第三章化学反应速率与限度 生

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1、上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页1 化学反应速率化学反应速率 化学反应的速率和限度（1）化学反应的速率5 催化剂催化剂对反应速率的影响对反应速率的影响4 温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响 ArrheniusArrhenius方程方程3 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 速率速率方程方程2 反应速率理论简介反应速率理论简介1 1上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 学习要求学习要求n n1了解有关化学反应速率的概念以及反应了解有关化学反应速率的概念以及反应速率理论。速率理论。n n2理解浓度、温度、催化剂对化学反应速理解浓度、温度、催化剂对化学反应速率

2、的影响，掌握质量作用定律、阿仑尼乌率的影响，掌握质量作用定律、阿仑尼乌斯公式及其应用。斯公式及其应用。2 2上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 1 化学反应速率化学反应速率 c 产产物物 反应物反应物 t1.1 平均速率平均速率时间时间：秒：秒(s)、分、分(min)、时时(h)。浓度浓度：mol / L反应速率的表示方法反应速率的表示方法 反应物反应物 产物产物3 3上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页【例例】 N2 + 3H2 = 2NH3初始初始 t1 1.0 3.0 0.0 molL-12秒后秒后 t 2 0.8 2.4 0.4 molL-1 4 4上一页上一

3、页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 一般的化学反应：一般的化学反应： a A + dD = gG + h H 1.2 瞬时速率瞬时速率 时间间隔时间间隔t 趋于无限小趋于无限小(t 0)时的时的平均速率的极限。平均速率的极限。t05 5上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 1 dcA 1 dcD = - . = - . a dt d dt 1 dcG 1 dcH = . = . g dt h dtct反应物反应物 为导数，它为导数，它的几何意义是的几何意义是c-t曲线曲线上某上某点的斜率。点的斜率。6 6上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2.1 化学反应历程化学反

4、应历程 基元反应基元反应：反应物分子一步作用直接转化成产物：反应物分子一步作用直接转化成产物的反应。的反应。简单反应简单反应：由一个基元反应构成的化学反应称为：由一个基元反应构成的化学反应称为简单反应。简单反应。例例：N2O4 = 2NO2 是简单反应，是简单反应，也也是基元反应。是基元反应。 2 反应速率理论简介反应速率理论简介 反应机理反应机理：化学反应所经历的途径称：化学反应所经历的途径称为反应机理或为反应机理或反应历程反应历程。7 7上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页例例：复杂反应：复杂反应 H2 + I2 = 2HI I2 = 2 I (快快) H2 + 2 I = 2

5、HI (慢慢) (定速步骤定速步骤) 说明说明: 绝大多数化学反应都是复杂反应绝大多数化学反应都是复杂反应 复杂反应复杂反应：由两个或两个以上的基元由两个或两个以上的基元反应构成的反应称为复杂反应。反应构成的反应称为复杂反应。定速步骤定速步骤 复杂反应历程中速率最慢的基复杂反应历程中速率最慢的基元反应称为复杂反应的定速步骤。元反应称为复杂反应的定速步骤。8 8上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2 2. .2 2 化学反应速率理论化学反应速率理论两个理论两个理论过渡状态理论过渡状态理论碰撞理论碰撞理论2. 2.1 碰撞理论（基本要点）碰撞理论（基本要点） 1. 分子必须经过分子必须

6、经过碰撞碰撞才可能发生反应。才可能发生反应。 2. 能量高于某个定值的分子称为能量高于某个定值的分子称为活化活化分子分子，活化分子间碰撞才可能发生反应。，活化分子间碰撞才可能发生反应。 3. 活化分子间活化分子间方向合适的碰撞方向合适的碰撞才能发生才能发生反应，能发生反应的碰撞称为反应，能发生反应的碰撞称为有效碰撞有效碰撞。9 9上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页NO(g) + O3 = NO2(g) +O2(g)1010上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页E1：活化分子的最低能量。：活化分子的最低能量。N：气体分子总数：气体分子总数E平平 E1 EEa气体分子的能量

7、分布气体分子的能量分布E1：活化分子的最低能量活化分子的最低能量Ea：反应的：反应的活化能活化能N：某能量区间的分子数：某能量区间的分子数阴影面积阴影面积: 活化分子活化分子百百分分 数数( f )Ea = E1 E平平 1111上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页活化能：活化能：活化分子具有的最低能量与活化分子具有的最低能量与分子的平均能量之差，分子的平均能量之差， 称为该反应的活化称为该反应的活化能能,符号符号Ea。 单位：单位：kJmol-1 相同条件下相同条件下，Ea越大，活化分子百分数越大，活化分子百分数（f） 越小，反应越慢。反之，越小，反应越慢。反之，Ea越小，越小，

8、f 越大，反应越快。越大，反应越快。 Ea的大小与反应本性的大小与反应本性(物质的分子结构、物质的分子结构、化学键化学键)有关。有关。碰撞理论中，碰撞理论中，Ea只能由实验只能由实验来确定。来确定。1212上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2. 2.2 过渡状态理论过渡状态理论A + B-C ABC A-B + C 活化络合物活化络合物快快慢慢活化能：活化能：活化活化配合物的配合物的势能势能与反与反应物的平均势能之应物的平均势能之差差.H = E正正 - E逆逆 A B C E E正正A+BCH E逆逆AB+CH 0，吸热反应吸热反应1414上一页上一页上一页上一页下一页下一页下

9、一页下一页EnergyReaction coordinateReactantsProducts1515上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 3 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响影响反应速率的因素影响反应速率的因素： 内因内因: 与反应的本性与反应的本性 ( 物质的分子结构、物质的分子结构、化学键等化学键等 )有关。有关。 3.1 速率方程和速率常数速率方程和速率常数 质量作用定律质量作用定律：基元反应基元反应的反应速率的反应速率与反应物浓度的幂的乘积成正比与反应物浓度的幂的乘积成正比.外因外因: 反应条件，浓度、温度、催化剂反应条件，浓度、温度、催化剂.1616上一页上一页

10、上一页上一页下一页下一页下一页下一页例：例：基元反应基元反应 NO2 + CO = NO + CO2 任一任一基元反应基元反应： a A + d D = g G + h H 速率常数速率常数速率方程速率方程1717上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 k 的的物理意义：物理意义：在一定的条件下在一定的条件下(温度、温度、催化剂催化剂)，反应物浓度均为，反应物浓度均为1mol/L时的反应时的反应速率。速率。 k与与反应物浓度反应物浓度无关。无关。 1. 反应不同，反应不同，k值不同。值不同。 2. 同一反应，温度不同同一反应，温度不同k值不同。值不同。 3. 同一反应，温度一定时，有

11、无催同一反应，温度一定时，有无催化剂化剂k也也是不同的。是不同的。1818上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页注意注意:： 1. 质量作用定律只适用于基元反应，质量作用定律只适用于基元反应，复杂反应的速率方程由实验确定。复杂反应的速率方程由实验确定。 2. 已知反应机理的复杂反应，速率方已知反应机理的复杂反应，速率方程根据最慢的基元反应来写。程根据最慢的基元反应来写。 3. 均匀体系中，纯固体、纯液体的浓均匀体系中，纯固体、纯液体的浓度视为常数，不写入速率方程。度视为常数，不写入速率方程。1919上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页例例： 2N2O5 = 4 NO2 +

12、 O2 N2O5 = N2O3 + O2 （慢慢） N2O3 = NO2 + NO （快）（快） 2NO + O2 = 2NO2 （快）快）例例： C(s) + O2(g) = CO2(g)2020上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页3.2 反应级数反应级数定义定义：在速率方程中，各反应物浓度：在速率方程中，各反应物浓度的指数之和称为反应的反应级数。的指数之和称为反应的反应级数。一般的化学反应一般的化学反应: aA + bB gG + hH 若若=1，对于，对于A为一级反应；为一级反应； 若若=2，对于对于B为二级反应，为二级反应，+=3，总反应级数，总反应级数为为3。基元反应的基

13、元反应的a，b，复杂反应复杂反应可通过实验确定其值可通过实验确定其值2121上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 【例例】已知反应已知反应 aA + bB = C 在某温在某温度下实验测得的数据如下表，求该反应的度下实验测得的数据如下表，求该反应的速率方程和速率常数速率方程和速率常数k。 起始浓度起始浓度(molL-1)编号编号 cAcB初速初速(molL-1s-1) vC12 3 46.00 10-36.00 10-31.00 10-32.00 10-31.00 10-32.00 10-36.00 10-36.00 10-33.10 10-36.36 10-30.48 10-31

14、.92 10-32222上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页解解:： = k cAx cB y 推推出出 y = 12323上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页x = 2同理：同理：计算计算 k 值值将（将（1）的数据代入）的数据代入 = k cA2 cB = k (6.00 10-3)2 (1.00 10-3) = 3.1010-3 k = 8.61104 (L2 mol-2 s-1 )2424上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页例例：基元反应：基元反应 NO2 + CO = NO + CO2对于对于NO2，反应级数为，反应级数为 1，对于对于CO，反应级

15、数是反应级数是 1，该反应的反应级数：该反应的反应级数： 1 + 1 = 2 例：例：复杂反应复杂反应 2NO + 2 H2 = N2 + 2 H2O 反应级数为反应级数为32525上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页思考：思考：1. 反应级数对化学反应有何意义反应级数对化学反应有何意义?2. 反应级数与反应级数与反应分子数有何差反应分子数有何差别别?3. 常见的简单反应级数有哪些常见的简单反应级数有哪些?2626上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 4 温度对反应速度的影响温度对反应速度的影响vT 呈指数关系呈指数关系v 爆炸反应爆炸反应 T2727上一页上一页上一页

16、上一页下一页下一页下一页下一页v2NO+1/2O2 = NO2Tv 酶催化反应酶催化反应 T 绝大多数化学反应绝大多数化学反应速率速率与与温度温度呈呈指数指数关系关系，下面只讨论这类反应。，下面只讨论这类反应。 温度对反应速率的影响主要表现在温度对反应速率的影响主要表现在T对对k值的影响。值的影响。2828上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页4.1 范托夫范托夫( (vanvant t Hoff) Hoff)规则规则 若温度升高若温度升高10度，度，k 值增大值增大2倍倍(或或3倍倍)，则当温度升高则当温度升高100度时：度时：2929上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一

17、页4.2 阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯(Arrhenius)(Arrhenius)经验公式经验公式 A：反应的特征常数，称为指前因子反应的特征常数，称为指前因子e ：自然对数的底数，自然对数的底数，2.718R： 气体常数，为气体常数，为 8.314 Jmol-1K-1T： 热力学温度热力学温度 ( K )Ea：活化能：活化能 ( kJ mol-1 )3030上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页活化分子百分数活化分子百分数 温度升温度升高，活化分高，活化分子的百分数子的百分数(f)增大增大是反是反应速率应速率加快加快的主要原因。的主要原因。3131上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页

18、下一页上式两边取对数：上式两边取对数：lnk 斜率斜率 = 截矩截矩 = ln A3232上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页由lnk-1/T作图求反应的活化能例如，例如，例如，例如，反应反应反应反应2N2N2N2N2 2 2 2O O O O5 5 5 5(CCl(CCl(CCl(CCl4 4 4 4)=N)=N)=N)=N2 2 2 2O O O O4 4 4 4(CCl(CCl(CCl(CCl4 4 4 4)+O)+O)+O)+O2 2 2 2(g)(g)(g)(g)的的的的活化能可由活化能可由活化能可由活化能可由lnlnlnlnk k k k -1/T-1/T-1/T-1/

19、T图求得。图求得。图求得。图求得。直线的斜率直线的斜率直线的斜率直线的斜率=-7.371-(-10.659)/(3.14-3.41)*10=-7.371-(-10.659)/(3.14-3.41)*10=-7.371-(-10.659)/(3.14-3.41)*10=-7.371-(-10.659)/(3.14-3.41)*10-3-3-3-3 =-1.2*10 =-1.2*10 =-1.2*10 =-1.2*104 4 4 4 根据阿累尼乌斯方程，根据阿累尼乌斯方程，根据阿累尼乌斯方程，根据阿累尼乌斯方程， -E-E-E-Ea a a a/R=/R=/R=/R=直线的斜率直线的斜率直线的斜率

20、直线的斜率E E E Ea a a a=-1.2*10=-1.2*10=-1.2*10=-1.2*104 4 4 4*8.314=1.0*10*8.314=1.0*10*8.314=1.0*10*8.314=1.0*105 5 5 5 J.molJ.molJ.molJ.mol-1-1-1-1=100kJ.mol=100kJ.mol=100kJ.mol=100kJ.mol-1-1-1-13333上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页通过关系式计算通过关系式计算已知已知T1k1， T2k2，则有：，则有： 3434上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 (1) 不同的反应，不同

21、的反应，Ea 越大，越大，T 对对 k 影响影响越大。越大。例：例：两反应的温度都从两反应的温度都从300K 升为升为400K，Ea大的，大的，k 增加得更多。增加得更多。 (2) 同一反应，低温时温度对反应速率同一反应，低温时温度对反应速率的影响较高温时大。的影响较高温时大。例：例：从从300K升为升为400K与从与从1000K升为升为1100K，前者，前者k增大得多增大得多.分析此式可知：分析此式可知：3535上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页【例例】已知某反应的已知某反应的Ea = 70kJmol-1, 300K时的时的k=0.1 s -1。试计算。试计算(1)400K时反

22、应速时反应速率为原来的多少倍？率为原来的多少倍？(2)温度由温度由1000K升到升到1100K时，反应速率为时，反应速率为1000K时的多少倍时的多少倍？解解：(1)3636上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页(2)3737上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页【例例】反应反应 S2O82- + 2I- = 2SO42- + I2，已，已273K时的速率常数为时的速率常数为8.210-4，293K时速时速率常数率常数4.110-3，计算该反应的活化能。，计算该反应的活化能。解：解：根据根据Ea = 53.5 (kJmol-1)3838上一页上一页上一页上一页下一页下一页下

23、一页下一页5.1 催化剂和催化作用催化剂和催化作用 催化剂催化剂：加入少量就能加快反应而本加入少量就能加快反应而本身的化学性质和质量不变的物质。身的化学性质和质量不变的物质。5.2 催化作用的特点催化作用的特点 1.1.高效性高效性，可以大大地加快反应速率。，可以大大地加快反应速率。3. 同等程度地加快正、逆反应的速率。同等程度地加快正、逆反应的速率。4. 不能改变反应的可能性和平衡常数不能改变反应的可能性和平衡常数.2. 选择性，反应不同，催化剂不同。选择性，反应不同，催化剂不同。5 催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响3939上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页C2H5

24、OH (乙醇乙醇)CH3CHO(乙醛乙醛) + H2Ag55C2H4(乙烯乙烯) + H2O Al2O3355(C2H5)2O(乙醚乙醚) + H2O 浓浓H2SO4140若活化能降低若活化能降低80kJ，反应速率可增大，反应速率可增大107倍倍.4040上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页5. 3 催化原理催化原理 1. 改变反应途径，降低了反应活化能。改变反应途径，降低了反应活化能。 2. 催化剂参加反应，生成不稳定的催化剂参加反应，生成不稳定的 中中间产物，中间产物再反应生成产物和原来间产物，中间产物再反应生成产物和原来的催化剂。的催化剂。 A + B = AB加催化剂加催化

25、剂 K后：后： A + K = AKAK+B = AB+KEaE2E1A+BAK+BAB+KE反应过程反应过程4141上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页活化能降低使活化分子数增加活化能降低使活化分子数增加4242上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页5.4 均相催化和多相催化均相催化和多相催化 均相催化：均相催化：反应物与催化剂处于同一相。反应物与催化剂处于同一相。 例例：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) NO作催化剂作催化剂 S2O82-+2I - =2SO42- +I2 Cu2+ 作催化剂作催化剂多相催化：多相催化：催化剂与反应物处于不同的相催化剂与反应物

26、处于不同的相中，反应在催化剂表面进行。中，反应在催化剂表面进行。例例: C2H4 + H2 = C2H6 Ni 作催化剂作催化剂 N2 +3H2 = 2NH3 Fe 作催化剂作催化剂4343上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 多相催化原理多相催化原理：反应物被吸附在催化：反应物被吸附在催化剂的表面，使反应物部分化学键被削弱，剂的表面，使反应物部分化学键被削弱，从而较易进行反应生成产物，反应后产物从而较易进行反应生成产物，反应后产物从催化剂表面解吸。从催化剂表面解吸。催化剂表面的吸附示意图催化剂表面的吸附示意图4444上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 催化剂表面只有

27、很小部分催化剂表面只有很小部分(约千分之几约千分之几)能起催化作用，此部分称为能起催化作用，此部分称为“活性中心活性中心”。 多相催化作用仅仅发生在催化剂表面多相催化作用仅仅发生在催化剂表面,所以所以催化作用能力的大小催化作用能力的大小与催化剂的与催化剂的表面表面积大小积大小密切相关。密切相关。5. 5 酶催化酶催化 生物体内存在着的一类具有催化能力的生物体内存在着的一类具有催化能力的蛋白质蛋白质 称为称为酶酶。4545上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页酶催化的特点：酶催化的特点：高效性，比普通催化剂高得多。高效性，比普通催化剂高得多。选择性更强。选择性更强。温度过高、酸碱度过大

28、会使酶失去活性。温度过高、酸碱度过大会使酶失去活性。 k催催k= 108 1020=4646上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页小结小结1、反应速率的表示方法反应速率的表示方法2种种2、浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响速率方程速率方程 质量作用定律、速率常数、反应级数质量作用定律、速率常数、反应级数3、温度对化学反应速率的影响、温度对化学反应速率的影响Arrhenius方程计算、应用方程计算、应用4、催化剂对化学反应速率的影响、催化剂对化学反应速率的影响5、反应速率理论解释反应速率理论解释浓度、温度、催化剂对浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响的原因化学反应速率的

29、影响的原因4747上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页重要的定律和公式重要的定律和公式重要的定律和公式重要的定律和公式: :(1)(1)质量作用定律质量作用定律质量作用定律质量作用定律( (反应速率方程式反应速率方程式反应速率方程式反应速率方程式) )对反应对反应对反应对反应 aA+dDaA+dDgG+hHgG+hH =kc(A) =kc(A) =kc(A) =kc(A)a a a a c(D)c(D)c(D)c(D)d d d d 适用于基元反应适用于基元反应适用于基元反应适用于基元反应 =kc(A)=kc(A)=kc(A)=kc(A)m m m mc(D)c(D)c(D)c(D

30、)n n n n 适用于非基元反应适用于非基元反应适用于非基元反应适用于非基元反应 (2)(2)(2)(2)阿累尼乌斯关系式阿累尼乌斯关系式阿累尼乌斯关系式阿累尼乌斯关系式( ( ( (温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响) ) ) )或4848上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页练习题练习题：1. 对给定的化学反应，下列说法正确的是对给定的化学反应，下列说法正确的是 A. G越负，反应速度越快。越负，反应速度越快。 B. H越负，反应速度越快。越负，反应速度越快。 C. S越负，反应速度越快。越负，反应速度越快。 D. 活化能活化能Ea

31、越小，反应速度越快。越小，反应速度越快。选选D4949上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 2. 下列说法下列说法不不正确的是正确的是 A. 相同条件下，反应的活化能越大其相同条件下，反应的活化能越大其反应速率越慢。反应速率越慢。 B. 某反应速率方程为某反应速率方程为 , 该该反应的反应级数为反应的反应级数为2. 5。 C. 升高温度，吸热反应的速率增大而升高温度，吸热反应的速率增大而放热反应的速率减小。放热反应的速率减小。 D. 复杂反应至少含有两个基元反应。复杂反应至少含有两个基元反应。选选C5050上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 3. 复杂反应复杂反应 S

32、2O82- + 2I- = 2SO42- + I2 是由下列两个基元是由下列两个基元 反应所组成：反应所组成： S2O82- + I- = SO42- + SO4I - (慢慢) SO4I - + I- = SO42- + I2 (快快)则该反应的速率方程则该反应的速率方程( )。5151上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 4. 对于基元反于基元反应：2NO+O2=2NO2 ，若若O2的的浓度增大到原来的度增大到原来的2倍，倍，则正反正反应的速度的速度为原来的：原来的： A. 2倍倍 B. 4倍倍 C. 6倍倍 D. 8倍倍 A，因为，因为5252上一页上一页上一页上一页下一页下

33、一页下一页下一页 5. 若下列反应若下列反应 2A + 2B = C 的速度方的速度方程式是程式是 ，此反应的反应级数是，此反应的反应级数是 A. 一级一级 B. 二级二级 C. 三级三级 D. 四级四级C. 三级反应三级反应5353上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 化学反应的速率和限度化学反应的速率和限度（2）化学反应的限度）化学反应的限度-化学平衡化学平衡 1 可逆反应与化学平衡可逆反应与化学平衡 2 化学反应等温方程式化学反应等温方程式 3 化学平衡的移动化学平衡的移动章总目录章总目录章总目录章总目录5454上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页学习要求学习要求

34、1.1.掌握标准平衡常数的表示方法及化掌握标准平衡常数的表示方法及化 学平衡的有关计算。学平衡的有关计算。2.2.了解化学反应等温方程式及其应用。了解化学反应等温方程式及其应用。3 3理解浓度、温度、压力对化学平衡的理解浓度、温度、压力对化学平衡的影响影响。 5555上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 1 可逆反应与化学平衡可逆反应与化学平衡1.1 可逆反应可逆反应 在同样的条件下，既可向一方向进行在同样的条件下，既可向一方向进行 又可向相反进行的反应称为又可向相反进行的反应称为可逆反应可逆反应。例：例： a A + d D gG + hH 5656上一页上一页上一页上一页下一页

35、下一页下一页下一页 初始：初始： v正正 v逆逆 平衡：平衡： v正正 = v逆逆 化学平衡态的特点：化学平衡态的特点： 1. v正正 = v逆逆 0 （动态）（动态） 2. 反应物和产物的浓度不再改变。平反应物和产物的浓度不再改变。平衡态是反应达到的最大限度。衡态是反应达到的最大限度。 3. 平衡组成与达到平衡的途径无关。平衡组成与达到平衡的途径无关。5757上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 1.2 1.2 化学平衡常数化学平衡常数 1.1.实验平衡常数实验平衡常数对于一般反应对于一般反应 a A +Bb =dD+eE 压力平衡常数（气体）压力平衡常数（气体） p平衡分压平衡

36、分压 C平衡浓度平衡浓度浓度平衡常数浓度平衡常数5858上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 2.2.标准平衡常数（热力学平衡常数）标准平衡常数（热力学平衡常数） 对溶液反应对溶液反应 a A（aq) +Bb（aq) =dD（aq) +eE（aq) 对对气相反应气相反应 a A（g) +Bb（ g) =dD（ g) +eE（ g) c=1moll-1 P=100Kpa象象象象这这这这样样样样用用用用相相相相对对对对平平平平衡衡衡衡浓浓浓浓度度度度和和和和相相相相对对对对平平平平衡衡衡衡分分分分压压压压来来来来表表表表示示示示的的的的平平平平衡衡衡衡常常常常数称为数称为数称为数称为标

37、准平衡常数标准平衡常数标准平衡常数标准平衡常数。5959上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页对于一般的化学反应对于一般的化学反应： 是温度的函数，与浓度、分压无关。是温度的函数，与浓度、分压无关。 标准平衡常数表达式必须与化学反应计标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。量式相对应。6060上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页关于标准平衡常数的几点说明关于标准平衡常数的几点说明: :（1 1）同同一一反反应应式式, ,如如果果书书写写形形式式不不同同, ,则则平平衡衡常常数数的的表表 达式不相同。达式不相同。（2 2）气气体体以以相相对对平平衡衡分分压压表表示示,

38、 ,溶溶液液以以相相对对平平衡衡浓浓度度表示表示, ,纯固纯固( (液液) )体不写入平衡常数的表达式中。体不写入平衡常数的表达式中。（3 3）在在水水溶溶液液中中的的反反应应, ,水水的的浓浓度度不不写写入入平平衡衡常常数数的的表达式中。表达式中。（4 4）总总反反应应的的平平衡衡常常数数等等于于分分步步反反应应的的平平衡衡常常数数之之积积( (即如果反应式相加减即如果反应式相加减, ,则平衡常数相乘除则平衡常数相乘除) )。6161上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页G =G +RT ln上式称为化学反应的上式称为化学反应的等温方程式等温方程式。 、 、 、 分别为任意状态下分

39、别为任意状态下的的A、D、G、H 物质的压力。物质的压力。气体反应：气体反应：a A + d D gG + h H 等温等压下，热力学推导证明：等温等压下，热力学推导证明： 2 化学反应等温方程式化学反应等温方程式6262上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页Qp 称为称为相对压力商相对压力商反应达平衡时，反应达平衡时， G = 0，等温方程式为：，等温方程式为：G =G +RT ln6363上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页G = - RT ln 分别是分别是A、D、G、H 、 、 、物质在物质在平衡时平衡时的压力。的压力。 G = - RT ln KpKp 称为标准

40、压力平衡常数称为标准压力平衡常数6464上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页n n在稀溶液中进行的反应在稀溶液中进行的反应 ,其等温方程式如何其等温方程式如何？ Kc 与与 Kc 有何关系？有何关系？6565上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页任意状态下任意状态下的化学反应方向的的化学反应方向的判据：判据： Q K ，G 0 , K ，G 0 , 0 , 逆反应自发进行。逆反应自发进行。Q = K ，G = 0 , = 0 , 反应达平衡。反应达平衡。对于任意反应，等温方程式可写为对于任意反应，等温方程式可写为G = - RT ln K + RT ln Q6666上一页

41、上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页（1 ） 判断反应程度判断反应程度标准平衡常数的应用标准平衡常数的应用（3）进行化学）进行化学平衡的平衡的计算计算（2 ） 预测反应方向预测反应方向6767上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页（1） 判断反应程度判断反应程度K 愈小，反应进行得愈不完全；K 不太大也不太小(如 10-3 K 103),反应物部分地转化为生成物。K 愈大，反应进行得愈完全；6868上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页（2 2） 预测反应方向预测反应方向Q K 反应逆向进行。6969上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页解：解：pV = n

42、RT 因为因为T 、V 不变，不变，pnBp0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPap0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa（3） 进行化学进行化学平衡的计算平衡的计算反应开始时反应开始时c0(CO)=0.0350molL-1， c0(Cl2)=0.0270molL-1， c0(COCl2)=0。计算计算373K反应达到平衡时各物种的分压和反应达到平衡时各物种的分压和CO的的平衡转化率。平衡转化率。 例题：例题：已知反应已知反应CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)在定温定容条件下进行在定温定容条件下进行,373K时时K =1.

43、5 108。7070上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页开始开始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0开始开始pB/kPa 108.5 83.7 0假设假设Cl2全部转化全部转化 108.5-83.7 0 83.7又设又设COCl 2转化转化x x x -x平衡平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x解：解： CO(g)+Cl2 (g) COCl 2(g)7171上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页平衡时平衡时:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6kPa p(COCl2)=83.7kPa假设假设 83.7- -x 83.7

44、， 24.8+x 24.8 。因为因为K 很大，很大，x很小，很小，7272上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 3 化学平衡的移动化学平衡的移动化学平衡的移动：化学平衡的移动：当外界条件改变时，化学当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程。的过程。影响平衡的因素有浓度、压力、温度。影响平衡的因素有浓度、压力、温度。7373上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响对于溶液中的化学反应，平衡时，对于溶液中的化学反应，平衡时，Q = K 当当c(反应物反应物)增大或增大

45、或c(生成物生成物)减小时减小时当当c(反应物反应物)减小或减小或c(生成物生成物)增大时增大时, Q K 平衡向逆向移动。平衡向逆向移动。7474上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 如果保持温度、体积不变，增大反应如果保持温度、体积不变，增大反应物的分压或减小生成物的分压，使物的分压或减小生成物的分压，使Q减小，减小，导致导致Q K ，平衡向逆向移动平衡向逆向移动。1.部分物种分压的变化部分物种分压的变化7575上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2.体积改变引起压力的变化体积改变引起压力的变化对于有气体参与的化学反应对于

46、有气体参与的化学反应 aA (g) + bB(g) yY(g) + zZ(g)7676上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 对于气体分子数增加的反应，对于气体分子数增加的反应， B(g) 0，x B(g) 1，QK ，平衡向逆向移动，即平衡向逆向移动，即向气向气体分子数减小的方向移动。体分子数减小的方向移动。 对于气体分子数减小的反应对于气体分子数减小的反应 ， B(g) 0， x B(g) 1， Q K ，平衡向正向移动，即平衡向正向移动，即向气体分子数减小的方向移动。 对于反应前后气体分子数不变的反应对于反应前后气体分子数不变的反应， B(g) =0， x B(g) =1， Q

47、 = K ，平衡不平衡不移动。移动。7777上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 在惰性气体存在下达到平衡后在惰性气体存在下达到平衡后，再定再定温压缩温压缩, B(g) 0，平衡向气体分子数减小平衡向气体分子数减小的方向移动的方向移动, B(g) =0，平衡不移动。平衡不移动。 对对定温定压下已达到平衡定温定压下已达到平衡的反应，引的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，如果和生成物分压减小，如果 B(g) 0，平衡向平衡向气体分子数增大的方向移动气体分子数增大的方向移动。 对定温定容下已达到平衡对定温定容下已达到平衡

48、的反应，的反应，引入惰性气体，反应物和生成物引入惰性气体，反应物和生成物pB不变，不变，Q= K ，平衡不移动。平衡不移动。3.惰性气体的影响惰性气体的影响7878上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 K (T)是温度的函数。是温度的函数。 温度变化引起温度变化引起K (T)的变化，导致化学平衡的移动。的变化，导致化学平衡的移动。从热力学推导可得：从热力学推导可得：结论：结论：在其它条件不变时，升温平衡向吸在其它条件不变时，升温平衡向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反应方热反应方向移动，降温平衡向放热反应方向移动。向移动。7979上一页上

49、一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页 如果改变平衡系统的条件之一（浓度、如果改变平衡系统的条件之一（浓度、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的方向移动。方向移动。 Le Chatelier原理原理只适用于处于平衡状只适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统态的系统，也适用于相平衡系统。 1848年，法国科学家年，法国科学家Le Chatelier 提出提出：Le Chatelier 原理：本章目录本章目录本章目录本章目录8080上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页例：例：在合成氨工业中，在合成氨工业中，CO的变换反应的变换反应 ： C

50、O(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 的的H =-37.9kJmol-1，800K时的时的Kp = 4.02, , 求求500500K时的时的Kp 。解：解：根据公式根据公式 K2 H T2 T1 ln = ( ) K1 R T1T2 K2 -37.9103 500800 ln = ()= 3.419 4.02 8.314 5008008181上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页催化剂与化学平衡催化剂与化学平衡 催化剂使正逆反应速度增大的倍数相催化剂使正逆反应速度增大的倍数相同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生移

51、动。不能使平衡发生移动。8282上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页练习题：练习题：1. 已知已知500K时反应时反应 SO2(g)+1/2 O2(g) SO3(g)的的KP=50，则同温度下反应则同温度下反应2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g)的的K P 为（为（ ） A. 410-4 B. 210-2 C. 410-2 D. 2500D8383上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页2. PCl5的分解反应是的分解反应是 PCl5 = PCl3 + Cl2 ， 在在200达到平衡达到平衡 时，时， PCl5有有 48.5%分分 解，在解，在300达到平衡时，达到

52、平衡时，PCl5有有 97% 分解，则此反应为（分解，则此反应为（ ） A. 放热反应放热反应 B. 既不吸热也不放热既不吸热也不放热 C. 吸热反应吸热反应 D. 这两个温度下的平衡常数相等这两个温度下的平衡常数相等 C8484上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页3. 下述化学平衡下述化学平衡 A(g)+B(g) = C(g)，在相同在相同 的温度下，若体积缩小至的温度下，若体积缩小至 2/3，则压力商，则压力商 QP和平衡常数和平衡常数KP 的关系为（的关系为（ ） A. QP=2KP B. QP=2/3KP C. QP= 3/2KP D. QP= KPB8585上一页上一页上

53、一页上一页下一页下一页下一页下一页4. 在在763.15K时，时，H2(g)+I2(g) 2HI(g)的的 Kc= 45.9，当各物质的起始浓度当各物质的起始浓度 c(H2) = 0.0600molL-1, c(I2)=0.400molL-1和和c(HI) =2.00molL-1进行混和，反应自发进行进行混和，反应自发进行 的方向是（的方向是（ ） A. 自发向右进行自发向右进行 B. 自发向左进行自发向左进行 C. 反应处于平衡状态反应处于平衡状态B8686上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页5. 反应反应 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) 的的Hm 为负值，此反应达平衡时，若要使平衡为负值，此反应达平衡时，若要使平衡 向产物方向移动，可以（向产物方向移动，可以（ ） A. 升温加压升温加压 B. 升温降压升温降压 C. 降温升压降温升压 D. 降温降压降温降压C8787