第2章化学反应速率与化学平衡详解

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,应用化学,主讲,:,杨丽珍,刘忠伟,大学是什么,大学是一种经历，人生成长、成熟的过程,如今大学生越来越多，面对的压力越来越大，但是试问读书不是可以选择的路，那什么是应该走的路呢？ 大学是要花很多钱，但是以后你会得到的更多。虽然说读书不是唯一的出路，但是没有比这更好的时机。只要你努力，只要你出类拔萃，压力就是你的动力，是你成功的起点。同时大学是你走向人生，走向社会的重要转折点。,高中化学与大学化学,大学：偏重于知识的原理、知识之间的逻辑关系，知识的实际应用,信息量大，学时少，速度快。,目的：培养化学思维方法和解决问题,能力。,高中：偏重于公式的套用、概念的记、背,反复练习、反复讲解,目的：考试,大学与中学的本质区别在于：,“我是学习的主体，“我的课程我做主，“我为教育终点线冲刺。大学求学增值与否，取决于自己。从大一开场，尽快弄清“我喜欢什么，“我需要什么“我期望什么“我擅长什么“我为谁学习“为什么要我自我负责，自我约束，自我鼓励，自我评价，自主学习？,大学学什么？,并不只是知识！不要期末背，应付考试,重要的是学习过程，在过程中培养能力。,90%不会有直接的用途，但是去掉他们会怎样？,更重要是通过学习知识的过程，培养和掌握学习方法、思想方法、分析问题解决问题的能力、培养科学素养。,如果是死记硬背式的知识，过些日子会还给教师，但是能力、思想、素养会永远陪伴你。,到底是休息还是打起精神继续战斗？,第一年是关键的一年，适应大学生活、大学教学方式、大学思维方式。,所以注定应该是战斗的一年，努力的一年。,大学课程枯燥？,天天听相声也会枯燥，何况是科学。,关键在心态,有无目标,如果连根本的知识、能力都没有，课程不及格，大学根本靠混，为什么人家会聘用你？你说我有能力，连大学课程都搞不过，怎么证明？,口袋技能,指无论身处哪一行业,哪些岗位都能随时拿出来用的技能。,包括:思维能力、沟通能力、应变能力、团队合作能力等。,目前用人单位并不强求专业对口，而更看重员工的“口袋技能。,应用化学课程定位,应用化学是印刷、包装专业的必修课程，根底理论以根底、够用为度，主要为后续高分子物理与化学及其他专业课程提供理论知识和操作技能的支持。,注意与后续课程的衔接：把一些印刷应用与本课程有机融合。,后续课程的理论根底。,应用化学内容提要,1、化学反响速率与化学平衡第二章,2、电解质溶液和离解平衡第三章,3、氧化复原和电化学第五章,4、物质构造第六章,5、配位化合物第七章,6、溶液和胶体第一章,7、有机化学第二篇所有章节，除去17,18章,这些内容涉及到化学学科中的无机化学，物理化学和有机化学等二级学科，前八周我们授课内容为：,1、化学反响速率与化学平衡第二章,2、电解质溶液和离解平衡第三章,3、氧化复原和电化学第五章,4、物质构造第六章,5、配位化合物第七章,后八周主讲内容为：,6、溶液和胶体第一章,7、有机化学第二篇所有章节，除去17,18章,前八周主讲教师杨丽珍，第九周进展期中考试，成绩按百分比计入期末总成绩；后八周由刘忠伟教师主讲；实验由郝燕萍教师主讲。,期末考试不涉及前八周内容。,无机化学：,二级学科。研究无机物性质的化学，是化,学学科的根底。在其中有很多内容中学已经接,触过，但是只是皮毛，不够深入。有很多知识,需要深入才能应用，而学习的目的正在于此。,比方：FeCl3腐蚀线路版、不锈钢腐蚀(金属蚀,刻)、纳米材料、燃料电池等。,有机化学：,二级学科。研究有机物的性质、反响、机理，同样有过接触，也有的未接触，主要重于机理的了解，当然也会要求大家掌握一些根本物质及其在印刷中的应用，这往往涉及到物理性质。如手性分子。,2001年诺贝尔获奖者研究出的氢化及氧化手性催化反响技术，就做到了这一点。这种不对称合成技术使人们能够成功地制取较为纯洁的、主要由有益对映体分子组成的化工产品和药物，是化学合成方法的一项重大革新。,物理化学：二级学科。研究化学物质物理、化学性质及其相互关系的学科，在印刷中的用途非常广泛。例如：胶体化学、粘度油墨、外表张力润版液等。,应用化学实验：主要是验证课堂理论、训练实验素养。内容较少，希望认真。,主讲教师：郝燕萍教E116,应用化学的后继专业根底课,高分子化学及物理：专业根底课，主要研究高分子化合物的合成、物理性质及应用，高分子改性等。例如：胶辊、橡皮布、PS版外表感光胶、胶粘剂装订、覆膜、印刷承印物PE等。,应用化学根底的专业课,感光材料,印刷材料,纸张,油墨,分子光化学,学好应用化学的意义,为后续专业根底、专业课做嫁衣：是整个化学的根底。此课程学不好，直接影响下面课程的学习。特别是专业课，如果是一个学过化学的人，那是很容易的。,本身有很大的用途：应用化学理论在印刷领域有着广泛的应用，例如润版液原理、配制、油墨原理、溶剂、纸张涂料、彩色喷墨打印胶片、不锈钢腐蚀、光固化材料等。化学专业人搞印刷，是很容易上手的。,怎样学好化学？,认真听课，参与过程，耐心理解化学理论和知识。,认真看书、细心作练习：对知识的深入理解。,认真进展化学实验操作,归根到底：认真、耐心，细心就能很好掌握课程要求,认真、耐心、细心大学需要培养的一种必须的能力。,总学时:96。讲课78，实验18时间另定,成绩评定方法：,作业和平时10%，实验10%,期中考试30%(无机局部内容，期末不再考),期末考试50%。,交作业、上课。登记。,教材：根底化学乔春玉主编,其它参考：,现代化学根底面向21世纪教材,浙江大学编普通化学,无机及分析化学面向21世纪教材,有机化学汪巩,答疑时间，联系方式：,杨丽珍：,刘忠伟：,刘博文：,课间：,20,分钟,其他：周三下午教,E102,第2章 化学反响速率与化学平衡,1.掌握浓度、温度、催化剂等因素对化学反响速率的影响，并能运用活化能和碰撞理论加以解释。,2.熟悉化学平衡的概念，理解平衡常数的意义，掌握有关化学平衡的计算。,3.掌握影响化学平衡移动的因素，掌握勒夏特里原理。,本章教学要求,2.1,化学反应速率,1,2.2,化学平衡,2,2.3,化学平衡的移动,3,主要内容,2.1 化学反响速率,2.1.1,化学反应速率表示法,2.1.2,活化能与反应速率理论,2.1.3,影响化学反应速率的因素,2.1.1化学反响速率表示法,一、反响速率的概念,. 化学反响速率用单位时间内反响物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示,单位：molL-1s-1、molL-1min-1、molL-1h-1。,对于一个恒容反响：,A B,那么有：,随反响的不断进展，由于反响物的浓度不断减少，生成物的浓度不断增加，因此，大局部化学反响都不是等速进展的，因此上述所计算的反响速度是该段时间内的平均反响速率。,2. 瞬时速率：在某一瞬间的反响速率或化学反响在某一时刻的真正速率为：,A B,对于反响,aA + bB dD+eE,某一化学反响各组分浓度变化表示的反响速率之比等于各自计量系数的绝对值之比。,反响速率的快慢主要取决于反响物的本性,此外,还与反响条件如浓度、温度、催化剂等因素有关。,印刷中 PS版显影、金属腐蚀、印刷品褪色、高分子老化、油墨枯燥等，都涉及化学反响速率问题。,化学动力学(化学的动力学)研究的是反响进展的速率, 并根据研究反响速率提供的信息探讨反响机理，即研究反响的快慢和反响进展的途径。,H2与O2具有生成H2O的强烈趋势, 但室温下气体混合物放置1万年仍看不出生成H2O的迹象。为了利用这个反响释放的巨大能量, 就必须提供适当的动力学条件。因此，化学动力学研究还在于其实用意义。,为什么化学反响速率千差万别？,有的瞬间完成例如爆炸反响、紫外光固化反响；,有的天长地久例如钟乳石的形成、高分子老化、高分子自然降解等。,用反响速率理论来解释,化学反响的速率与反响物的本性有关，即与反响的活化能有关内因。,如何理解活化能的概念，目前提出了两种理论：碰撞理论和过渡态理论。,2.1.2 活化能与反响速率理论,1918年 Lewis以气体分子运动论为根底提出,根本论点：气体分子间经过碰撞形成新的分子。但理论计算气体分子碰撞频率为3.5x1028次/升.秒相当于反响速度5.8x104mol/L.s，即瞬间完成。实际上气体反响速度千差万别，有的很慢，有的很快。,一、碰撞理论,反响是通过反响物分子彼此碰撞而发生的，不一定每次碰撞都能发生反响。能发生反响的碰撞叫有效碰撞。,发生有效碰撞的分子称为活化分子。,活化分子在整个体系中所占的比例称为活化分子百分数。不同化学反响活化分子百分数不同，因此化学反响速率也不同。活化分子与非活化分子的区别在于：能量不同。,1碰撞取向,有效碰撞,2碰撞能量,阿雷尼乌斯S.A.Arrhenius,1889),活化能：1mol活化分子比非活化分子所高出的能量值。,塔尔曼 Tolman,活化能：活化分子的平均能量E*)与反响物分子的平均能量E)之差。,E,a,=,E,*,-,E,活化能,活化能是活化分子所具有的平均能量(E*)与整个反响物分子的平均能量(E)之差称为活化能(Ea)。单位是kJmol-1,Ea=E *-E,二、过渡态理论,由反响物到产物的反响过程，必须通过一种过渡状态，即反响物分子活化形成活化配合物的中间状态。,如:CA+BCAB = C+AB,反响物 活化配合物 产物,当,B,沿着,AC,键轴方向接近时，,AC,中的化学键逐渐松驰和削弱，原子,A,和原子,B,之间形成一种新键，这时形成了,C,A,B,的构型，这种过渡状态的构型称为活化配合物。,这种活化配合物的位能很高，所以很不稳定，它可能重新变回原来的反响物AC，B，也可能分解成产物AB，C。,活化能的物理含义在于：由反响物到产物所要逾越的“能量障碍 。,一定温度下,活化能越大，活化分子数就越少，反响物分子的有效碰撞就越少，反响速率就越小。不同的化学反响有不同的活化能，活化能由实验测定。,一般化学反响的活化能在60kJmol-1240 kJmol-1。活化能小于40kJmol-1的反响化学反响速度很大。活化能大于420kJmol-1的反响化学反响速度很慢。活化能大小是物质构造的反映。,活化能与反响热之间关系,1Ea2-Ea1 0 放热,2Ea2-Ea1 0 吸热,由此可见：一个可逆反响，吸热反响的活化能大于放热反响的活化能。,2.1.3 影响化学反响速率的因素外因,一、 浓度对化学反响速率的影响,在温度恒定情况下, 增加反响物的浓度可以增大反响速率。,用来表示反响速率与反响物浓度之间定量的关系式叫速率方程。,不同的化学反响有不同的速率方程和速率常数k。只有通过实验才能得到。A和B为反响物。,反响物的浓度越大，反响速率就越快。,浓度对化学反响速率的影响是通过单位时间内活化分子数目的变化，从而改变单位时间内有效碰撞的次数来实现。,v = k,A,B,浓度对反响速率的影响,白磷在纯氧气中和在空气中的燃烧,在温度恒定情况下, 增加反响物的浓度可以增大反响速率。,在多相反响中, 固态反响物的浓度和不互溶的纯液体反响物的浓度不写入速率方程。,C(s) + O,2,(g) CO,2,(g),2 Na(l) + 2 H,2,O(l),2 NaOH(aq) + H,2,(g),速率方程分别为：反响速率 = k c(O2),反响速率 = k,对气相反响和有气相参与的反响, 速率方程中的浓度项可用分压代替。碳与氧生成二氧化碳反响的速率常数亦可表示为:,反响速率 = k p(O2)显然k不是k,气相和液相中的,速率方程,气体分压,指的是当气体混合物中的某一种组分在一样的温度下占据气体混合物一样的体积时，该组分所形成的压强。,比方我们收集一瓶空气，将其中的氮气除去，恢复到一样的温度剩余的氧气仍会逐渐占满整个集气瓶，但剩下的氧气单独造成的压强会比原来的低，此时的压强值就是原空气中氧气的分压值。气体的分压与其在液体中的溶解度，气体反响的平衡常数等都有着密切的关系。,混合气体,(,设为理想气体,),总压和分压的关系：,P,总,V=n,总,RT,P,2,V=n,2,RT,P,1,V=n,1,RT,P1+ P2V =(n1 +n2) RT,而,n,总,= n,1,+ n,2,，,那么P总= P1 +P2,P,1,V = n,1,RT,(P,1,+ P,2,)V =(n,1,+n,2,),RT,P,1,P,1,+ P,2,=,n,1,n,1,+ n,2,那么：,P,1,=,n,1,n,总,P,总,任意混合气体不管是理想气体还是实际气体中任一组分B的分压,pB等于总压 p 乘以它的摩尔分数yB,即 pB = p*yB,而 yB = nB / n,1.反响机理,反响机理 化学反响经历的途径也叫做反响历程。,基元反响 一步完成的化学反响。,非基元反响 由两个或三个基元反响构成的化学反响。,简单反响 由一个基元反响构成的化学反响。,复杂反响 由非基元反响构成的化学反响。,例如 ：,H,2,O,2,+ H,2,= 2H,2,O,例如：,H,2,+ Cl,2,= 2HCl,H,2,+ Cl,2,= 2HCl,分为以下几步：,M,+ Cl,2,2 Cl + M,H,2,+ Cl,H + HCl,Cl,2,+ H,Cl + HCl,M,+ 2 Cl,Cl,2,+ M, 基元反响, 基元反响, 基元反响, 基元反响,2.质量作用定律 C. M. Guldberg, P. Wssge, 1863),恒温下，基元反响的反响速率与各反响物浓度系数次方的乘积成正比。也称为基元反响的速率方程。对于： aA + bB dD+eE,那么： v = kAaBb,k在一定温度为一常数。当温度改变时，随之而变。,如：对于反响,H2O2+2Br-+2H+2H2O+Br2的速率方程不能写成v=kH2O2H+2Br-2，因其不是一个基元反响。,非元反响,由两个或多个基元反响步骤完成的反响：,实际是两步完成,如, H,2,(g) + I,2,(g) =2HI(g),I,2,(g) = I(g) + I(g),通过实验可以找出决速步骤,(,Rate determining step,),所以,v,=,k,c,(A,2,),复杂反响的速率方程只能通过实验获得！,A,2,+B A,2,B,A,2, 2A,Slow reaction,2A+BA,2,B,Fast reaction,H,2,(g) + I,(g) + I(g) = HI(g) + HI(g),对臭氧转变成氧的反响,2O3(g) 3O2(g),其历程为：,O3 O2+O 快,O+O3 2O2慢,适合此历程的速率方程是什么？,kc,2,(O,3,),b.kc,(O,3,),c,(O),c.,kc,(O,3,),2,c,(O,2,) d.,kc,2,(O,3,),c,-1,(O,2,),Question,3.反响级数,速率方程中，反响物浓度的指数分别称为反响物的反响级数，其代数和称为反响的总级数。,如：2H2O2 = 2H2O + O2 v = kH2O2,m = 1为一级反响,S2O82-+2I- = 2SO42-+I2 v = kS2O82-I-,m = 1，n = 1，S2O82-、I-分别为一级反响,m + n = 2即整个反响为二级反响。,2NO+2H2 = N2+2H2O v = kNO2H2,NO为二级反响，H2为一级反响，总反响为三级反响。,CH3CHO = CH4+CO v = kCH3CHO3/2 即为3/2级反响,反响级数不一定是整数,可以是分数,也可以为零。级数为零的反响叫零级反响。即浓度变化，速率不变。确定速率方程，必须以实验事实为依据。,例：有一化学反响aA+bB=cC在298K时，将AB溶液按不同浓度混合,得到以下数据。,A的初始浓度 B的初始浓度 初始速率,(mol/l) (mol/l) (mol/ls),1.0 1.01.210-2,2.0 1.02.310-2,4.0 1.04.910-2,1.0 1.01.210-2,1.0 2.04.810-2,1.0 4.01.910-1,求其速率方程,解：由,v,=,k,A,m,B,n,v,1,=,k,1,m,1,n,=,k,=,1.210,-2,v,2,=,k,2,m,1,n,=,k,2,m,=,2.310,-2,即,:,m,=,1,v,4,=,k,1,m,1,n,=,1.210,-2,v,5,=,k,1,m,2,n,=,4.810,-2,k,2,n,=,4.810,-2,2,n,=,4.810,-2,/,k,=,4,=,2,2,n,=,2,注意：反响级数与速率常数,1反响级数：0、1、2、3，可以是非整数。,对反响 H2(g)+I2(g)=2HI(g),反响速率方程式为 = k c(H2) c(I2),过去很长一段时间都认为该反响是基元反响，,后来实验检出自由基I，证实该反响为非基元,反响，并提出反响机理为：,(1) I2(g)=2I(g)快速平衡,H2(g)+2I(g)=2HI(g)慢反响,由质量作用定律推导其反响速率方程式。,2速率常数：,不随浓度而变。,受温度影响，通常温度升高， k 增大。,与催化剂有关，通常加催化剂， k 急剧增大。,反响级数不同，k的量纲不同,一级反响 k的量纲为s-1；,二级反响 k的量纲为(molL -1)-1 s-1；,注意：反响级数与反响分子数的差异,是对元步骤或简单反应所对应的微观化学变化而言的,参加反应的反应物微粒数目,只可能是一、二、三,任何元步骤或简单反应所对应的微观变化，肯定存在反应分子数,对速率方程不能纳入,形式的复杂反应，级数无意义,是对宏观化学反应包括简单反应和复杂反应而言,反应速率与浓度的几次方成正比，就是几级反应,可为零、简单正、负整数和分数,u,=,k c,a,(A),c,b,(B) ,概念所属 范围,定义或意义,各个不同反应中的允许值,是否肯定存在,反应级数,反应分子数,二、温度对反响速率的影响,对于大多数反响，升高温度，反响速率增大，但有极少数除外。,范特霍夫规那么：,如果反响物浓度一定，一般而言，温度每升高10K，反响速率迅速增加2-4倍。,1889年, Arrhenius在总结大量实验事实的根底上提出-阿累尼乌斯公式：,k,速度常数，,E,a,为活化能，,R,气体常数，,A,称指前因子。,取对数,:,所以可看出,E,a,、,R,、,A,为常数。,lg,k,或,ln,k,与,1/,T,成线性关系。,假设Ea便可求得不同温度下的速度常数。,设某反响在T1时测得速度常数为k1,设某反响在T2时测得速度常数为k2,那么:,上式中，,E,a,的单位为,Jmol,-1,例：某反响的活化能Ea=1.14105Jmol-1在600K时k=0.75Lmol-1s-1计算700K时的k。,解：T2=700K，T1=600K，k1=0.75,得,k,2,=19.54Lmol,-1,s,-1,答：,700K,时的,k,为,19.54Lmol,-1,s,-1,三、 催化剂对化学反响速度的影响,1、催化剂,催化剂 凡能改变反响速度而本身的组成和质量在反响前后保持不变的物质。,催化作用 催化剂能改变反响速度的作用。,正催化剂 ：加快反响速率,负催化剂 ：减慢反响速率,催化剂为什么能改变化学反响速度呢？,因为它参与了变化过程，改变了原来反响的途径，降低了反响的活化能。,E,a1,E,a2,H,A+BC,AB+C,ABC,E,2,E,3,E,1,催化剂降低正、逆反响活化能,催化剂对化学反响速率的影响,没参加催化剂,有催化剂,注意：,催化剂不影响化学反响的热效应,催化剂的催化作用具有选择性,催化剂同时加快正、逆反响速率,总结：,P39,表,2-7,影响多相反响速率的因素,多相反响 :,反响系统中存在两个或两个以上的相的反响。,单相反响 :,反响系统中存在一个相的反响。,又称均相反响,界面积,扩散速率,课堂练习：,一、是非题,1.元反响一定是反响速率最快的反响 ,2.对于一定温度下某化学反响一般反响物的,浓度越大，反响速率越快 ,3.系统状态变化的速率越快，速率常数越大 ,4.由阿伦尼乌斯公式可知，加快反响速率的唯一,方法是升高反响温度 ,5.质量作用定律适用于任何实际上能够进展的,反响,6.反响的级数取决于反响方程式中反响物的化,学计量数 ,二、选择题,1.升高温度可以增加反响速率，主要是因为 ,1增加了分子总数,2增加了活化分子的百分数,3降低了反响的活化能,4促使平衡向吸热方向移动,2.一基元反响3A+B=C+2D ，如果A的浓度减,少一半，那么反响速率 。,(1) 加快一倍 (2)减慢为原来1/2,(3) 减慢为原来1/8 (4)减慢为原来1/3,2,3,3.基元反响 As + 2Bg = C，反响级,数为 ,(1) 1 (2) 2 (3) 3 (4)4,4.零级反响的速率 ,(1) 为零 (2) 与反响物浓度成正比,(3) 与反响物浓度无关,(4) 与反响物浓度成反比,3,3,5. 对于一个给定条件下的反响，随着反响的进,行 ,(1) 速率常数k变小 (2) 速率常数K变大,(3) 正反响速率降低 (4) 逆反响速率降低,6. 二级反响的速率常数单位是 ,(1) s-1 (2) moldm-3s-1,(3) dm3mol-1s-1 (4) dm6mol-2s-1,7. 温度升高导致反响速率明显增加的主要原,因是 ,(1) 分子碰撞时机增加 (2) 反响物压力增加,(3) 活化分子数增加 (4) 活化能降低,3,3,3,8.反响2NO2Cl(g) = 2NO2(g) + Cl2(g) 的反响机理 包,括两步基元反响,(1) NO2Cl(g) = NO2(g) + Cl(g),(2) NO2Cl(g) + Cl(g) = NO2(g) + Cl2(g),总反响的速率常数k的单位是 s-1，那么 ,(1) 总反响是二级反响,(2) 第一步反响比第二步反响快得多,(3) 总反响是三级反响,(4) 第二步比第一步反响快得多,4,三、简答题,一定温度下，反响A2+2B=2AB依如下,两步完成：,1A22A(快),22A+B 2AB(慢),总反响的反响速率方程式如何？为几级反响？,k的单位如何？,2.1,化学反应速率,1,2.2,化学平衡,2,2.3,化学平衡的移动,3,主要内容,化学动力学 是研究化学反响的速率、影响反响速率的因素以及反响的机理。,化学热力学 研究化学变化中能量的相互转化和热的影响因素如温度对转化的影响。,2.2,化学平衡,2.2,化学平衡,2.2.1,可逆反应和化学平衡,2.2.2,化学平衡的含义,2.2.1 可逆反响和化学平衡,1.可逆反响 ：在同一条件下，既能向正反响方向又能向逆反响方向进展的反响。反响方程式中可逆符号代替等号。,V,正,V,逆,V,t,时间,V,正,V,逆,=,2.化学平衡 在可逆反响中正逆反响速率相等时，体系各组份的相对量不随时间而改变的状态。,化学平衡的特征,建立平衡的前提是在恒温条件下，封闭体系中进展的可逆反响。,建立平衡的条件是正逆反响速率相等。,建立平衡的标志是各物质浓度不随时间而改变。,化学平衡是动态平衡。各物质相对量虽然保持不变，但物质间的交换始终在进展着。,2.2.2 化学平衡的含义,化学平衡常数,在一定温度下，某个可逆反响到达平衡时，产物浓度系数次方的乘积与反响物浓度系数次方的乘积之比是一个常数Kc。,Kc,=,c(E),e, c(F),f,c(A),a, c(D),d,上式中，,Kc,称为浓度平衡常数；,c(A),、,c(D),、,c(E),、,c(F),分别表示,A,、,D,、,E,、,F,四种物质的平衡时浓度，单位为,mol L,-1,。,对于反响: aA + dD eE+fF用质量作用定律推导,在一定温度下到达平衡时，反响物和产物的平衡浓度有如下关系。,K,c,称为平衡常数，其只与温度有关。,对于气体反响，平衡常数Kc可以用压力平衡常数Kp表示。,N2+3H2 2NH3 可写出两个平衡常数关系式,Kc=NH32/(N2H23),Kp=p2NH3/(pN2p3H2),p(N,2,),、,p(H,2,),、,p(NH,3,),分别表示,N,2,、,H,2,、,NH,3,的分压。,思考：,K,c,与,K,p,之间的关系？,Kc= KpRTn,实验平衡常数,Kc,与,Kp,由实验总结得出，需根据反响方程式书写实验平衡常数式。,关于Kc与Kp,只能用平衡浓度或分压代入计算；,与起始浓度无关；(这一点是与转化率不同之处),与温度有关；,平衡常数数值越大，表示反响进展的程度越大；,浓度以mol.L-1为单位代入；,分压以Pa或kPa为单位代入；,纯固体和纯液体不代入；,反响方程式不同，平衡常数的数值和量纲均不同。,对于气体反响，Kc与Kp可以换算,标准平衡常数,K,(,又称热力学平衡常数,),实验平衡常数表达式中的有关物质的浓度(或分压)分别除以其相应标准态,那么得到标准平衡常数K,aA + dD eE + fF,如,:,K,=,c(E),e,c,c(F),f,c,c(A),a,c,c(D),d,c,3,H,2,(g) + N,2,(g),2 NH,3,(g),p(,NH,3,),2,p,K,=,p(,N,2,),p,p(,H,2,),3,p,上面式子中，,c,代表溶液标准态；规定,c,=1molL,-1,p,代表标准压力，,p,=100kPa,。,标准平衡常数K，用以定量表达化学反响的平衡状态。 K值越大，平衡混合物中生成物越多而反响物越少，反之亦然。,从以上可以看出， K 与 KKc、Kp是有差异的，两者数值可以换算，但 K 始终是无单位的，而 K既可能有单位，也可能无单位。,对于在溶液中进展的可逆反响，由于c = 1molL-1,K 与 K 在数值上相等，令,注意：书中用,c,或,表示平衡时的物质的量浓度,单位为,molL,-1,这样，上面的式子可表示为：,K,=,E,e,F,f,A,d,D,d,B =,c(B),c,例:合成氨的反响N2+3H2 2NH3在某温度下各物质的平衡浓度是:N2 = 3molL-1,H2 = 9molL-1,NH3 = 4molL-1求该反响的平衡常数和N2、H2的初始浓度。,解：求平衡常数Kc,Kc = NH32/(N2H23) = 16/(393) = 7.3210-3,求N2、H2的初始浓度。,N2+3H2 2NH3,反响1摩尔N2同时需3molH2生成2molNH3,N2 + 3H2 2NH3,平衡 3molL-19molL-1 4molL-1,初始 (3+2) (9+6) 0,即： 5 15 0,答:Kc = 7.3210-3，初始N2、H2为5、15molL-1。,例题,2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 在温度723,到达平衡时，p(SO3) = 36.17kPa, p(SO2) = 49.04kPa,p(O2) = 16.72kPa, 求Kp 和 K,解：,2SO,2,(g) + O,2,(g) 2SO,3,(g),=,K,p,=,p,(SO,3,),2,p,(SO,2,),2,p,(O,2,),=,(36.17kPa),2,(49.04kPa),2,(16.72kPa),= 3.2510,-5,Pa,-1,p(SO,3,),2,p,K,=,p(O,2,),p,p(SO,2,),2,p,=,K,p,p,= 3.2510,-5,Pa,-1,10,5,Pa,= 3.25,例题,乙酸CH3COOH与乙醇C2 H5OH的酯化反响，25时K = 4.0，现有2.0 mol CH3COOH 与,2.0 mol C2 H5OH在反响容器中混合，25 下反响，计算生成乙酸乙酯(C H3COOC2 H5 )的量及CH3COOH的转化率。,解：,设混合后溶液的总体积为,V L,，平衡时生成,x mol,的,C,H,3,COOC,2,H,5,该酯化反响式如下：,CH,3,COOH,(l) + C,2,H,5,OH(l) CH,3,COOC,2,H,5,(l)+,H,2,O(l),初始浓度,2.0,V,2.0,V,2.0 - x,V,2.0 - x,V,x,V,x,V,0,0,平衡浓度,那么有：,K,=,x,V,x, ,V,2.0 - x,V,2.0 - x, ,V,=,x,2,(2.0 - x),2,=,4.0,解得,x = 1.3,既平衡时可得,1.3mol,CH,3,COOC,2,H,5,CH,3,COO,H,的转化率,=,已转化的物质的量,起始时物质的量, 100%,=,1.3,2.0, 100%,= 65%,书写平衡常数的规那么：,给定温度下，对同一反响，化学平衡常数的表达式和数值取决于反响方程式的书写形式。,A+B C+D K = CD/AB,nA+nB nC+nD K1 = CnDn/AnBn = Kn,如果反响中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中。如:,CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) Kc = CO2,稀溶液中进展的反响，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中。如：,Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+,Kc = CrO42-2H+2/Cr2O72-,对于气体反响，平衡常数Kc可以用Kp表示。,N2+3H2 2NH3 可写出两个平衡常数关系式,Kc = NH32/(N2H23)Kp = p2NH3/(pN2p3H2),有如下3个反响式：,1SO2(g) + NO2(g) SO3(g) +NO(g),(2) SO,2,(g) + O,2,(g) SO,3,(g),K,1,=,p,(SO,3,),p,(NO),p,(SO,2,),p,(NO,2,),1,2,K,2,=,p,(SO,3,),p,(SO,2,),p,(O,2,),1,2,多重平衡规那么- 平衡常数组合,3 NO2(g) NO(g) + O2(g),1,2,K,3,=,p(NO),p(O,2,),1,2,p(NO,2,),(2) + (3) = (1),K,2,将,K,3,便得,K,1,由此可见，一个反响式假设是由几个反响式相加或减,所得，那么其平衡常数便等于相加或减的几个反响式,的平衡常数的乘积或商，这叫做多重平衡规那么。,注意:各分步反响的平衡常数必须在同一温度条件下。,25时反响,12BrCl(g) Cl2(g) + Br2(g) 的,2I2(g)+Br2(g) 2IBr(g) 的,计算反响32ClBr(g) + I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g)的,平衡常数的意义：,一定温度下，可逆反响的特征常数。,某一反响的平衡常数只与温度有关，与浓度、变化途径、反响方向、反响物的初始浓度大小无关。,平衡常数的大小代表平衡混合物中产物所占比例的多少。,由平衡常数可以判断反响是否处于平衡态或处于非平衡态。,为了判断反响是否处于平衡，需要引入另外一个概念浓度熵Qc 。如对于可逆反响,aA+bB=dD+eE,DdEe/(AaBb)=Qc,在一定温度下，对于任一可逆反响，将其各物质的浓度按平衡常数的表达式写出分式，即浓度熵。,Qc Kc时，生成物浓度小于平衡浓度，反响向右进展Qc Kc时，生成物浓度大于平衡浓度，反响向左进展,气相反响：分压熵Qp,2.1,化学反应速率,1,2.2,化学平衡,2,2.3,化学平衡的移动,3,主要内容,化学平衡的移动：平衡系统条件之一，如温度、压强、或浓度，发生改变时，平衡状态会破坏，然后建起新的平衡状态，叫做化学平衡的移动,t,逆,正,化学平衡, = k,A,m,B,n,温度,浓度, = k,p,p,A,m,p,B,n,压力,2.3,化学平衡的移动,2.3,化学平衡的移动,2.3.1,影响化学平衡移动的因素,2.3.2,勒,夏特里原理及其实践意义,1,、浓度对化学平衡的影响,mA+nB,pC+qD,2.3.1,影响化学平衡移动的因素,增加反响物的浓度，Qc Kc，平衡向逆反响方向移动,当c(Ag+) = 1.00 10-2mol L-1, c(Fe2+) = 0.100 mol L-1,c(Fe3+) = 1.00 10-3 mol L-1时反响向哪一方向进展,Solution,计算反应商，判断反应方向,反响 Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s),25时的 K = 3.2。,反应正向进行,例题,乙酸CH3COOH与乙醇 C2 H5OH的酯化反响，25时K = 4.0，现有2.0molCH3COOH 与,3.0mol C2 H5OH在反响容器中混合，25 下反响，计算生成乙酸乙酯(C H3COOC2 H5 )的量及CH3COOH的转化率。,解：,设混合后溶液的总体积为,V L,，平衡时生成,x mol,的,C,H,3,COOC,2,H,5,该酯化反响式如下：,初始浓度,2.0,V,3.0,V,2.0 - x,V,3.0 - x,V,x,V,x,V,0,0,平衡浓度,那么有：,K,=,x,V,x, ,V,2.0 - x,V,3.0 - x, ,V,=,x,2,(2.0 - x)(3.0-x),=,4.0,解得,x = 1.57,既平衡时可得,1. 57mol,CH,3,COOC,2,H,5,CH,3,COOH,(l) + C,2,H,5,OH(l) CH,3,COOC,2,H,5,(l)+,H,2,O(l),CH,3,COO,H,的转化率,=,已转化的物质的量,起始时物质的量, 100%,=,1.57,2.0, 100%,= 78.5%,和前一例题比较：,初始浓度,0.7,V,1.7,V,0.7 - x,V,1.7 - x,V,1.3+x,V,1.3+ x,V,平衡浓度,那么有：,K,=,1.3+x,V,1.3+x, ,V,0.7- x,V,1.7 - x, ,V,=,(1.3+x),2,(0.7 - x)(1.7-x),=,4.0,解得,x = 0.27,既平衡时可得,1. 57mol,CH,3,COOC,2,H,5,1.3,V,1.3,V,可见，增大反响物的浓度，平衡向生成物的方向移动。,CH,3,COOH,(l) + C,2,H,5,OH(l) CH,3,COOC,2,H,5,(l)+,H,2,O(l),2. 压力对化学平衡的影响,主要是对气相反响的影响大,aA(g)+bB (g) dD(g)+eE(g),此可逆反响在一密闭容器中到达平衡，维持温度稳定，将体系体积缩小1/n，那么体系的压力增加为原来的n倍，各气体的分压也增加到n倍。,n1时，假设(d+e)-(a+b)0,那么Qp 0,那么Qp Kp,平衡向逆反响方向移动,0 Kp,平衡向逆反响方向移动,假设(d+e)-(a+b)0,那么Qp 0, 放热反响，T升高，k1/k2减小, 反响逆向进展；,T降低，k1/k2增大, 反响正向进展；,Ea2-Ea10, 吸热反响，T升高，k1/k2增大, 反响正向进展;,T降低，k1/k2减小, 反响逆向进展。,升高温度，那么平衡向吸热方向移动,降低温度，那么平衡向放热方向移动,aA(g)+,bB,(g) dD(g)+eE(g),放热吸热,吸热放热,平衡移动原理：假设改变平衡系统条件之一，如温度、压强、或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。这个规律叫做勒夏特里原理,例：合成氨工艺,2.3.2,勒,夏特里原理及其实践意义,N2和H2合成NH3的方向是放热反响，所以从平衡移动观点看，升高温度对合成氨不利，而降低温度才有利。而温度低反响速率慢，权衡利弊，工业上采用在催化剂存在下，400 500温度下进展。,温度对化学平衡的影响是通过改变,K,值来实现的,K值不随浓度压力改变,对于可逆反响来说，催化剂同等程度地加快正、逆反响的速率，因此，催化剂只能加快平衡的到达，而不能使平衡移动。,小 结,1.某一反响在一定条件下的平衡转化率为25.3%，当使用了催化剂时，其转化率为 ,A大于25.3% B小于25.3%,C等于25.3% D约等于25.3%,2.在一定温度下，密闭容器中可逆反响,A(g)+3B(g) 2C(g),到达平衡的标志是 ,AC的生成速率与B的反响速率相等,B单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB,CA、B、C的浓度不再变化,DA、B、C的浓度之比为1:3:2,课堂练习：,一、选择题,3.已建立化学平衡的可逆反响，改变条件使化学平衡向正反响方向移动，以下表达中正确的选项是 ,A生成物的产量一定增大,B生成物的百分含量一定增大,C反响物的浓度一定降低,D每种反响物的转化率一定增大,3.A,4.密闭容器中进展如下反响：N2O4g 2NO2g，当测得N2O4转化率为33.3时，混合气体平均分子量是 ,A46 B61.3 C76.7 D69,5.D,二、综合题,0.03,4,2,1,3,右,不移动,D,Thank You!,