《化工产品检验》课件-项目8：化学反应平衡、速率及影响的分析

8.1化学反应平衡及影响的分析职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程化学平衡及移动的规律职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程可逆反应与化学平衡同时可向正逆两个方向进行的化学反应称为可逆反应，并把从左向右进行的反应称作正反应；从右向左进行的反应则称作逆反应。例如在四个密闭容器中分别加入不同数量的H2(g)、I2(g)和HI(g)，发生如下反应：H2(g)+I2(g)

2HI(g)加热到427℃，恒温1、可逆反应恒温(3)在一定温度下化学平衡一旦建立，平衡常数则一定。化学平衡具有以下特征：(1)化学平衡是一个动态平衡,反应系统达到平衡时，表面上反应已经停止，实际上正逆反应正以相同的速度进行。(2)化学平衡是相对的，同时也是有条件的。条件发生了变化，原有的平衡将被破坏，代之以新的平衡。化学平衡的移动1、浓度或分压对化学平衡的影响实际应用

为了充分利用某一反应物，常常让价格相对较低的另一反应物过量，以提高前者的转化率；或者从平衡系统中，不断移出生成物，使平衡向右移动，提高转化率。压力的变化对液相或固相反应的平衡几乎没有影响。P=nRT/V影响化学平衡的因素承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程1、浓度或分压对化学平衡的影响实际应用

为了充分利用某一反应物，常常让价格相对较低的另一反应物过量，以提高前者的转化率；或者从平衡系统中，不断移出生成物，使平衡向右移动，提高转化率。压力的变化对液相或固相反应的平衡几乎没有影响。P=nRT/V化学反应自发性和化学平衡移动方向的判断依据承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程反应商Q：任意态标准平衡常数KΘ：平衡态当Q=K

时，系统处于平衡状态；化学反应进行方向的反应商判据当Q＜K

时，说明生成物的浓度（或分压）小于平衡浓度（或分压），反应将向正方向进行；当Q＞K

时，系统也处于不平衡状态，反应将向逆方向进行。平衡常数与化学反应的程度1、平衡转化率平衡常数和转化率的共同点区别平衡常数：温度的函数，只与温度有关，与起始浓度无关转化率：

不仅与温度有关，还与反应物的起始状态有关，并必须指明是哪种反应物的转化率，反应物不同，转化率的数值往往也不同。均能表示反应进行的程度5.3化学平衡的移动P951、浓度或分压对化学平衡的影响实际应用

为了充分利用某一反应物，常常让价格相对较低的另一反应物过量，以提高前者的转化率；或者从平衡系统中，不断移出生成物，使平衡向右移动，提高转化率。压力的变化对液相或固相反应的平衡几乎没有影响。P=nRT/V化学平衡表达式的书写承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程2.2平衡常数1.平衡常数平衡常数K：在一定温度下，对任何可逆反应，达到平衡时,以化学计量数为幂指数的生成物浓度的乘积与以化学计量数为幂指数的反应物浓度的乘积之比，叫实验平衡常数（或经验平衡常数）例如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

p2(NH3)

p(N2)

p3(H2)经验平衡常数的单位不能确定,它的大小说明平衡时反应进行的程度!!!!!Kp

=‘’2.标准平衡常数K

有关组分的浓度(或分压)都必须用相对浓度(或相对分压)来表示，即反应方程式中各物种的浓度(或分压)均须分别除以其标准态的量，即除以c

(1mol

L

1)或p

(100kPa),标准平衡常数是量纲为一的量。例如MnO2(s)+2Cl

(aq)+4H+Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)

K

=书写和应用标准平衡常数表达式应注意事项:（1）平衡常数表达式中各物质的浓度（或分压），必须是在系统达到平衡状态时相应的值。

（2）平衡常数表达式要与化学方程式相对应。同一个化学反应，用不同化学方程式表示时，平衡常数表达式不同，得到的数值也不相同。

（3）有纯固体s、纯液体l参与反应时，它们的浓度为1，不必写入K

的表达式。稀溶液中的溶剂参与反应时，也不必列入（比如H2O）。

（4）温度发生改变，化学反应的平衡常数也随之改变，因此，在使用时须注意相应的温度。K

=aA+bBcC+dD化学计量数化学计量数化学计量数化学计量数[C/c]c×[D/c]d[A/c]a×[B/c]b1、纯液体和固体不用写进表达式；2、溶液用浓度C表示，气体用分压P表示；3、幂指数=各物质的化学计量数思考：正逆反应的平衡常数之间的关系平衡常数K

与化学反应计量方程式有关；N2+3H22NH3

K

1=(p(NH3)/p

)2

(p(H2)/p

)

3

(p(N2)/p

)

1/2N2+3/2H2NH3

K

2=(p(NH3)/p

)1

(p(H2)/p

)

3/2

(p(N2)/p

)

1/2

1/3N2+H22/3NH3

K

3=(p(NH3)/p

)2/3

(p(H2)/p

)

1

(p(N2)/p

)

1/3

显然K

1=

(K

2)2=(K

3)3

SO2可以被O2氧化成SO3，平衡时，测得反应体系的总压力为0.101MPa,且SO2、O2、SO3的物质的量的比为6.70:1.00:8.10，计算此条件下下列反应的平衡常数K。解题思路：1、写出化学反应式；2、写出平衡常数的表达式；3、求出平衡态时，各物质的浓度；4、计算平衡常数的意义

（1）平衡常数是可逆反应的特征常数。对同类反应来说，K

越大，反应进行得越完全。（2）由平衡常数可以判断反应是否处于平衡状态，以及处于非平衡态时反应进行的方向。

如有一可逆反应：aA+bB⇌dD+eE

在任意态时

,对溶液中的反应

:对于气体反应：

反应商影响化学平衡的因素，正确判断化学平衡移动方向承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程反应商Q：任意态标准平衡常数KΘ：平衡态当Q=K

时，系统处于平衡状态；化学反应进行方向的反应商判据当Q＜K

时，说明生成物的浓度（或分压）小于平衡浓度（或分压），反应将向正方向进行；当Q＞K

时，系统也处于不平衡状态，反应将向逆方向进行。化学平衡的移动1、浓度或分压对化学平衡的影响实际应用

为了充分利用某一反应物，常常让价格相对较低的另一反应物过量，以提高前者的转化率；或者从平衡系统中，不断移出生成物，使平衡向右移动，提高转化率。压力的变化对液相或固相反应的平衡几乎没有影响。P=nRT/V能进行化学平衡的相关计算承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程例：合成氨工业中，多采用中温（500℃）、中压（2.03×104kPa）下操作。此条件下反应N2（g)+3H2（g）⇌

2NH3（g）的K

=1.57×10-5。当反应进行至某一阶段时取样分析，得到数据：11.6%NH3，22.1%N2，66.3%H2(体积分数)。试判断此时反应是否已完成（即是否达到平衡状态）。解：p总=2.03×104kPap(NH3)=2.03×104kPa×11.6%=2.35×103kPap(N2)=2.03×104kPa×22.1%=4.49×103kPap(H2)=2.03×104kPa×66.3%=1.35×104kPa

Q＜K

例：已知下列反应在1123K时的标准平衡常数(1)C(石墨)+CO2(g)2CO(g)；K

1=1.3

1014(2)CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)；K

2=6.0

10

3计算反应：(3)2COCl2(g)C(石墨)+CO2(g)+2Cl2(g)在1123K时的K

值。解：

2

CO(g)+Cl2(g)

COCl2(g)+）C(石墨)+CO2(g)

2CO(g)(4)C(石墨)+CO2(g)+2Cl2(g)

2COCl2(g)由（2）式乘2再加（1）式得（4）式，根据多重平衡规则：K

4=(K

2)2

K

1而(3)式是(4)式的逆反应，则：

K

3

=1/K

4=1/[(K

2)2

K

1]=1/[(6.0

10

3)2

1.3

1014]=2.1

10

108.2化学反应速率及影响的分析职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程化学反应速率概念及表达式职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程1.1化学反应速率炸药爆炸食物变质快慢对于任一化学反应，反应速率定义为：反应物转变为生成物的速率表示方法：单位时间内反应物或生成物的浓度变化的速率理解概念（2）用不同的反应物或生成物的浓度变化所得到的反应速率，数值上可能不同。

表示反应速率时，一定要表明是哪种物质浓度的变化。或者统一用“单位物质的反应速率”，即所得值/各物质前的系数

必须注意以下几点：

（1）每个时间间隔，速率都不一样，而且在每个时间间隔里，任何时间内的速率都是不一样的。在实际生产中，真实的反应速率是某一瞬间的反应速率，即瞬时速率。1.2化学反应速率方程式

1.反应历程与元反应反应历程反应物转变为生成物的途径、步骤基元反应反应物分子(或离子、原子及自由基等)直接碰撞发生作用而生成产物的反应2NO2

2NO+O2NO2+2CO

NO+2CO2非元反应：分几步进行的反应

2.元反应的速率方程质量作用定律:

在一定温度下，化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，浓度的幂次为元反应方程式中相应组分的化学计量数。设基元反应为

aA+bB+

gG+dD+

则v=kcaAcbB

速率方程a是A的反应级数，b是B的反应级数，（a+b）是该反应的总级数。反应速率常数掌握（1）质量作用定律只适用于元反应，不适用于非元反应。对于非元反应，其速率方程是由实验确定的，往往与反应式中的化学计量数不同。

应当强调的是：（2）对于指定反应，速率常数k与温度、催化剂等有关，而与浓度无关，因此实验测得的速率常数要注明测定时的温度。

(3)多相反应中，固态的反应物，其浓度不写入速率方程。如元反应：C（s）+O2（g）=CO2（g），v=kc(O2)（4）对于气体反应，当体积恒定时，各组分气体的分压与浓度成正比，故v=k{p（A）}a{p（B）}b影响化学反应速率的因素承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程

1.温度对反应速率的影响2.浓度对反应速率的影响

3.催化剂对反应速率的影响

掌握1.4反应速率理论碰撞理论首要条件-----有效碰撞。(1)能量因素活化分子那些具有足够高的能量、能够发生有效碰撞的分子活化能

要使普通分子成为活化分子所需的最小能量,用Ea表示。即要使1mol具有平均能量的分子转化成活化分子所需吸收的最低能量。反应途径能量变化示意图Ea1，Ea2为正向和逆向反应的活化能;

rHm为反应的热效应

rHm=Ea1

Ea21.3影响化学反应速率的因素

1.温度对反应速率的影响一般来说，温度升高反应速率加快。温度升高:(1)分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频率增加(2)系统的平均能量增加，分子的能量分布曲线明显右移,增加了活化分子百分数。1884年荷兰人范特霍夫，近似规则：反应物浓度（或分压）不变，温度每升高10K，反应速率一般增加2

4倍。2.浓度对反应速率的影响一般反应速率随反应物的浓度增大而增大。据反应速率理论，对于一确定的化学反应，一定温度下，反应物分子中活化分子所占的百分数是一定的，因此单位体积内的活化分子的数目与单位体积内反应分子的总数成正比，也就是与反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的分子有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。

3.催化剂对反应速率的影响

对可逆反应，催化剂既能加快正反应速率也能加快逆反应速率，因此催化剂能缩短平衡到达的时间。但不能改变平衡状态，反应的平衡常数不受影响。改变了反应的途径，与无催化反应的途径相比较，所需的活化能显著地降低,从而使活化分子百分数和有效碰撞次数增多，导致反应速率加快。催化剂改变反应途径示意图综上所述，催化剂有如下特点：与反应物生成活化络合物中间体，改变反应历程，降低活化能，加快反应速率；(2)只缩短反应到达平衡的时间，不改变平衡位置，同时加快正逆向反应速率；(3)反应前后催化剂的化学性质不变；(4)催化剂有选择性。书写化学反应速率方程并判断反应级数承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程化学反应速率方程式

1.反应历程与元反应反应历程反应物转变为生成物的途径、步骤基元反应反应物分子(或离子、原子及自由基等)直接碰撞发生作用而生成产物的反应2NO2

2NO+O2NO2+2CO

NO+2CO2非元反应：分几步进行的反应

2.元反应的速率方程质量作用定律:

在一定温度下，化学反应速率与各反应物浓度幂的乘积成正比，浓度的幂次为元反应方程式中相应组分的化学计量数。设基元反应为

aA+bB+

gG+dD+

则v=kcaAcbB

速率方程a是A的反应级数，b是B的反应级数，（a+b）是该反应的总级数。反应速率常数掌握化学反应速率与化学反应平衡的综合应用承担院校宁波职业技术大学职业教育应用化工技术专业教学资源库《化工产品检验》课程1.1化学反应速率炸药爆炸食物变质快慢对于任一化学反应，反应速率定义为：反应物转变为生成物的速率表示方法：单位时间内反应物或生成物的浓度变化的速率理解概念1.2反应速率理论碰撞理论首要条件-----有效碰撞。(1)能量因素活化分子那些具有足够高的能量、