无机和分析化学化学反应速率和化学平衡省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

学习要求：学习要求：了解化学反应速率方程式，掌握质量作用定律及了解化学反应速率方程式，掌握质量作用定律及其适用范围，了解阿累尼乌斯经验式及其应用；其适用范围，了解阿累尼乌斯经验式及其应用；了解用碰撞理论、活化能和活化分子概念来解释了解用碰撞理论、活化能和活化分子概念来解释各种外界原因对反应速率影响；各种外界原因对反应速率影响；正确了解平衡常数意义及书写注意事项，熟练掌正确了解平衡常数意义及书写注意事项，熟练掌握握GibbsGibbs函数变与平衡常数间关系，掌握平衡相关函数变与平衡常数间关系，掌握平衡相关计算；计算；掌握化学平衡状态特点，能从平衡常数表示式来掌握化学平衡状态特点，能从平衡常数表示式来了解化学平衡移动原理。了解化学平衡移动原理。第四章第四章 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡（5 5课时）课时）第1页重点：重点：能用活化能、活化分子概念来解释各种能用活化能、活化分子概念来解释各种原因对反应速率影响；浓度、温度对反应速率原因对反应速率影响；浓度、温度对反应速率影响定量关系；标准影响定量关系；标准Gibbs函数变与标准平衡函数变与标准平衡常数关系，平衡移动原理，相关化学平衡计算。常数关系，平衡移动原理，相关化学平衡计算。难点：难点：活化能概念及物理意义；化学反应等温活化能概念及物理意义；化学反应等温方程式，标准平衡常数相关计算。方程式，标准平衡常数相关计算。第2页 热力学热力学处理了化学反应可能性问题处理了化学反应可能性问题,但化学反应实际但化学反应实际上发生上发生,却是却是动力学动力学研究范围。化学反应速率研究范围。化学反应速率,即是动力即是动力学基础。学基础。自发过程是否一定进行得很快自发过程是否一定进行得很快?4-1 4-1 化学反应速率化学反应速率第3页对于液相反应和在恒容条件下进行气相反应，体对于液相反应和在恒容条件下进行气相反应，体系体积恒定，系体积恒定，c(B)=nB/V,有有瞬时反应速率表示式和单位为瞬时反应速率表示式和单位为:第4页对对于普通反于普通反应应：aA+bBdD+eE 平均速率平均速率dnA：dnB：dnD：dnE=A：B：D：E第5页瞬时速率瞬时速率对于对于恒容下恒容下进行反应，有进行反应，有dc(A)：dc(B)：dc(D)：dc(E)=A：B：D：E第6页反应速率测定反应速率测定Ct做浓度做浓度-时间时间图图求反应速率求反应速率测定方法测定方法化学法：直接测量浓度；化学法：直接测量浓度；物理法：测量与浓度相关物理量。物理法：测量与浓度相关物理量。第7页4.2反应速率理论介绍（自学阅读）反应速率理论介绍（自学阅读）一、碰撞理论(19，Lewis)关关键键点点分子为分子为 无内部结构硬球无内部结构硬球反应经过碰撞实现反应经过碰撞实现能发生反应能发生反应有效碰撞有效碰撞不能发生反应不能发生反应无效碰撞无效碰撞第8页活化能：活化能：活化分子活化分子与反应物分子平均能量之差。与反应物分子平均能量之差。即即 Ea=E*-E活化分子数与活化活化分子数与活化分子百分数分子百分数Ea(正正)Ea(逆逆)势能势能反应历程反应历程HH第9页二、过渡状态理论二、过渡状态理论(1930年，年，Eyring&Polanyi)NO2+CO=NO+CO2第10页大多数化学反应，并不象普通化学反应方程式表大多数化学反应，并不象普通化学反应方程式表示那样，由反应物一步就转化为生成物，而且要示那样，由反应物一步就转化为生成物，而且要经历若干中间步骤才能完成。经历若干中间步骤才能完成。化学反应过程中每化学反应过程中每一步反应称为一个基元反应。一步反应称为一个基元反应。某一个化学反应假某一个化学反应假如是一步完成，则称为如是一步完成，则称为基元反应基元反应（或（或简单反应简单反应）；）；假如是包含两个或两个以上基元反应，则称为假如是包含两个或两个以上基元反应，则称为非非基元反应（基元反应（或复杂反应）。或复杂反应）。4.3 4.3 影响反应速率原因影响反应速率原因一一.反应机理反应机理第11页在非基元反应中，最慢一步基元反应决定整个反应速率。比在非基元反应中，最慢一步基元反应决定整个反应速率。比如，反应如，反应 2NO(g)+2H2NO(g)+2H2 2(g)N(g)N2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(l)O(l)实际上分两步进行：实际上分两步进行：第一步第一步 2NO(g)+2H 2NO(g)+2H2 2(g)H(g)H2 2O O2 2(l)+N(l)+N2 2(g)(g)慢反应慢反应 r r1 1第二步第二步 H H2 2O O2 2(l)+H(l)+H2 2(g)2H(g)2H2 2O(l)O(l)快反应快反应 r r2 2因为生成因为生成H H2 2O O2 2第一步反应是慢反应，整个反应由它控制，所第一步反应是慢反应，整个反应由它控制，所以反应速率以反应速率 r=rr=r1 1第12页二二.质量作用定律质量作用定律1.1.内容：内容：基元反应反应速率与反应物浓度以方程式中化学计量数基元反应反应速率与反应物浓度以方程式中化学计量数绝对值为幂乘积成正比。绝对值为幂乘积成正比。对于任一基元反应对于任一基元反应 aA+bB dD+eE aA+bB dD+eE式中，式中，A,B普通为反应物，在一定温度下普通为反应物，在一定温度下k是常数。是常数。a，b称为称为反应反应分级数分级数，分别表示物质，分别表示物质A,B浓度对反应速率影响程度。分浓度对反应速率影响程度。分级数之和级数之和a+b=n,称为反应总级数或简称称为反应总级数或简称反应级数反应级数。第13页对于气相反应或固气相催化反应，因为气体分压与其对于气相反应或固气相催化反应，因为气体分压与其浓度成正比，所以有时也用气体分压来代替浓度，将浓度成正比，所以有时也用气体分压来代替浓度，将反应速率方程式写成以下形式：反应速率方程式写成以下形式：第14页2.几点说明：几点说明：A、对于基元反应可直接写出速率方程式，非、对于基元反应可直接写出速率方程式，非基元反应在知道机理时可依据决速步骤书写，不基元反应在知道机理时可依据决速步骤书写，不然只能以试验伎俩来确定。然只能以试验伎俩来确定。B、若反应物为气体，可用分压代替浓度。、若反应物为气体，可用分压代替浓度。C、若有纯固体或纯液体参加反应，可不列入速、若有纯固体或纯液体参加反应，可不列入速率方程式。率方程式。D、式中、式中k为速率常数，与反应本身和温度相为速率常数，与反应本身和温度相关，与反应物浓度无关。关，与反应物浓度无关。E、速率常数、速率常数k单位与反应级数相关，如反应单位与反应级数相关，如反应级数为级数为n，速率常数单位为，速率常数单位为mol1-nLn-1s-1。第15页必须指出，有一些反应必须指出，有一些反应,如如H H2 2+Br+Br2 2=2HBr,=2HBr,试验测试验测得其速率方程为得其速率方程为其速率方程不能用幂指数形式描述，故此情况下无其速率方程不能用幂指数形式描述，故此情况下无反应级数。反应级数。第16页速率常数是速率常数是c cA A，c cB B均为单位量时反应速率，故称为均为单位量时反应速率，故称为比速率比速率，它大小直接决定反应速率大小及反应进行难易程度，它是它大小直接决定反应速率大小及反应进行难易程度，它是由反应本性决定。由反应本性决定。当温度和浓度一定时，当温度和浓度一定时，k k值越大，反应值越大，反应越快。当反应指定后，越快。当反应指定后，k k值大小与反应温度、催化剂及溶值大小与反应温度、催化剂及溶剂等原因相关。另外，剂等原因相关。另外，k k值量纲与反应级数相关。值量纲与反应级数相关。其单位为其单位为 dmdm3(n-1)3(n-1)molmol(1-n)(1-n)ss-1-1.3.3.反应速率常数反应速率常数第17页化学反应速率方程分级数化学反应速率方程分级数a a，b b和总级数和总级数n n值由试验得到，它值由试验得到，它能够是整数、负数及零，也能够是分数。能够是整数、负数及零，也能够是分数。例例 2N 2N2 2O O5 54NO4NO2 2+O+O2 2,由试验测得为一级反应，由试验测得为一级反应，r=kc(Nr=kc(N2 2O O5 5);例例 乙醛气相分解反应乙醛气相分解反应CHCH3 3CHOCHCHOCH4 4+CO+CO 在在在在518518时试验测得为二级反应，时试验测得为二级反应，r=kcr=kc2 2(CH(CH3 3CHO)CHO),但在但在447447时它又变成了时它又变成了1.51.5级反应，级反应，r=kcr=kc3/23/2(CH(CH3 3CHO)CHO)。例例 2NO+O 2NO+O2 2 2NO 2NO2 2,试验测得其速率方程为试验测得其速率方程为r=kcr=kc2 2(NO)c(O(NO)c(O2 2),即对即对NONO是二级，对是二级，对O O2 2是一级，整是一级，整个反应是三级。个反应是三级。4.4.反应级数反应级数第18页大量试验说明，大量试验说明，不能依据反应总反应式计量不能依据反应总反应式计量系数直接写出反应级数，系数直接写出反应级数，必须经过试验确定。必须经过试验确定。基元反应中，反应物级数与其计量系数一致。基元反应中，反应物级数与其计量系数一致。第19页5.5.复杂反应速率方程复杂反应速率方程基元反应或复杂反应基元步骤基元反应或复杂反应基元步骤,能够依据质量作用定律写出能够依据质量作用定律写出速率方程，并确定反应级数速率方程，并确定反应级数.复杂反应，则要依据试验写出速复杂反应，则要依据试验写出速率方程，并确定反应级数率方程，并确定反应级数.40，CCl4中中N2O5分解反应分解反应：c(N2O5)第20页对于普通化学反应对于普通化学反应,-反应级数反应级数k-反应速率系数反应速率系数零级反应零级反应molL-1s-1一级反应一级反应s-1二级反应二级反应(molL-1)-1s-1 可见可见第21页6.速率方程确定改变物质数量比例法研究以下反应速率方程研究以下反应速率方程:可知可知:第22页零级、一级、二级反应速率方程总结零级、一级、二级反应速率方程总结R仅适合用于只有一个反应物二级反应仅适合用于只有一个反应物二级反应.第23页 k=Ae-Ea/RT式中，式中，A A为指前因子或频率因子，它是给定反应特征为指前因子或频率因子，它是给定反应特征常数；常数；E Ea a为反应活化能，它也是反应特征常数。为反应活化能，它也是反应特征常数。三三.温度对反应速率影响温度对反应速率影响1.1.范特霍夫经验规律：范特霍夫经验规律：在室温附近，温度每升高在室温附近，温度每升高1010，普通化学反应速率约增大到原来，普通化学反应速率约增大到原来2424倍。倍。温度对化学反应影响，主要表达在对速率常数影响温度对化学反应影响，主要表达在对速率常数影响上。上。2.2.阿仑尼乌斯经验公式阿仑尼乌斯经验公式第24页阿仑尼乌斯公式对数形式：阿仑尼乌斯公式对数形式：第25页k-t 关系图 k-t k-t 图图 lnk-1/t 图第26页求出求出后能够推知后能够推知时时R活化能数量级在活化能数量级在多数多数为为R与与含有相同量纲，对反应级数不一样含有相同量纲，对反应级数不一样反应，其单位不一样。反应，其单位不一样。已知已知求求第27页Arrhenius方程深入分析方程深入分析 活化能处于方程指数项中活化能处于方程指数项中,对对k k有显著影响有显著影响,在在室温下室温下,每增加每增加 ,k k值降低约值降低约80%80%；温度升高，温度升高，k k增大增大,普通反应温度每升高普通反应温度每升高1010，k k将增大将增大210210倍；倍；第28页 对不一样反应对不一样反应,升高相同温度升高相同温度,E Ea a大反应大反应k k增大倍增大倍数多数多,所以升高温度对所以升高温度对E Ea a大反应有显著加速作用。大反应有显著加速作用。对同一反应对同一反应,升高一定温度升高一定温度,在高温区值增加较少在高温区值增加较少,所以对于原本反应温度不高反应所以对于原本反应温度不高反应,可采取升温方法提可采取升温方法提升反应速率；升反应速率；第29页阿仑尼乌斯，瑞典化学家，曾任皇家工业学院院长、瑞典物理化学研究所所长，19获诺贝尔化学奖。他提出划时代电离学说、活化分子和活化能概念，定量提出阿仑尼乌斯方程。他最早预言太阳能来自太阳内原子核反应，最早提出温室效应看法。他是天体化学和地球化学开创人之一。第30页活化能依据不一样反应速率理论有不一样定义，活化能依据不一样反应速率理论有不一样定义，简单碰撞理论定义：简单碰撞理论定义：活化分子所含有最低能量与活化分子所含有最低能量与体系分子平均能量之差；体系分子平均能量之差；四四.活化能对反应速率影响活化能对反应速率影响过渡态理论定义：过渡态理论定义：活化配合物分子平均能量与体系分活化配合物分子平均能量与体系分子平均能量之差。子平均能量之差。活化能对化学反应速率影响很大，活化能越高，反应活化能对化学反应速率影响很大，活化能越高，反应速率越慢，相反，活化能越低，速率越快。速率越慢，相反，活化能越低，速率越快。第31页五五.催化剂对反应速率影响催化剂对反应速率影响催化剂：能显著地改变反应速率，而本身质量和化催化剂：能显著地改变反应速率，而本身质量和化学性质在反应前后保持基本不变物质称为催化剂。学性质在反应前后保持基本不变物质称为催化剂。催化剂能提升化学反应速率原因是它参加了化催化剂能提升化学反应速率原因是它参加了化学反应，改变了学反应，改变了化学反应历程，化学反应历程，新历程中活化能较新历程中活化能较低，从而使反应速率加紧。低，从而使反应速率加紧。第32页1.1.依据其对反应速率影响结果依据其对反应速率影响结果,将催化剂进行分类将催化剂进行分类:正催化剂正催化剂:加紧反应速度加紧反应速度负催化剂负催化剂:减慢反应速度减慢反应速度 助催化剂助催化剂:本身无催化作用本身无催化作用,可帮助催化剂可帮助催化剂 提升催化性能提升催化性能.合成合成 NH NH3 3 中中 Fe Fe 粉催化剂粉催化剂,加加 Al Al2 2O O3 3 可使表面积增可使表面积增大大;加入加入 K K2 2O O 可使催化剂表面电子云密度增大可使催化剂表面电子云密度增大.二者二者均可提升均可提升 Fe Fe 粉催化活性粉催化活性,均为该反应助催化剂。均为该反应助催化剂。不加以说明不加以说明,普通均指正催化剂。普通均指正催化剂。第33页2.2.催化作用特点：催化作用特点：只能对热力学上可能发生反应起作用只能对热力学上可能发生反应起作用经过改变反应路径以缩短到达平衡时间经过改变反应路径以缩短到达平衡时间经过改变催化剂能够改变反应方向经过改变催化剂能够改变反应方向只有在特定条件下催化剂才能表现活性只有在特定条件下催化剂才能表现活性第34页3.3.均相催化、多相催化和酶催化均相催化、多相催化和酶催化均相催化均相催化:催化剂与反应物种在同一相中催化反应催化剂与反应物种在同一相中催化反应多相催化多相催化:催化剂与反应物种不属于同一物相催化反应催化剂与反应物种不属于同一物相催化反应酶催化酶催化:以酶为催化剂反应以酶为催化剂反应特点特点:高效高效高选择性高选择性条件温和条件温和第35页催化剂对反应活化能影响催化剂对反应活化能影响第36页例例273时，测得反应时，测得反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g)在不在不同反应物初始浓度下初始反应速率以下表所表示：同反应物初始浓度下初始反应速率以下表所表示：n试验编号初始浓度/molL-1初始速率NOBr210.100.101220.100.202430.100.303640.200.104850.300.10108试求试求（1）反应级数）反应级数（2）速率常数）速率常数（3）速率方程式）速率方程式第37页一一.化学平衡基本特征化学平衡基本特征0 0.0100 0.0100 0 7.60 0 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 2.04 4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 3.43大多数化学反应都是可逆。比如：大多数化学反应都是可逆。比如：t/s4.4 化学平衡化学平衡第38页0.020.01反应开始反应开始 ：c c(H(H2 2),),c c(I(I2 2)较大较大,c c(HI)=0,(HI)=0,正正较大较大,逆逆为为 0 0；反应进行：反应进行：c c(H(H2 2),),c c(I(I2 2)减小减小,正正减小减小,c c(HI)(HI)增大增大,逆逆增大；增大；某一时刻：某一时刻：正正=逆逆，系统组成不变，到达平衡状态。，系统组成不变，到达平衡状态。第39页特征：特征：（1）系统组成不再随时间而变。）系统组成不再随时间而变。（2）化学平衡是动态平衡。）化学平衡是动态平衡。（3）平衡组成与到达平衡路径无关。）平衡组成与到达平衡路径无关。在一定条件下，可逆反应处于化学平衡状态：在一定条件下，可逆反应处于化学平衡状态：第40页二二.(试验试验)平衡常数平衡常数1.表示式表示式控速步骤控速步骤反应：反应：aA+bBgG+dD 正正=k(cA)a(cB)b 逆逆=k(cG)g(cD)d化学平衡时：化学平衡时：正正=逆逆kAaBb=kGgDd KC=k/k=第41页a.对于溶液中反应对于溶液中反应Kc=nA、B、G、D分分别别代代表表了了物物质质A、B、G、D在平衡时浓度；在平衡时浓度；nKc为浓度平衡常数；单位：为浓度平衡常数；单位：(molL-1)n=(g+d)(a+b)=0时，时，Kc无量纲，无量纲，0时，时，Kc有量纲，有量纲，第42页b.对于气相中反应对于气相中反应aA+bBgG+dD压力平衡常数压力平衡常数Kp=Kp为为压压力力平平衡衡常常数数，KP量量纲纲：(Pa)，(kPa)，(atm)，=0时，时，KP无量纲，无量纲，0时，时，KP有量纲有量纲pG，pD，pA，pB ：分分别别代代表表了了气气态态物物质质A、B、G、D平衡时分压平衡时分压第43页反应物、生成物都近乎理想气体反应物、生成物都近乎理想气体理想气体方程状态理想气体方程状态p=cRTc.KP与与KC关系关系KP=KC(RT)(只应用于单纯气态反应只应用于单纯气态反应)=0时，时，KP=Kc第44页例例：Zn(S)+2H+(aq)H2(g)+Zn2+(aq)Kx=Zn2+p(H2)/H+2Kx：Pa(molL 1)1，kPa(molL 1)1，atm(molL 1)1，第45页三三.标准平衡常数标准平衡常数相对浓度或相对压力相对浓度或相对压力标准平衡常数标准平衡常数K 对于反应对于反应aA+bBgG+dD则相对浓度或相对压力为：则相对浓度或相对压力为：pir=pi/p p=105Pa气体气体 cir =ci/c c=1molL-1溶液溶液 pxr=px/p cxr=cx/c相相对对浓浓度度或或相相对对压压力力表表示示物物质质量量相相对对大大小小，是是纯纯数数；平平衡衡时时，它它们们之之间间数数值值上上关关系系定定义义为为标标准准平平衡衡常常数数K第46页1.气相反应气相反应Ka A(g)+b B(g)gG(g)+dD(g)(pG/p)g(pD/p)dK=(pA/p)a(pB/p)b K无量纲无量纲平衡时：气态物质分压为平衡时：气态物质分压为px则物质则物质X相对压力为相对压力为px/p p 为标准压力，为标准压力，1 105Pa,1 102kPa,1atm第47页2.溶液相反应溶液相反应KaA+bBgG+dD(G/c)g(D/c)dK=(A/c)a(B/c)b溶液中溶液中:物质浓度为物质浓度为cxmolL 1物质物质X相对浓度为相对浓度为cx/cc为标准浓度为标准浓度1molL 1第48页Zn(s)+2H+(aq)H2(g)+Zn2+(aq)(p(H2)/p)(Zn2+/c)K=(H+/c)23.对于复相反应对于复相反应标准平衡常数定义：标准平衡常数定义：对对某某一一化化学学反反应应式式，以以平平衡衡时时反反应应物物及及生生成成物物相相对对压压力力，相相对对浓浓度度数数值值应应用用到到质质量量作作用用定定律律中中，得得到到唯唯一一无量纲纯数，称为该反应在该温度下标准平衡常数无量纲纯数，称为该反应在该温度下标准平衡常数第49页4.书写化学平衡常数时注意事项书写化学平衡常数时注意事项（1）对于同一化学反应，）对于同一化学反应，K表示式和数值与化学方表示式和数值与化学方程式写法相关，所以指出程式写法相关，所以指出K同时，必须指明对应化同时，必须指明对应化学计量方程式。比如：学计量方程式。比如：第50页（2）对于有纯固体或纯液体参加反应，其）对于有纯固体或纯液体参加反应，其K表示式表示式中只包含气体分压。比如：中只包含气体分压。比如：（3）若稀溶液中水参加反应，则因为整个过程中）若稀溶液中水参加反应，则因为整个过程中水浓度能够视为常数，能够将它包含在水浓度能够视为常数，能够将它包含在K中，而在中，而在K表示式中不出现。表示式中不出现。第51页平衡常数只表现反应进行程度，即可能平衡常数只表现反应进行程度，即可能性问题，而不表现抵达平衡所需时间，性问题，而不表现抵达平衡所需时间，即现实性问题。即现实性问题。K越大，反应越彻底，反应倾向性越大；越大，反应越彻底，反应倾向性越大；K107正向进行；正向进行；K 40kJmol-1时；时；K在在10 7107之间，属于可逆反应范围之间，属于可逆反应范围第57页六六.多重平衡规则多重平衡规则第58页()1/22HI(g)(g)I(g)H22+=()-1 /)I(/)H(/)HI(222pppppp=22HI(g)(g)I21(g)H21+第59页例题：已知例题：已知25时反应时反应解：解：反应反应+得：得：=0.450.051=0.0232BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)I2(g)+Br2(g)2IBr(g)=0.051计算反应计算反应2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)=0.452BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)第60页第61页七七.相关化学平衡计算相关化学平衡计算n在相关化学平衡计算中，通常碰到是已知转化率求化在相关化学平衡计算中，通常碰到是已知转化率求化学平衡常数；已知平衡常数求平衡转化率和各物质平学平衡常数；已知平衡常数求平衡转化率和各物质平衡分压等问题。衡分压等问题。（1）利用平衡常数求物质或产物浓度，求反应物转化率。）利用平衡常数求物质或产物浓度，求反应物转化率。反应物起始浓度反应物起始浓度 反应物平衡浓度反应物平衡浓度平衡转化率平衡转化率=100%反应物起始浓度反应物起始浓度（2）利用试验数据求平衡常数。）利用试验数据求平衡常数。第62页解：解：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)H2(g)初浓初浓/moldm-30.20.200平衡平衡/moldm-30.2-x0.2-xxxx2/(0.2-x)2=1解得解得:CO2=0.1moldm-3=H2=CO=H2O转化率转化率=0.1/0.2100%=50%例例1:1:在一个在一个10L10L密闭容器中密闭容器中,以一氧化碳与水蒸气混合以一氧化碳与水蒸气混合加热时加热时,存在以下平衡存在以下平衡,CO(g)+HCO(g)+H2 2O(g)=COO(g)=CO2 2(g)(g)H H2 2(g)(g)在在800800CC时时,若若K Kc c=1,=1,用用2molCO2molCO及及2molH2molH2 2O O相互混合相互混合,加热到加热到800800C,C,求平衡时各种气体浓度以及求平衡时各种气体浓度以及COCO转化率转化率第63页 在在其其余余条条件件相相同同前前提提下下,K K 值值越越大大,转转化化率越高率越高,反应进行程度越高反应进行程度越高.解解:?Kc=1,转化率转化率a1=50%;Kc=9,转化率转化率a2=75%t 0 0.02 0.02 0.00 0.00 te 0.02-x 0.02-x x xKa第64页解：解：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)平衡压力平衡压力/106Pa，4.1312.363.53K=1.63 10-5 Kp=1.598 10-15(Pa)-2例例2:合成氨反应在合成氨反应在500C建立平衡建立平衡 p(NH3)=3.53 106Pa,p(N2)=4.13 106Pa,p(H2)=12.36 106Pa,试分别求该试分别求该反应反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)标准平衡常标准平衡常数数K与经验平衡常数与经验平衡常数Kp，Kc。Kp =Kc(RT)nn=-2Kc =Kp/(RT)-2=6.60 10-8mol-2L2第65页例例3、计算、计算298K时，反应时，反应H2(g)CO2(g)=H2O(g)+CO(g)在在(1)标准状态下，标准状态下，(2)起始压力为起始压力为pH24 105Pa,pCO25 104Pa,pH2O2 102Pa,pco5 102Pa时反应时反应方向及该反应方向及该反应K解（解（1）H2(g)CO2(g)=H2O(g)+CO(g)fG/kJmol-10-394.4-228.6-137.2 G=28.6kJmol-10,标态下非自发标态下非自发,逆向自发逆向自发第66页(3)Q=5 102/1 105 2 102/1 105/4 105/1 105 5 104/1 105=5 10-6K所以该反应正向自发进行。所以该反应正向自发进行。（2）G-RTlnK28600-8.314 298lnKK=9.698 10-6第67页解：解：2HI(g)=H2(g)+I2(g)初初/molL-1200平平/molL-12-2xxxKc=210-2x=0.2204molL-1分解率分解率=100%=22.04%例例4:在高温时在高温时2HI(g)=H2(g)+I2(g)分解分解,在在一密闭容器中一密闭容器中,有有2molHI,在在440时到达化学平时到达化学平衡，其衡，其Kc=210-2，求，求HI分解率。分解率。第68页八八.化学平衡移动化学平衡移动LeChatelier原理原理假如改变平衡体系条件之一，如温度、压力或假如改变平衡体系条件之一，如温度、压力或浓度，平衡就向减弱这个改变方向移动。浓度，平衡就向减弱这个改变方向移动。1.浓度（或分压）影响浓度（或分压）影响改变浓度（或分压），能够改变反应商改变浓度（或分压），能够改变反应商Q，而不改变，而不改变K，则，则QKT,致使平衡移动。致使平衡移动。由热力学等温方程和反应商关系式可知：温度不变时由热力学等温方程和反应商关系式可知：温度不变时，增加反应物浓度（或分压）或者降低产物浓度（或，增加反应物浓度（或分压）或者降低产物浓度（或分压），分压），Q将降低，将降低，0，使平衡左移。，使平衡左移。第69页例例.(1)已知已知CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=9，若若CO和和H2O起始浓度分别为起始浓度分别为2molL-1,计算计算CO(g)在在673K时最大转化率。时最大转化率。(2)当当H2O起始浓度变为起始浓度变为4molL-1,CO最大转化最大转化率为多少？率为多少？第70页CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)起起2.02.000平平2.0-x2.0-xxx K=9x=1.5molL-1CO最大转化率为最大转化率为：1.5/2100%=75%解：解：(1)已知已知 K=9第71页(3)CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)起起2.04.000平平2.0-y4.0-yyy K=9y=1.84moldm-3CO最大转化率为最大转化率为:100%=92%第72页2.总压力影响总压力影响改变总压力与改变浓度（或分压）本质上相同，改变总压力与改变浓度（或分压）本质上相同，只改变只改变Q，不改变，不改变K，造成平衡移动，造成平衡移动。将将pB=xBp总总式代入反应商表示式中得式代入反应商表示式中得第73页第74页例例：（：（题目题目难度较大）难度较大）325K时时，设设反反应应N2O4(g)=2NO2(g)平平衡衡总总压压为为1.00 105Pa，N2O4分分解解率率为为50.2%，若若保保持持反反应应温温度度不不变变，增增大大平平衡衡压压力力至至106Pa时时,N2O4分分解率是多少解率是多少?第75页 p(N2O4)=p总总=p总总=3.316 104Pa p(NO2)=p总总=p总总=6.68 104Pa解：解：N2O4(g)2NO2(g)平衡前分压平衡前分压p 0平衡时平衡时p p 2 p 平衡时，体系总压力为平衡时，体系总压力为 p p+2 p=p(1+)=105Pa，解得解得:p=6.66 104Pa 第76页 K =1.344平衡总压力为平衡总压力为1.0 106Pa时，时，p(N2O4)+p(NO2)=p(1+)=106Pa (p为平衡前为平衡前N2O4压力压力)，平衡时平衡时:p(N2O4)=106 p(NO2)=106 第77页K =1.344(106 2)/(1+)/105)2K =1.344(106(1 )/(1+)/105)(10 2)2=1.34410(1 )/(1+)=0.180压压力力增增大大后后，转转化化率率降降低低.即即：压压力力增增大大时时，平平衡衡向向气体摩尔量降低方向移动。气体摩尔量降低方向移动。第78页自测题：自测题：(1)2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),K1 (2)H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g),K2 (3)2H2O(g)=2H2(g)+O2(g),K3 同一温度，上述各反应平衡常数之间关系是同一温度，上述各反应平衡常数之间关系是 A.K1=K2 =K3;B.K1 2=K2=1/K3;C.K1=K2 2=1/K3;D.K1=1/K2=K3答案：答案：C第79页3.温度影响温度影响温度对平衡影响与浓度（或分压）和总压力对平衡温度对平衡影响与浓度（或分压）和总压力对平衡影响有着本质区分。温度改变，主要是经过改变影响有着本质区分。温度改变，主要是经过改变K使得使得QK，从而造成平衡移动。，从而造成平衡移动。由范特霍夫方程知，对正向吸热反应，升温使由范特霍夫方程知，对正向吸热反应，升温使K增增大，平衡右移；对于正向放热反应，升温使大，平衡右移；对于正向放热反应，升温使K减小减小，平衡左移。，平衡左移。第80页分析分析：因 rGm(T)=-2.303RTlgKrGm(T)=rHm-TrSm故 -2.303RTlgK =rHm-TrSm（1）（2）第81页吸热反应：rHm 0，升温 T2 T1，K2 K1平衡向降低温度即吸热方向移动。放热反应：rHm T1，K2 0.达平衡时达平衡时,问问(1)反应物与生成物浓度是否一定相等反应物与生成物浓度是否一定相等?(2)若增加任一反应物或生成物浓度若增加任一反应物或生成物浓度,是否影响其它是否影响其它反应物或生成物浓度反应物或生成物浓度?(3)温度升高温度升高,Kc怎样改变怎样改变?平衡向何方移动平衡向何方移动?(4)若增大致系总压若增大致系总压,Kp有何改变有何改变?平衡移动否平衡移动否?(5)若平衡条件不变若平衡条件不变,加入催化剂加入催化剂,是否会影响平衡状是否会影响平衡状态改变态改变?第84页 催化剂不能使化学平衡发生移动。催化剂不能使化学平衡发生移动。催化剂使正、逆反应活化能减小相同催化剂使正、逆反应活化能减小相同量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，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，也不改变反应但不能改变标准平衡常数，也不改变反应商。商。催化剂只能缩短反应到达平衡时间，催化剂只能缩短反应到达平衡时间，不能改变平衡组成不能改变平衡组成。尤其说明:第85页 化学反应速率与化学平衡应综合考虑应用化学反应速率与化学平衡应综合考虑应用低温、加压有利于平衡正向移动。但低温反应速率低温、加压有利于平衡正向移动。但低温反应速率小。小。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)以合成氨为例：以合成氨为例：1molkJ22.92-=在实际生产中，在实际生产中，T=（460550），32MPa，使用铁系催化剂。使用铁系催化剂。第86页