二化学反应速率和化学平衡课件

1、第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡8/4/20221第1页，共19页。1.理解化学平衡的特点，能正确表示K（式中各量的含义）；2. 掌握K的意义及应用；3. 掌握有关化学平衡的计算： K、转化率、起始浓度、平衡浓度；重点：K的表示、关于化学平衡的计算难点：关于化学平衡的计算本节基本要求2009-9-222长江大学化工学院 第2页，共19页。1.可逆反应(reversible reaction) 同一条件下反应可同时向正、逆两个方向进行的反应。例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O22SO2(g) + O2(g) 2SO3(g

2、) V2O5一、化学平衡2009-9-223长江大学化工学院 第3页，共19页。2. 化学平衡(chemical equilibrium) 在一定的温度下,反应物在密闭容器内进行的可逆反应,随着反应的进行,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,反应进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率相等,各反应物、生成物的浓度不再变化,这时反应体系所处的状态称为“化学平衡” 。正逆正逆02009-9-224长江大学化工学院 第4页，共19页。（1）只有在恒温下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡，这是建立平衡的前提；（2）正、逆反应速度相等是平衡建立的条件；（3）平衡时各物质的浓度都不再随时间改变，

3、这是建立平衡的标志，但各物质的数量不一定相等 ；（4）平衡状态是一定条件下封闭体系中可逆反应进行的最大限度。（5）化学平衡是有条件的动态平衡，当外界条件改变时，正、逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立新的动态平衡。（6）化学平衡的建立与化学反应的途径无关。3.化学平衡的特征2009-9-225长江大学化工学院 第5页，共19页。1.平衡关系式 mA + nB pC + qD 在一定温度下，当反应达到平衡时，正反应速率与逆反应速率相等，其标准平衡常数可以表示为： c=1mol/L气体反应 p=100kPa二、标准平衡常数溶液中的反应2009-9-226长江大学化工学院 第6页，共19页

4、。 K 107: 正反应能进行完全,正反应不可逆 10-7 K K107 : 典型可逆反应 K 10-7: 正反应几乎不能进行完全,逆反应不 可逆。2.标准平衡常数的意义 K的数值反映了化学反应完全程度。K值越大，正向反应进行的程度越大，反应越完全。因此，K是一定温度下，化学反应可能进行的最大限度的量度。2009-9-227长江大学化工学院 第7页，共19页。4.标准平衡常数的应用 判断反应程度 ： K愈大，反应进行得愈完全预测反应方向：正向或逆向进行计算平衡组成：各组分的含量、平衡常数3.书写K表达式的要求见教材。2009-9-228长江大学化工学院 第8页，共19页。 （1）如果某个反应可

5、以表示为两个或多个反应的总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。这个关系称为多重平衡规则。5.多重平衡规则（2）所有平衡常数必须在同一温度。（3）若反应3=反应2-反应1，则K3= K2/ K12009-9-229长江大学化工学院 第9页，共19页。转化率又称平衡转化率或最大转化率。（因为化学平衡状态是反应进行的最大限度，所以平衡转化率是指定条件下的最大转化率。） 平衡转化率指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。6.转化率（平衡转化率） 标准平衡常数与转化率都可以表示反应进行的程度，但前者只与温度有关，后者与温度、浓度有关，使用时还应指明何种反应物。2009-9-

6、2210长江大学化工学院 第10页，共19页。7.说明（1）一定温度下，每个可逆反应都有自己特征的平衡常数。平衡常数表达式代表在给定温度下体系达到平衡的条件。（2）平衡常数的大小代表平衡混合物中产物所占比例的多少。（3）平衡常数表达式表示体系的动态关系。（4）平衡常数只是温度的函数，不随变化途径、反应方向、反应物或产物的初始浓度而改变。r Gm = RTlnK（5）平衡常数不涉及时间概念，不涉及反应速率。2009-9-2211长江大学化工学院 第11页，共19页。p(NH3)/pp(N2)/ p0.5p(H2)/ p1.5K2 = 0.5N2(g) + 1.5H2(g) NH3(g) ,N2(

7、g) + 3H2(g) 2NH3(g) , p(NH3)/p2p(N2)/ pp(H2)/ p3K1 =显然, K1 = (K2)28.课堂练习Zn (S) + 2H+ (aq) H2 (g) + Zn2+ (aq)p(H2）/pc（Zn2+）/ cc(H+)/ c2K = 2009-9-2212长江大学化工学院 第12页，共19页。 例 1 反应 A ( g ) 2 B ( g ) 在某温度达到平衡时，各组分的分压均为 1.013 10 5 Pa，求其标准平衡常数 K 。 三、关于化学平衡的计算解：2009-9-2213长江大学化工学院 第13页，共19页。解：1). Fe2+ + Ag+

8、Fe3+ + Ag起始浓度 c0/molL-1 0.100 0.100 0 变化浓度 c0/molL-1 0.119.4% 0.119.4% 0.119.4% = -0.0194 = -0.0194 = 0.0194平衡浓度c0/molL-1 0.100-0.0194 0.100-0.0194 0.0194 = 0.0806 =0.0806 c(Fe3+)/cK = = = 2.99c(Fe2+)/ cc(Ag+)/ c0.0194(0.0806)2 2). 例2：2009-9-2214长江大学化工学院 第14页，共19页。n(CO2)RT/V n(H2)RT/Vn(CO2)RT/Vn(H2)

9、RT/VK= =p(CO2)/pp(H2)/pp(CO)/ pp(H2O)/ p CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2(g) .起始物质的量 n0/mol 0.040 0.040 0 0平衡时物质的量n0/mol 0.040-0.040 0.040-0.040 0.040 0.040p (CO) = n(CO)RT/V； p (H2O) = n(H2O)RT/V；p (CO2) = n(CO2)RT/V； p (H2) = n(H2)RT/V；解：设CO的转化率为例32009-9-2215长江大学化工学院 第15页，共19页。n(CO2)n(H2)n(CO2)n(H2)(0

10、.040)20.0402(1-)22(1-)2= 1.0, = 50%2(1-)2= = = =p (CO) = p (H2O) = n(CO)RT/V= 0.040(1-0.50)8.3141123(5.010-3) = 37.3 kPa;p (CO2) = p (H2) = n(CO)RT/V= (0.0400.50)8.3141123(5.010-3) = 37.3 kPa. 2009-9-2216长江大学化工学院 第16页，共19页。始态分压/Pa x x 0平衡分压/Pa x - p x - p p 例4： 在5.00L容器中装有等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g)。 523K时

11、,反应PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)达平衡时，p(PCl5)=p ，K =0.767，求：开始装入的PCl3和Cl2的物质的量；PCl3的平衡转化率。PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)解: (1) 设始态 p(PCl3) = p(Cl2) = x Pa2009-9-2217长江大学化工学院 第17页，共19页。平衡分压/Pa x - p x - p p p(PCl3)/p (x-p)/p (x-p)/p K = 1(x-105)/10520.767 =X = 214155pV 2141555.0010-3RT 8.314523 n(PCl3) =n(Cl2)= = = 0.246 mol(PCl3) = 100% = 100% = 46.7%p 105x 214155解: (1) PCl3