)速率也能加快逆反應(yīng)速率，因此催化劑能縮短平衡到達的時間。

26、但不能改變平衡狀態(tài)，反應(yīng)的平衡常數(shù)不受影響。 改變了反應(yīng)的途徑，與無催化反應(yīng)的途徑相比較，所需的活化能顯著地降低, 從而使活化分子百分數(shù)和有效碰撞次數(shù)增多，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。 第五十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月催化劑改變反應(yīng)途徑示意圖第五十二張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月綜上所述，催化劑有如下特點：與反應(yīng)物生成活化絡(luò)合物中間體，改變反應(yīng)歷程，降低活化能，加快反應(yīng)速率；(2) 只縮短反應(yīng)到達平衡的時間，不改變平衡位置，同時加快正逆向反應(yīng)速率；(3) 反應(yīng)前后催化劑的化學(xué)性質(zhì)不變；(4) 催化劑有選擇性。第五十三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4 化學(xué)平衡

27、2.4.1 可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡 同時可向正逆兩個方向進行的化學(xué)反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)，并把從左向右進行的反應(yīng)稱作正反應(yīng)；從右向左進行的反應(yīng)則稱作逆反應(yīng)。例如在四個密閉容器中分別加入不同數(shù)量的H2(g)、I2(g) 和HI(g)，發(fā)生如下反應(yīng)：H2(g) + I2(g) 2HI(g)加熱到427，恒溫可逆反應(yīng)第五十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 在一定溫度下化學(xué)平衡一旦建立，平衡常數(shù)則一定?；瘜W(xué)平衡具有以下特征：(1) 化學(xué)平衡是一個動態(tài)平衡,反應(yīng)系統(tǒng)達到平衡時，表面上反應(yīng)已經(jīng)停止，實際上正逆反應(yīng)正以相同的速度進行。(2) 化學(xué)平衡

28、是相對的，同時也是有條件的。條件發(fā)生了變化，原有的平衡將被破壞，代之以新的平衡。第五十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4.2 平衡常數(shù) 1.實驗平衡常數(shù) 在一定溫度下，對任何可逆反應(yīng)，達到平衡時以化學(xué)反應(yīng)方程式中化學(xué)計量數(shù)為冪指數(shù)的反應(yīng)方程式中各物種的濃度（或分壓）的乘積為一常數(shù)，叫實驗平衡常數(shù)（或經(jīng)驗平衡常數(shù)）例如 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Kp = p2(NH3)p1(N2)p3(H2) 平衡常數(shù)經(jīng)驗平衡常數(shù)的單位不能確定,它的大小說明平衡時反應(yīng)進行的程度!第五十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.標準平衡常數(shù)K 有關(guān)組分的濃度(或分壓)都必

29、須用相對濃度(或相對分壓)來表示，即反應(yīng)方程式中各物種的濃度(或分壓)均須分別除以其標準態(tài)的量，即除以c (1 molL1)或p (100 kPa),標準平衡常數(shù)是量綱為一的量。例如 MnO2(s) + 2Cl(aq) + 4H+ Mn2+(aq) + Cl2(g) + 2H2O(l) K = 第五十八張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月書寫和應(yīng)用標準平衡常數(shù)表達式應(yīng)注意事項:（1）平衡常數(shù)表達式中各物質(zhì)的濃度（或分壓），必須是在系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)時相應(yīng)的值。 （2）平衡常數(shù)表達式要與計量方程式相對應(yīng)。同一個化學(xué)反應(yīng)，用不同計量方程式表示時，平衡常數(shù)表達式不同，得到的數(shù)值也不相同。 （3）

30、有純固體、純液體參與反應(yīng)時，它們的濃度為1，不必寫入K的表達式。稀溶液中的溶劑參與反應(yīng)時，也不必列入。 （4）溫度發(fā)生改變，化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)也隨之改變，因此，在使用時須注意相應(yīng)的溫度。第五十九張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 平衡常數(shù)K 與化學(xué)反應(yīng)計量方程式有關(guān)； N2 + 3H2 2NH3 K1= (p(NH3)/p)2(p(H2)/p)3(p(N2)/p)1 1/2N2 +3/2H2 NH3 K2= (p(NH3)/p)1(p(H2)/p)3/2(p(N2)/p)1/2 1/3N2 + H2 2/3NH3 K3= (p(NH3)/p)2/3(p(H2)/p)1(p(N2)/p)

31、1/3 顯然K1 = (K2)2 = (K3)3例 將N2(g)和H2(g)以13體積比裝入一密閉容器中，在673K、5000kPa壓力下反應(yīng)達到平衡，產(chǎn)生12.5%的NH3(g)（體積比），求該反應(yīng)的標準平衡常數(shù)K？第六十張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解： 合成氨反應(yīng)為 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)因起始N2(g)H2(g)的體積比為13，從反應(yīng)方程式可知N2(g)H2(g)平衡時的體積比仍為13。由分壓定律可求得各組分的平衡分壓：p(N2) = (1/4) (1 0.125) 5000 kPa = 1093.75kPap(H2) = (3/4) (1 0.125)

32、 5000 kPa = 3281.25kPap(NH3) = 0.125 5000 kPa = 625kPaK = p(NH3)/p2p(H2)/p3p(N2)/p1= (625/100)2(3281.25/100) 3(1093.75/100) 1= 1.01104第六十一張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月平衡常數(shù)的意義 （1）平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)的特征常數(shù)。對同類反應(yīng)來說，K越大，反應(yīng)進行得越完全。（2）由平衡常數(shù)可以判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，以及處于非平衡態(tài)時反應(yīng)進行的方向。 如有一可逆反應(yīng)：aA + bB dD +eE 在任意態(tài)時 ,對溶液中的反應(yīng) :對于氣體反應(yīng)： 第六十二張，

33、PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)Q =K時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；化學(xué)反應(yīng)進行方向的反應(yīng)商判據(jù):當(dāng)QK時，說明生成物的濃度（或分壓）小于平衡濃度（或分壓），反應(yīng)將向正方向進行；當(dāng)QK時，系統(tǒng)也處于不平衡狀態(tài)，反應(yīng)將向逆方向進行。第六十三張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月例2-1：合成氨工業(yè)中，多采用中溫（500）、中壓（203104kPa）下操作。此條件下反應(yīng)N2（g）+ 3H2（g） 2NH3（g）的K=1.5710-5。當(dāng)反應(yīng)進行至某一階段時取樣分析，得到數(shù)據(jù)：11.6%NH3，22.1%N2，66.3%H2(體積分數(shù))。試判斷此時反應(yīng)是否已完成（即是否達到平衡狀態(tài)）。p總=2

34、.03104 kPa p(NH3)=2.03104 kPa11.6%=2.35103 kPap(N2)=2.03104 kPa22.1%=4.49103 kPap(H2)=2.03104 kPa66.3%=1.35104 kPa QK第六十四張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3.多重平衡規(guī)則 一個給定化學(xué)反應(yīng)計量方程式的平衡常數(shù)，無論反應(yīng)分幾步完成，其平衡常數(shù)表達式完全相同，也就是說當(dāng)某總反應(yīng)為若干個分步反應(yīng)之和（或之差）時，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)為這若干個分步反應(yīng)平衡常數(shù)的乘積（或商）.2NH3(aq) + 2H2O(l) 2NH4+(aq) + 2OH(aq) (a)CO2(g) +

35、H2O(l) H2CO3(aq) (b)H2CO3(aq) CO32(aq) + 2H+(aq) (c)+) 2H+(aq) + 2OH(aq) 2H2O(l) (a)CO2(g) + 2NH3(aq) + H2O(l) 2NH4+(aq) + CO32(aq) 2NH3(aq) + 2H2O(l) 2NH4+(aq) + 2OH(aq) (a)CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) (b)H2CO3(aq) CO32(aq) + 2H+(aq) (c)+) 2H+(aq) + 2OH(aq) 2H2O(l) (a)CO2(g) + 2NH3(aq) + H2O(l) 2NH4+(

36、aq) + CO32(aq) 第六十五張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月K1=KaKbKcKd例 已知下列反應(yīng)在1123 K時的標準平衡常數(shù)(1) C(石墨) + CO2(g) 2CO(g)；K1 = 1.3 1014(2) CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)； K2 = 6.0 103計算反應(yīng)：(3) 2COCl2(g) C(石墨) + CO2(g) + 2Cl2(g) 在1123 K時的K值。第六十六張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解： 2 CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) +） C(石墨) + CO2(g) 2CO(g) (4) C(石墨) + CO2(g) + 2Cl2(g) 2COCl2(g)由（2）式乘2再加（1）式得（4）式，根據(jù)多重平衡規(guī)則：K4= (K2)2 K1而(3)式是(4)式的逆反應(yīng)，則： K3 = 1/K4 = 1/ (K2)2K1 = 1/ (6.0 103)2 1.3 1014 = 2.1 1010第六十七張，PPT共八十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.4.3 平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的程度 = 100% 例 在容積為10.00升的容器中裝有等物質(zhì)的量的PCl3(g)和Cl2(g) 。已知在523K發(fā)生以下反應(yīng)： PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)達平衡時，p