第三章 化学反应速度和化学平衡.ppt

1、第三章 化学平衡和化学反应速率,热力学解决了化学反应的可能性问题, 但化学反应实际上的发生, 却是动力学研究的范畴。化学反应的速率, 即是动力学的基础。自发过程是否一定进行得很快?,实际上, 速率相当慢!,实际上, 反应速率相当快!,热力学 可能性; 动力学 现实性,一、化学平衡和特征,化学反应有可逆反应与不可逆反应之分，但大多数化学反应都是可逆的。 可逆的化学反应进行到一定程度, 达到动态平衡。,似乎 (1) 和 (2) 的进行程度很不一样。要用一个物理量来表明其大小, 定量描述之。 引入平衡常数的概念。,3-1 化学平衡,高温,就是 DG = 0 或者 u正 = u负,平衡状态:,什么是平

2、衡状态？,在密闭容器中，可逆反应不能进行到底。 不可逆反应几乎能进行到底。 例如：,MnO2,2KClO3 (s) 2KCl (s) +3O2(g), 客观上，系统的组成不再随时间而变 r G = 0 化学平衡状态 化学平衡是动态平衡 化学平衡是有条件的平衡,化学平衡有以下几个鲜明的特征,习惯上用K(标准平衡常数）来表示eq，所以,二、标准平衡常数及其有关的计算,当反应达平衡时 r G=0，此时,在一定温度下, 可逆反应达到平衡时, 生成物活度幂的连乘积与反应物活度幂的连乘积之比, 是一个常数K, 幂指数为化学计量数。,说明：,（1）是指反应开始时（非平衡态）生成物活度和反应物活度的比值，而是

3、指反应达到平衡时生成物活度和反应物活度的比值。 （2）平衡常数表达式和数值与反应式的书写有关。 例如：,你能弄清 之间的关系吗？,利用平衡常数可进行有关化学平衡的计算。,即: K3 = K 1K 2 反应式相加(减), 平衡常数相乘(除)。,2NO+O2=2NO2 (1) 2NO2=N2O4 (2) (1)+(2)得 2NO+O2=N2O4 (3),三、多重平衡规则,定义：化学反应的平衡常数也可利用多重平衡规则计算获得。如果某反应可以由几个反应相加（或相减）得到，则该反应的平衡常数等于几个反应平衡常数之积（或商）。,（1）2BrCl(g) = Cl2(g) + Br2(g) 的 K1 = 0.

4、45 （2）I2(g)+Br2(g) = 2IBr(g) 的 K2 = 0.051 计算反应: （3）2BrCl (g) + I2(g) = 2IBr(g)+ Cl2(g)的K3,例：已知25时反应,解：反应（1）+ （2）得： 2BrCl(g) + I2(g) = 2IBr(g) + Cl2(g),3-2 化学平衡的移动,条件改变从旧的平衡状态转变到新的平衡状态的过程称为平衡移动。,1848年，法国科学家Le Chatelier (勒夏特列)提出：,平衡移动原理,勒夏特列 (Le Chatelier H,1850-1936) 法国无机化学家，巴黎大学教授.,如果改变平衡系统的条件之一（浓度、

5、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的方向移动（定性）。 勒夏特列原理适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统。,平衡移动原理,定量描述时：,由与值的大小就判断反应的方向。,Q K 反应逆向进行,例：恒温恒容下，2GeO (g) +W2O6 (g) = 2GeWO4 (g) 若反应开始时，GeO 和 W2O6 的分压均为100.0 kPa，平衡时 GeWO4 (g) 的分压为 98.0 kPa， 求平衡时GeO和W2O6的分压以及反应的标准平衡常数。,标准平衡常数的实验测定,开始 pB/kPa 100.0 100.0 0 变化 pB/kPa -98.0 -98.0/2 98.0 平衡 pB

6、/kPa 100.0-98.0 100.0 98.0/2 98.0,2GeO(g) + W2O6(g) = 2GeWO4(g),p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0 kPa p(W2O6)=100.0 kPa 98.0/2 kPa=51.0 kPa,例 ： 反应 CO(g) + H2O(g)H2(g) + CO2(g) 在某温度时, K= 9, 求 CO 和 H2O 的起始浓度皆为 0.02mol.dm-3时, CO 的转化率。解：,在其余条件相同的前提下, K 值越大, 转化率越高, 反应进行程度越高。,3,例：酯化反应：C2H5OH(l)+CH3COOH(l)=

7、CH3COOC2H5(l)+H2O(l),可看作理想溶液反应。在298K时，若将2.0mol C2H5OH与2.0mol CH3COOH混合，平衡时各种物质有2/3变为生成物。今将138g C2H5OH与120g CH3COOH在298K混合，试问平衡混合物中有多少CH3COOC2H5生成？,K=(2/32)2/ (1/32)2 = 4,C2H5OH(l)+CH3COOH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l) 1/32 1/32 2/32 2/32,4=X2/ (138/46)-X(120/60)-X,K=(2/32)2/ (1/32)2 = 4,X=9.4/6=1.57mol,m=1.57 88=138g,温度对化学平衡的影响,在温度变化范围不大时,ln Kq (T) 与 1/T 呈直线关系,两式相减得：,当温度为T1时,当温度为T2时,利用公式可以进行关于K和T的计算,例： 求 2NO2(g) = N2O4(g) 298K 时的K。,2,请特别注意！, 催化剂不能使化学平衡发生移动 催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡常数，也不改变反应熵。 催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。,低温、加压有利于平