《化学动态平衡》PPT课件.ppt

,Ch41動態平衡 Dynamic equilibrium,日常生活中有很多平衡的例子。,圖1 當進入泳池的水的速率與離開泳池的水的速率相等，水位便達致平衡狀態。,不可逆反應irreversible reaction,以下是一些不可逆反應的例子：,金屬與稀氫氯酸的反應,Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g),有些反應只會向着一個方向進行。,反應物會完全變為生成物 (即反應是完全的)。,圖2 鎂帶與稀氫氯酸反應，生成氯化鎂溶液和氫氣。,酸鹼中和作用,HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l),鐵的生銹,4Fe(s) + 3O2(g) + 2nH2O(l) 2Fe2O3 nH2O(s),圖3 鐵露置於濕潤的空氣中會與氧和水反應，生成鐵銹。,可逆反應 reversible reaction,這些反應能向左右任何一個方向發生，視乎反應條件而定。,這些反應可用以下方程式表示：,A + B C + D,為方便起見，我們常把可逆反應方程式左方的物質稱為反應物，在右方的物質稱為生成物。,學習錦囊,以下是一些可逆反應的例子：,酯化作用esterification (生成酯ester),濃硫酸在反應中作為催化劑catalyst。,碳酸鈣的熱分解作用thermal decomposition,把碳酸鈣樣本放入密封的容器內，然後加熱至大約825C，碳酸鈣分解成固態氧化鈣和二氧化碳。,氧化鈣和二氧化碳會同時在容器內反應，再次生成碳酸鈣。,CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g),結果，反應混合物含有這三種物質。,圖4 在密封容器內進行的碳酸鈣的熱分解作用是不完全的。,氨的工業製備 (哈柏法),N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),實驗的條件： 450C和200大氣壓強,催化劑：碎鐵,乙酸的電離作用,乙酸分子在水中會輕微電離，生成乙酸根離子和氫離子。,CH3COOH(aq) CH3COO(aq) + H+(aq),結果，所得溶液主要含有乙酸分子和極小比例的乙酸根離子和氫離子。,圖5 乙酸的電離作用是可逆反應。,不可逆反應,可逆反應,參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (a) 這個反應是不是可逆的？何以見得？,課堂練習 1,(a) 是，這是可逆反應。 這個符號表示反應能向左右任何一個方向發生。,參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (b) 上述SO3的分解作用是正向反應還是逆向反應？,課堂練習 1,(b) 逆向反應,參考以下反應： 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (c) 寫出正向反應和逆向反應中的反應物和生成物。,課堂練習1,(c) 正向反應：反應物是SO2和O2；生成物是SO3 逆向反應：反應物是SO3；生成物是SO2和O2,化學平衡的動態本質,當某化學體系的正向反應的速率相等於逆向反應的速率時，體系便達致化學平衡狀態。,這時，化學體系中並沒有可觀察的變化。然而，由於正向反應和逆向反應仍在不斷進行。,化學平衡的本質是動態的。,假設女子跑步的速率與輸送帶移動的速率相等，只是它們的移動方向剛好相反。,女子和輸送帶的運動已達致動態平衡狀態。,你認為我們在本章開始時提及的噴泉，是否已達致動態平衡狀態呢？為甚麼？,試想想,試想想,是。這是因為流水進入水池的速率與它離開水池的速率是一樣的。,考慮以下的反應：,把少量液態N2O4 (沸點 = 21C) 加入維持於 40C的密封容器內 (密閉體系)，液體會立即汽化。,正向反應 (分解作用) 迅速發生。,反應開始時，N2O4的濃度是最高的。,N2O4(g) 2NO2(g),無色,棕色,時間,時間,(a) 反應開始時，N2O4的濃度是最高的。,(b) 當生成的NO2的數量漸漸增加時，混合物的顏色變為淺棕色。,隨着反應進行，N2O4的濃度逐漸下降， NO2的濃度逐漸上升。,N2O4(g) 2NO2(g),無色,棕色,N2O4的濃度逐漸下降時，正向反應的速率會變得較低。,與此同時，NO2的濃度逐漸上升時，逆向反應的速率會變得較高。,最後，正向反應的速率等於逆向反應的速率。體系達致平衡狀態。,N2O4(g) 2NO2(g),無色,棕色,處於平衡狀態時，由於N2O4及NO2的濃度維持不變，故棕色的混合物的顏色會持續不變。,時間,時間,(c) 達致平衡狀態,(d) 處於平衡狀態時，由於 N2O4及NO2的濃度維持不變，故棕色的混合物的顏色會持續不變。,圖8 N2O4(g) 2NO2(g)的正向反應的速率和逆向反應的速率隨時間的變化。(反應由N2O4(g)一方開始。),圖9 N2O4(g) 2NO2(g)中反應混合物的顏色強度變化 (圖的上方) 及N2O4和NO2的濃度隨時間的變化 (下方曲線)。(反應由N2O4(g)一方開始。), 某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃度是一樣的。, 某可逆反應達致平衡時，所有反應物和生成物的濃度維持不變，只是正向反應的速率和逆向反應的速率才是相等的。,概念檢查站,讓我們再從分子層面考慮上述的化學體系！,把少量N2O4加入密封的試管後，有些分子會分解。,時間,N2O4,NO2,時間,每個N2O4分子分解成兩個NO2分子。,N2O4,NO2,隨着時間過去，越來越多N2O4分子分解，生成更多的NO2分子。,由於N2O4分子的數目下降，故此分解N2O4的速率減慢。,與此同時，越來越多NO2分子互相碰撞，產生反應，故此加快了生成N2O4的速率。,最後，N2O4分子分解的速率與NO2分子結合的速率相等。,N2O4(g) 2NO2(g),無色,棕色,時間,時間,當體系達致平衡狀態後，N2O4分子和NO2分子的數目維持不變。,N2O4,NO2,如果我們把NO2而不是N2O4加入密封的試管內，會怎樣呢？,?,圖11 要達致動態平衡，可從反應的相反方向開始進行。在平衡狀態下， NO2分子和N2O4分子的數目維持不變。,總結動態平衡的特點,要達致動態平衡，反應體系必須是密閉體系，使物質不可進入或離開體系。,要達致動態平衡，可從可逆反應的正向反應或逆向反應任何一方開始。,在動態平衡下，正向反應和逆向反應的速率相等。,在動態平衡下，反應混合物中同時含有反應物和生成物，兩者的濃度維持不變，所以反應混合物不會有可觀察的變化。,H2(g) + I2(g) 2HI(g) 反應混合物最後達致化學平衡。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料： (i) H2、I2和HI的濃度隨時間的變化；,課堂練習 2,在某溫度下，把相同摩爾數的H2和I2氣體加入密封的瓶子內，會發生以下的反應：,Ans,。 (a) 在下圖繪畫曲線來顯示以下的資料： (ii) 正向反應的速率及逆向反應的速率隨時間的變化，直至反應混合物達致平衡狀態為止。,課堂練習 2,(b) 描述反應混合物由反應開始直至達致平衡狀態的整個過程中，它的顏色深度有何變化。 (注意：H2(g)和HI(g)是無色