《化学动态平衡》PPT课件.ppt

Ch41動態平衡Dynamicequilibrium 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irreversiblereaction 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reversiblereaction 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 BC 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thermaldecomposition 把碳酸鈣樣本放入密封的容器內 然後加熱至大約825 C 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 450 C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 21 C 加入維持於40 C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8N2O4 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9N2O4 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