人教版高中新课程选修4《化学反应速率与化学平衡》课件.ppt

第三节（第2课时） 化学平衡常数,（equilibrium constant）,人教版高中新课程选修4化学反应原理第二章化学反应速率与化学平衡,课时分析与安排,人教版化学选修4化学反应原理 第二章化学反应速率与化学平衡,第一节化学反应速率；（一课时） 第二节影响化学反应速率的因素；（一课时） 第三节化学平衡；（两课时） 第四节化学反应进行的方向；（一课时） 归纳与总结；（一课时）,一、新课知识背景说明,新课知识背景说明,新课知识背景说明,新课知识背景说明,新课知识背景说明,发生反应的两个基本前提：,1、发生碰撞的分子应有足够高的能量（即活化分子）,2、活化分子发生碰撞的几何方位要适当,一、碰撞理论,例如：反应,化学反应过程中能量变化曲线及活化能,二、影响化学反应速率的因素,浓度影响：当温度一定，某反应的活化能也一定时, 浓度增大, 分子总数增加，活化分子数随之增多，反应速率增大。,温度影响：当浓度一定，温度升高，活化分子分数增多, 反应速率增大。,催化剂对反应活化能的影响,三、化学平衡状态 (chemical equilibrium state ),化学平衡状态的建立,化学平衡状态的移动,旧的平衡破坏了，又会建立起新的平衡.,如果改变维持化学平衡的 条件（浓度、压力和温度），平衡就会向着减弱这种改变的方向移动. le chatelier原理适用于处于平衡状态的体系，也适用于相平衡体系.,1848年，法国著名科学家 le chatelier 提出：,勒沙特列（le chatelier ）原理,勒沙特列 (le chatelier h,1850-1936) 法国无机化学家 巴黎大学教授.,1、并不是改变任何条件，化学平衡都会移动，而只有改变维持平衡的条件，平衡才会移动。 2、勒沙特列原理指明的只是平衡移动的方向。 3、le chatelier原理只是说的是热力学的自发趋势，是一种可能性。 4、勒沙特列原理不能首先判断体系是否处于平衡状态，不能进行定量计算。,注意：正确使用勒沙特列（le chatelier ）原理,对于一般的化学反应：,反应级数：若=1，a为一级反应； =2，b为二级反应，则+=3，总反应级数为3。，必须通过实验确定其值，可以为正整数，负整数或分数。通常a,b。 k 反应速率系数：零级反应 moll-1 s-1； 一级反应 s-1；二级反应 (moll -1)-1 s-1； k 不随浓度而变，但受温度的影响，通常温度升高， k 增大。,一、化学动力学部分知识支撑（the basis of chemical dynamics）,aa + bb ee + f f,该式称为反应速率方程或质量作用定律（mass action law）,1、质量作用定律：,lnk-1/t 图,arrhenius方程：,a指前参量，又叫指前因子 ea实验活化能，单位为kjmol-1。,k-t 图,2、反应速率与温度的关系（the relationship of rates and temperature）,两式相减，整理得到：,arrhenius方程式的应用,二、化学热力学部分（the basis of chemical thermodynamics）,1、范特霍夫（ vant hoff）等温方程，即非标准状态下的自由能变化（g）（自由焓变）计算式：,反应的等温式：,浓度商：,对于稀溶液中进行的反应：,aa(aq) + bb(aq) dd(aq) + ee(aq),vant hoff 方程的另一表达式：,改变浓度或压力能使平衡点改变。温度的变化，却可以导致平衡常数数值的改变。,温度对化学平衡的影响可以归纳如下：升高温度，使平衡向吸热方向移动；降低温度，使平衡向放热方向移动。,2、标准平衡常数(standard equilibrium constant), 当反应达到平衡状态时,rgm (t)负值越大，则k值越大，正反应进行的程度越大；若rgm (t)正值越大，则k值越小，正反应进行的程度越小。 在一定的温度（t）时，上式中rgm (t) 、r和t都是定值，即k是一个常数，称为标准平衡常数；,将任意给定态时物质的qc或qp与k进行比较，可用来判断反应自发进行的方向： 若qc或qp k，则rgm 0，反应逆向自发进行,k 是无量纲的量； k 是温度的函数，与浓度、分压无关； 标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应； p是标态压力，p是各气体的分压； c是标态浓度，c是溶液中各物质浓度； 纯物质（包括纯固体或纯液体）不写在平衡常数表达式中！,3、化学平衡常数的表达式 （the general equilibrium equation）,对于一般的化学反应： aa (g)+ bb(aq)+cc(s) mx(g)+dy(aq)+ez(l),本节内容教材展示,【例1】向20ml6.8moll-1的cacl2溶液中加入1.0moll-1的na2so4溶液至不再产生沉淀为止，静置，将浊液过滤，向滤液中加入1.0moll-1的na2co3溶液，发现仍产生了白色沉淀，继续加入na2co3溶液直至过量，最后将所得沉淀过滤、烘干并称重得沉淀质量为5.44g。 （1）试解释以上现象产生的原因； （2）此实验中cacl2在第一步实验中的转化率为多少？,【提问】 1、原料的利用率与可逆反应正向反应的进行程度之间有何关系？ 2、在工业生产中常采取何种措施提高价格较高原料的转化率，以降低生产的成本？ 3、平衡体系可能用转化率进行描述，但很不方便（各不相同），是否可以建立其他更方便的描述形式呢？,【结论】1473k时，虽然co2、h2、co和h2o(g)的起始浓度各不相同，但反应达到平衡后 却是大致相等的。,【例3】下表是 500oc时的合成氨反应达到平衡后所测得的一组数据，试填出表中空白处的数据：,再次“兵棋推演”，是否仍有以上规律：,【结论】500oc时，合成氨反应达到不同的平衡状态后 却是大致相等的。,师生一起分析教材表格数据：,457.6时，以上反应体系中各物质的浓度的有关数据：,对于一般可逆反应: ma(g) + nb(g) pc(g) + gd(g)，当它在一定温度下达到平衡时，可以得出：,k只是温度的函数，与反应物或生成物的浓度或分压无关； 平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应； c是反应达到平衡时各物质对应的平衡浓度，单位为moll-1； 纯物质（包括纯固体或纯液体）不写在平衡常数表达式中！,1、化学平衡常数的表达式 （the general equilibrium equation）,对于一般的化学反应： aa (aq)+ bb(aq)+cc(s) mx(aq)+dy(aq)+ez(l),2、书写的平衡常数表达式应注意的几个问题,caco3(s) cao(s) + co2(g),k = c(co2),在应用平衡常数表达式时，稀溶液中的水分子浓度可不写,水的浓度是一个常数，此常数可归并到平衡常数中去 。例如：,cr2o72- + h2o 2cro42- + 2h+,对于非水溶液中的反应，水的浓度要写入平衡表达式中，例如：,当反应中有固体物质参加时，固体的“浓度”常作为常数归并入平衡常数表达式中，例如：,k = c4(h2o)/ c4(h2),c2h5oh + ch3cooh ch3cooc2h5 + h2o,fe3o4 + 4h2 3fe + 4h2o,【例4】实验测得氯气溶于水后约有三分之一的cl2发生歧化转化为盐酸和次氯酸，求该反应的平衡常数。293k下氯气在水中的溶解度为0.09moll-1。,起始/moll-1 0.09 0 0 0 平衡/moll-1 0.09-x x x x,x=1/30.09=0.03moll-1,cl2(l) + h2o(l) cl-(aq) + hclo(aq) + h+(aq),k愈大，反应进行得愈完全，反应物的转化率越大；,当k值不太大也不太小(如 10-3 k 103)时，反应物部分地转化为生成物，也就是我们常说的“可逆反应”。,k愈小，反应进行得愈不完全，反应物的转化率越小；,一般地说，k 105时，常认为该反应基本完全进行；,值得广大教师注意的是选修4中的化学平衡常数还仅仅只是一种平衡常数的初级形式，即涉及到的反应对象要么全为气态，要么全为溶液态，至于混合态的情况，我们暂不要求学生了解，因此也就不需要讲解，但老师自己要清楚！,3、平衡常数的意义,只要知道一定温度下某一反应的平衡常数,并且知道反应物及生成物的浓度,就能判断该反应是处于平衡状态,还是向某一方向进行。,解: co( g ) + h2o ( g ) h2 ( g ) + co2 ( g ) t0 0.02 0.02 0 0 t平 0.02x 0.02x x x,【例5】反应co(g)+h2o(g) h2(g)+co2(g)，某温度时，k= 9。co和h2o的起始浓度皆为0.02 moldm-3 时，求 co 的平衡转化率。,已转化掉的 co为0.015mol dm-3，所以co此时的转化率为：,二、反应商 (reaction quotient),对于一般的化学反应： aa (aq)+ bb(aq)+cc(s) mx(aq)+dy(aq)+ez(l) 任意状态下：,【设问】反应商有什么样的作用呢？,q称为反应商 (reaction quotient),q k时：反应逆向进行,反应商 (reaction quotient)q可作为反应进行方向的判据.,对于（1）：q = 2.25 = k，所以反应正好处于平衡状态；,对于（2）：q = 2.09 k，所以反应正向进行；,对于（3）：q = 2.25 = k，所以反应正好处于平衡状态；,对于（4）：q = 3.03 k，所以反应逆向进行；,平衡因浓度的改变而被破坏时，q发生变化：,解：,1、浓度变化对化学平衡的影响,【例 7】反应：co(g) + h2o(g) co2(g) + h2(g) ，某温度下达到平衡时 co=h2o=0.005mol dm-3，co2=h2=0.015 mol dm-3。向平衡体系中加h2o (g)，使h2o=1moldm-3。试判断平衡移动的方向，并求重新平衡时 co 的转化率 。,改变浓度将使平衡移动，增加一种反应物的浓度，可使另一种反应物的转化率提高。 这是工业上一项重要措施。,co(g) + h2o(g) co2(g) + h2(g) t0/ mol dm-3 0.005 1 0.015 0.015 t/ mol dm-3 0.005-x 1-x 0.015+x 0.01