化学反应速率与化学平衡2

1、关于化学反应速率与化学平衡关于化学反应速率与化学平衡2现在学习的是第一页，共43页化学平衡及特征化学平衡及特征 化学平衡状态化学平衡状态： 一定条件下，可逆反应的正、一定条件下，可逆反应的正、逆反应速率相等的状态。逆反应速率相等的状态。化学平衡特征化学平衡特征： a a、动态平衡、动态平衡: :反应还在进行，只是正、逆反应速率相等、浓度反应还在进行，只是正、逆反应速率相等、浓度不再变化，称为平衡浓度；不再变化，称为平衡浓度； b b、有条件的平衡：、有条件的平衡：C C、T T、P P有确定值，只要有一个被破坏，旧平有确定值，只要有一个被破坏，旧平衡就会打破，产生新平衡，称为化学平衡移动；衡就

2、会打破，产生新平衡，称为化学平衡移动； C C、化学平衡是可逆反应的最终状态，是反应进行的最大限、化学平衡是可逆反应的最终状态，是反应进行的最大限度。度。A B现在学习的是第二页，共43页二、标准平衡常数二、标准平衡常数l实验平衡常数实验平衡常数 ： Kc为化学反应的浓度平衡常数浓度平衡常数。 ()( )( )( )decabc Dc Ec Ac BK 现在学习的是第三页，共43页若是气体反应 ，温度一定，气体分压与浓度呈正比，得到： Kp为化学反应的压力平衡常数。压力平衡常数。()( )( )( )depabp DEp ABpKp 浓度平衡常数和压力平衡常数统称为浓度平衡常数和压力平衡常数统

3、称为实验实验平衡常数。平衡常数。 现在学习的是第四页，共43页 标准平衡常数标准平衡常数K ： 在在一定温度一定温度下，任何可逆反应达平衡时各下，任何可逆反应达平衡时各生生成物相对浓度成物相对浓度c/cc/c （相对分压相对分压p/p ）以其计量系）以其计量系数为指数的乘积与各数为指数的乘积与各反应物相对浓度反应物相对浓度c/cc/c （相相对分压对分压p/p ）以其计量系数为指数的乘积的）以其计量系数为指数的乘积的比值比值为一常数，称为一常数，称标准平衡常数标准平衡常数K K 。 其中其中c c =1mol/L p =100kPa对于任意具有固相、液相和气相和水参与的反应如：对于任意具有固相

4、、液相和气相和水参与的反应如： aA(s)+bB(aq) dD（aq）+fH2O+eE(g) K ()/ ( )/ ( )/debc Dcp Epc Bc现在学习的是第五页，共43页标准平衡常数标准平衡常数K aA+bB dD + eE气体反应气体反应：各物质的分压分别为各物质的分压分别为p (A)、p(B)、p(D) 、p(E) 在温度TK时达平衡，化学计量系数相对分压相对分压 ()/ ( )/ ( )/ ( )/deabp Dpp Epp App Bp=K 现在学习的是第六页，共43页标准平衡常数标准平衡常数K K aA+bB dD + eE，在温度TK时达到平衡，化学计量系数相对浓度相对

5、浓度baedcBccAccEccDcK/)(/)(/)(/)(lK 可由实验测出，也可由热力学计算；可由实验测出，也可由热力学计算；l K 越大、越大、反应进行的越完全（反应进行的越完全（ K 106，完全，但完全，但K 大小与反应速率无关！）大小与反应速率无关！）lK 与与反应本性及反应本性及T有关，与有关，与c、P无关无关现在学习的是第七页，共43页书写和应用书写和应用K 应注意：应注意： 1）平衡常数表达式中各物质浓度或分压，必须是系统达到）平衡常数表达式中各物质浓度或分压，必须是系统达到平衡状态时相应的值平衡状态时相应的值。 2)平衡常数表达式要与方程式相对应。同一反应：平衡常数表达式

6、要与方程式相对应。同一反应： 若若1式式 2= 2式，（式，（ K 1）2 = K 2 2 K 1 若若1式式 2= 2式，（式，（ K 1）1/2 = K 2 1/ 2 K 1 若若1式式、 2式可逆，式可逆， K 1=1/ K 2 （K 1 -K 2 ） 3)纯固体、纯液体在平衡常数表达式中不写出。纯固体、纯液体在平衡常数表达式中不写出。 Br2(l) Br2(g) K = p(Br2,g) / p 注：一般注：一般现在学习的是第八页，共43页4) 水：水溶液中的反应，因水是溶剂，又作反应物，水：水溶液中的反应，因水是溶剂，又作反应物，量大，反应掉的水分子数与总的水分子数相比微量大，反应掉

7、的水分子数与总的水分子数相比微不足道，浓度的变化可忽略，不足道，浓度的变化可忽略，K 中不写出水；中不写出水； Cr2O7- (aq)+ H2O (l) = 2H+ (aq) +2CrO4 2- (aq) K 2224227 ()/ ()/ ()/c Hcc CrOcc Cr Oc现在学习的是第九页，共43页多相多相反应反应K : : Fe(s)+H2SO4(aq)=H2(g)+ FeSO4(aq)lK 与与T有关，应注明有关，应注明T（298K 为为K ） cSOHcpHpcFeSOcK/ )(/ )(/ )(4224相对分压相对分压相对浓度相对浓度现在学习的是第十页，共43页3332241

8、086. 4)100/4 .160()100/8 .86()100/2 .13()100/2 .13(/ )(/ )(/ )(/ )(kPakPakPakPakPakPakPakPapHppCOppOHppCHpK1133K现在学习的是第十一页，共43页2 . 3)10. 0 (/ )(/ )(/ )(223xxcFeccAgccFecK 0.08 0.08 0.02现在学习的是第十二页，共43页平衡常数的意义：平衡常数的意义： a、平衡常数是可逆反应的特征常数，平衡常数是可逆反应的特征常数，K 越大，反应进越大，反应进行得越完全行得越完全 b b、由平衡常数可以判断反应是否处于平衡态和处、由

9、平衡常数可以判断反应是否处于平衡态和处于非平衡态时反应进行的方向。于非平衡态时反应进行的方向。 c c、可逆反应，、可逆反应，aA+bB=dD+eEaA+bB=dD+eE，在一定温度下进行反应，在一定温度下进行反应，问此时系统是否处于平衡态？如处于非平衡态，那么问此时系统是否处于平衡态？如处于非平衡态，那么反应往哪一方向进行？反应往哪一方向进行？引入商引入商Q Q（非熵）（非熵）现在学习的是第十三页，共43页定义商Q，在任意态任意态时，对溶液中的反应溶液中的反应：对于气体反应：气体反应：注意：注意：反应商反应商表示反应进行到表示反应进行到任意时刻任意时刻（包括平衡状态）时，系统内各物（包括平衡

10、状态）时，系统内各物质之间关系。质之间关系。标准平衡常数标准平衡常数只只表示平衡态表示平衡态时，系统内各物质之间的数量关系。时，系统内各物质之间的数量关系。 化学反应进行方向的反应商判据：化学反应进行方向的反应商判据： Q= K时，系统处于平衡状态； QK时，反应向正方向进行； QK时，反应将向逆方向进行。/ / /deDEabABccccQcccc/ / /deDEabABppppQpppp aA+bB dD + eE现在学习的是第十四页，共43页例例:在在2273K温度下，反应温度下，反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的的K =0.10，判断下列条件下反应进行的方向：，判断下列条件下

11、反应进行的方向： （1）p(N2)=90.0kPa，p(O2)=90.0kPa，p(NO)=5.0kPa，（2）p(N2)=30.0kPa，p(O2)=30.0kPa，p(NO)=9.5kPa，（3）p(N2)=15.0kPa，p(O2)=15.0kPa，p(NO)=15.0kPa，解：解：1）/ )O(/ )N(/ )NO(2221ppppppQ 321009. 3)kPa100/kPa0 .90)(kPa100/kPa0 .90()kPa100/kPa0 . 5(Q1 K ，反应逆向自发。，反应逆向自发。现在学习的是第十六页，共43页3）SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)

12、 311/232()/ ()/ ()/p SOpKp SOpp OP12222 ()/ ()/ ()/p NOpp OpKp NOp3322 ()/ ()/ ()/ ()/p SOpp NOpKp SOpp NOp1）SO2(g)+1/2O2 (g) SO3(g)2）NO2(g) 1/2O2(g)+NO(g)因为：因为：1式式+2式式= 3式，式， 发现：发现： K 3 = K 1 K 2 K 1 +K 2 同理：如果同理：如果1式式-2式式= 3式，式， 有：有：K 3 = K 1 /K 2 K 1 -K 2多重平衡规则多重平衡规则：现在学习的是第十七页，共43页l多重平衡规则多重平衡规则：

13、在相同条件下，如有两个反应方程式相加在相同条件下，如有两个反应方程式相加（或相减）得到第三个反应方程式，则第三个反应方程式的（或相减）得到第三个反应方程式，则第三个反应方程式的平衡常数为前两个反应方程式平衡常数之积（或商）。平衡常数为前两个反应方程式平衡常数之积（或商）。 若若1式式+2式式= 3式，式， K 3 = K 1 K 2 K 1 +K 2 若若1式式-2式式= 3式，式， K 3 = K 1 /K 2 K 1 -K 2 注意：注意： 反应反应相同相同T T、且状态一致方可用、且状态一致方可用 用途：用途： 由已知由已知反应反应K 经加减组合求未知经加减组合求未知反应反应K 现在学习

14、的是第十八页，共43页例例 已知下列反应在已知下列反应在1123K时的标准平衡常数：时的标准平衡常数：（1）C(石墨石墨) + CO2 (g) = 2CO(g) = 1.31014（2）CO(g)+ Cl2(g)=COCl2 (g) = 6.010-3 计算反应计算反应（3）C(石墨石墨) + CO2 (g) +2Cl2(g) = 2 COCl2 (g) 在在1123K时的时的 。1K2K3K 解：反应式（解：反应式（3）=反应式（反应式（1）+ 2反应式（反应式（2） = （ ）2 =1.31014(6.010-3) 2 = 4.71093K1K2K现在学习的是第十九页，共43页平衡常数与平

15、衡转化率平衡常数与平衡转化率转化率转化率指反应达到平衡时，反应物转化为生成物的百分率。指反应达到平衡时，反应物转化为生成物的百分率。 转化率转化率= =某反应物已转化的量某反应物已转化的量/ /某反应物的总量某反应物的总量100%100%若反应前后体积不变，反应物的量可用浓度来表示：若反应前后体积不变，反应物的量可用浓度来表示：= =（某反应物的起始浓度（某反应物的起始浓度- -某反应物的平衡浓度）某反应物的平衡浓度）/ /某反应物的某反应物的起始浓度起始浓度100%100% 注：注： 反应物的转化率越大，表示反应向右进行的程度越大。反应物的转化率越大，表示反应向右进行的程度越大。现在学习的是

16、第二十页，共43页起始浓度起始浓度c(mol/L)转化率转化率a%K C2H5OHCH3COOH以以CH3COOC2H5计计3.03.03.06.067834.04.0反应反应C2H5OH+ CH3COOH CH3COOC2H5 +H2O的转化率与平衡常数（的转化率与平衡常数（100）平衡常数平衡常数与系统的起始状态无关，只与与系统的起始状态无关，只与温度温度有关有关。转化率转化率除与温度有关，还与反应物的起始状态，还有反应物不除与温度有关，还与反应物的起始状态，还有反应物不同，转化率也不同。同，转化率也不同。现在学习的是第二十一页，共43页例：例：在298K时，AgNO3和Fe(NO3)溶液

17、发生如下反应： Fe2+Ag+ Fe3+Ag起始浓度（mol/L) 0.1 0.1达到平衡时Fe2+的转化率为19.4%，试求平衡时各离子的浓度； 298K时的平衡常数。解解: Fe2+ + Ag+ Fe3+ Ag起始浓度（mol/L) 0.1 0.1变化的浓度（mol/L) -0.119.4% -0.119.4% 0.119.4%平衡时浓度(mol/L) 0.0806 0.0806 0.0194故有：c(Fe2+ )=c(Ag+ )=0.0806mol/L c(Fe3+)=0.0194mol/L222 ()/0.01942.99 ()/ ()/0.0806c FecKc Fecc Agc现在

18、学习的是第二十二页，共43页练一练练一练：下列说法是否正确,说明理由：1 1）当平衡常数较大时，反应才能向正方向进行。）当平衡常数较大时，反应才能向正方向进行。2 2）温度越高，活化能就越大，反应速率就越快。）温度越高，活化能就越大，反应速率就越快。3 3）对于放热反应，温度越高，反应物的转化率就越）对于放热反应，温度越高，反应物的转化率就越 低低。现在学习的是第二十三页，共43页 3-5 3-5 化学平衡的移动化学平衡的移动定义：定义：可逆反应在一定条件下达到平衡时，有可逆反应在一定条件下达到平衡时，有v v正正=v=v逆逆，即，即反应系统中各物质的浓度反应系统中各物质的浓度( (或分压）不

19、再变化，如外界条件或分压）不再变化，如外界条件改变了，原来的平衡状态就会被破坏，在新的条件下达到新的改变了，原来的平衡状态就会被破坏，在新的条件下达到新的平衡，这个过程叫平衡的移动。平衡，这个过程叫平衡的移动。 平衡移动的总规律：平衡移动的总规律：(1887(1887年，法国吕查德里年，法国吕查德里) ) 假如改变平衡体系的条件之一（假如改变平衡体系的条件之一（ C C、 P P、T T），平），平衡就向减弱这种改变的方向移动衡就向减弱这种改变的方向移动.(.(定性定性) ) 本节讲化学平衡移动的方向定量计算方法。本节讲化学平衡移动的方向定量计算方法。现在学习的是第二十四页，共43页l浓度可使

20、化学平衡移动，但不改变浓度可使化学平衡移动，但不改变K l在新的平衡体系中，各物质的浓度均不同于前一个平在新的平衡体系中，各物质的浓度均不同于前一个平衡态时的浓度。（但衡态时的浓度。（但K 不变）不变）一、浓度对化学平衡移动的影响：一、浓度对化学平衡移动的影响： 对反应对反应 aA+bB=dD+eE 在一定温度达平衡时：在一定温度达平衡时：Q= K ；若改变平衡体系某物浓度，若改变平衡体系某物浓度，平衡将移动，则平衡将移动，则Q K l加入反应物或移去生成物浓度，平衡向右移动。加入反应物或移去生成物浓度，平衡向右移动。l减少反应物或增加生成物浓度，平衡向左移动。减少反应物或增加生成物浓度，平衡

21、向左移动。/ / /deDEabABccccQcccc现在学习的是第二十五页，共43页例例 反应反应 Fe2+ (aq) + Ag+ (aq) Fe3+ (aq)+Ag(s) 开始前浓度开始前浓度 0.10molL-1 0.10molL-1 0.010molL-1已知已知298.15K时的标准平衡常数时的标准平衡常数K = 2.98，求（求（1）反应开始后向何方进行？）反应开始后向何方进行？ （2）平衡时）平衡时Ag+、Fe2+、Fe3+的浓度各为多少？的浓度各为多少？ （3）如果保持平衡时的）如果保持平衡时的Ag+、Fe3+的浓度不变，而加入的浓度不变，而加入Fe2+使其浓度变为使其浓度变为

22、c(Fe2+)=0.30molL-1，此时反应会不会移动？向何，此时反应会不会移动？向何方移动？方移动？解：（解：（1）反应开始时）反应开始时0 . 1)Lmol00. 1/()Lmol10. 0)(Lmol00. 1/()Lmol10. 0()Lmol00. 1/()Lmol01. 0(/ )Ag(/ )F(/ )F(1 -1 -1 -1 -1 -1 -23ccceccecQ Q K ，反应向正方向进行。，反应向正方向进行。现在学习的是第二十六页，共43页(2)平衡时各组分浓度的计算平衡时各组分浓度的计算 Fe2+ (aq)+Ag+ (aq) Fe3+ (aq)+Ag(s)开始浓度开始浓度/

23、 molL-1 0.10 0.10 0.01浓度变化浓度变化/ molL-1 x x +x平衡浓度平衡浓度/ molL-1 0.10 x 0.10 x 0.01+x解一元二次方程得：解一元二次方程得： x=0.013 molL-1 ， c(Fe3+) = (0.010+0.013)molL-1=0.023molL-1，c(Fe2+) = c(Ag+)= (0.100.013)molL-1=0.087molL-1。322111111 ()/ ()/ ()/(0.01)/(1.002.98(0.10)/(1.00)(0.10)/1.00c FecKc Fecc Agcx mol Lmol Lx m

24、ol Lmol Lx mol Lmol L现在学习的是第二十七页，共43页（3）如果保持平衡时的）如果保持平衡时的Ag+、Fe3+的浓度不变，而的浓度不变，而加入加入Fe2+使其浓度变为使其浓度变为c(Fe2+)=0.30molL-1，此时反应，此时反应会不会移动？向何方移动？会不会移动？向何方移动？88. 0)Lmol00. 1/()Lmol087. 0)(Lmol00. 1/()Lmol30. 0()Lmol00. 1/()Lmol023. 0(/)Ag(/)F(/)F(1 -1 -1 -1 -1 -1 -23ccceccecQ Fe2+ (aq)+Ag+ (aq) Fe3+ (aq)+A

25、g(s)平衡浓度平衡浓度/ molL-1 0.30 0.087 0.023Q0，X n 1，QK 逆向移动逆向移动 n 0，X n 1，Q0, 正向移动正向移动 ； n 0，逆向移动；，逆向移动； n 0，正向移动，正向移动 等温等压加惰气等温等压加惰气 n 0，升温，升温，K2 K1右右移移， 降温，降温，K2 K1左左移移， 放热反应，放热反应，rHm K1右右移移， 升升温，温，K2 K1左左移移三、温度对化学平衡移动的影响三、温度对化学平衡移动的影响： 温度可使温度可使K 改变改变（C、P不不改变改变K ）现在学习的是第三十四页，共43页四、催化剂与化学平衡四、催化剂与化学平衡l催化剂

26、不会使平衡发生移动催化剂不会使平衡发生移动；l但使用催化剂能降低反应的活化能，但使用催化剂能降低反应的活化能，加快反应加快反应速率速率，缩短达到平衡的时间；缩短达到平衡的时间；l由于平衡常数并不改变，因此使用催化剂由于平衡常数并不改变，因此使用催化剂并并不能提高转化率不能提高转化率。 现在学习的是第三十五页，共43页3.6 3.6 反应速率与化学平衡的反应速率与化学平衡的 综合应用综合应用1）使一种廉价的反应物过量，以提高另一种原料的转化率。）使一种廉价的反应物过量，以提高另一种原料的转化率。注意：注意：原料比不能失当，否则会冲淡其他原料。对于气体反应，原料比不能失当，否则会冲淡其他原料。对于气体反应，注意配比，防止爆炸。注意配比，防止爆炸。2）升温，增大反应速率，对吸热反应，增加转化率。）升温，增大反应速率，对吸热反应，增加转化率。注意注意:能源的消耗，和副产物和催化剂的性质。能源的消耗，和副产物和催化剂的性质。3）对于气体反应，增加压力会是反应速率加快