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专题 2 化学反应速率和化学平衡

专题 2 化学反应速率和化学平衡. 第二单元　 化学反应的方向和限度. （三）化学平衡常数. 化学平衡状态. 反应速度 v. ｖ正. 化学平衡. ｖ正=ｖ逆. ｖ逆. 时间 t. 化学平衡状态有以下几个重要特点：. 1. 只有在恒温下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡，这是建立平衡的前提；. 2. 正、逆反应速度相等是平衡建立的条件；. 3. 达到平衡时各物质的浓度都不再随时间改变，这是建立平衡的标志；. 4. 化学平衡是有条件的平衡，当外界条件改变时，正、逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立新的动态平衡；.

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专题 2 化学反应速率和化学平衡

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Presentation Transcript

  1. 专题2 化学反应速率和化学平衡 第二单元　 化学反应的方向和限度

  2. （三）化学平衡常数

  3. 化学平衡状态 反应速度 v ｖ正 化学平衡 ｖ正=ｖ逆 ｖ逆 时间t

  4. 化学平衡状态有以下几个重要特点： 1.只有在恒温下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡，这是建立平衡的前提；

  5. 2.正、逆反应速度相等是平衡建立的条件； 3.达到平衡时各物质的浓度都不再随时间改变，这是建立平衡的标志；

  6. 4.化学平衡是有条件的平衡，当外界条件改变时，正、逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立新的动态平衡；4.化学平衡是有条件的平衡，当外界条件改变时，正、逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立新的动态平衡； 5.可逆反应可从左自右达到平衡状态，也可从右向左达到平衡状态。

  7. 一、化学平衡定律 在一定温度下，某个可逆反应达到平衡时，产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。这个关系称为平衡定律。

  8. [E]e [D]d K = ———— [A]a [B]b 平衡定律表达式 aA +bB eE + dD

  9. 注意： 1.平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但各物质浓度值与初浓度有关。 2.平衡常数与各物质初浓度无关，但与温度有关。

  10. 例题：合成氨反应N2+3H2 2NH3在某温度下达平衡时，各物质的浓度是：c(N2)=3mol·L-1，c(H2)=9 mol·L-1，c(NH3)=4 mol·L-1。求：该温度时的平衡常数和N2、H2的初时浓度。

  11. c2 [NH3] 42 Kc = ———— = —— = 7.32×10-3 3×93 c[N2]c3 [H2] c(N2) ＝c[N2]+1/2c[NH3] ＝3+2＝5 mol·L-1 c(H2) ＝c[H2]+3/2c[NH3] ＝9+6＝15 mol·L-1 解：N2+3H2 2NH3 由平衡定律求平衡常数 据物料平衡求初时浓度

  12. 答:该温度时合成氨反应的化学平衡常数是7.32×10-3，N2和H2的初时浓度分别为5 mol·L-1和15 mol·L-1

  13. 二、书写平衡常数关系式的规则 原 则: 各项平衡浓度项只包括浓度可以变化的项(即变量)。

  14. 1.关系式中不包括固体和纯液体物质浓度项(因为它们的浓度为常数)，只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。1.关系式中不包括固体和纯液体物质浓度项(因为它们的浓度为常数)，只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。

  15. 2.水溶液中的反应如有水参加，水浓度为常数，不写在平衡关系式中。但对非水溶液反应，如有水生成或有水参加，必须写上。2.水溶液中的反应如有水参加，水浓度为常数，不写在平衡关系式中。但对非水溶液反应，如有水生成或有水参加，必须写上。

  16. c[CH3COOC2H5 ]c[H2O ] K = c[CH3COOH]c[C2H5 OH ] 如醋酸和乙醇的酯化反应: C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O

  17. 3.同一化学反应，平衡常数关系式因化学方程式的写法不同而异。3.同一化学反应，平衡常数关系式因化学方程式的写法不同而异。 N2O4(g) 2NO2 (g) K1=0.36 N2O4(g) NO2(g) K2=K1 =0.60 2NO2(g) N2O4(g) K3= 1/K1=2.78

  18. PE e PDd Kp = ———— PAa PBb cc [C]cd [D] Kc = ———— ca [A]cb [B] 4.对于气态反应，除了可以用平衡常数Kc表示外,还可以用压力平衡常数表示。 aA +bB cC + dD Kp称压力平衡常数

  19. [nCRT]c [nDRT]d Kp = —————— = Kc(RT)(e+d-a-b) [nART]a [nBRT]b Kc和Kp的关系可以推导如下: 令c+d-a-b = n Kp = Kc(RT) n piV=niRT pi=ciRT 想一想：在什么条件下 Kp = Kc

  20. 例题: 写出下列逆反应的平衡常数Kc和Kp的表达式： (1) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O(g) (2) C(s) + O2 CO2 (3)Fe2O3(s)+3H2 2Fe(s)+3H2O(g) (4) CaCO3(s) CaO(s) + CO2↑

  21. c(CO2)c2 (H2O) (1)Kc= c(CH4)c2 (O2) p(CO2)p2 (H2O) (1)Kp= p(CH4)p2 (O2)

  22. c(CO2) (2)Kc= c (O2) p(CO2) (2)Kp= p (O2)

  23. c3(H2O) (3)Kc= c3 (H2) p3(H2O) (3)Kp= p3 (H2)

  24. (4)Kc=c (CO2) (4)Kp=p(CO2)

  25. 三、平衡常数的意义 1.判断反应进行的程度，估计反应的可能性。K值越大，反应越完全，K值越小，反应越不完全。 2.判断反应进行的方向。

  26. 平衡状态是反应进行的最大限度。如：2(g)+O2(g)2NO(g)平衡状态是反应进行的最大限度。如：2(g)+O2(g)2NO(g) Kc=1×10-30(298K) 这意味着298K时，N2和O2基本上没有进行反应，反之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡时NO实际上全部分解为N2和O2。

  27. ①平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。①平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。 注意 如：2SO2(g)+O2===2SO3(g) 298K时Kp很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。

  28. ②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行。②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行。 如:N2+O22NO Kc=10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能的。

  29. 因此没有必要在该条件下进行实验，以免浪费人力物力。或者改变条件使反应在新的条件下进行比较好一些。因此没有必要在该条件下进行实验，以免浪费人力物力。或者改变条件使反应在新的条件下进行比较好一些。

  30. 平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。 一个化学反应是否达到平衡状态，它的标志就是各物质的浓度将不随时间改变，而且产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。

  31. 如: aA+bBcC+dD 只有当： (cc[C]cd[D])/(ca [A] cb [B])=Kc时，体系才处于平衡状态。 我们可以改变各组分的浓度来改变平衡点，但在一定温度下平衡常数不会改变。

  32. 如果 (cc[C]cd[D])/(ca [A] cb [B]) ≠Kc说明这个体系未达到平衡状态，此时可能有两种情况： ① (cc[C]cd[D])/(ca [A] cb [B]) )<Kc 则反应正向进行。 ② (cc[C]cd[D])/(ca [A] cb [B])>Kc则反应逆向进行。

  33. 可见只要知道一定温度下，某一反应的平衡常数，并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是平衡状态还是向某一方向进行。可见只要知道一定温度下，某一反应的平衡常数，并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是平衡状态还是向某一方向进行。 通常我们把 (cc[C]cd[D])/(ca [A] cb [B])=Qc，称为浓度商。

  34. ∴Qc<Kc，正向反应自发进行 ∴Qc=Kc，反应达到平衡状态 (即反应进行达到最大限度)； ∴Qc>Kc，逆向反应自发进行。 如果是气相反应可用： Qp=[pc(C) pd(D)]/[pa(A)pb(B)] 分压商来表示。

  35. cc(C)cd (D) Qc= ca(A)cb (B) pc(C)pd (D) Qp= pa(A)pb (B)

  36. 想一想:平衡状态的浓度商或压力商, 就是反应的平衡常数。这 种说法对吗？ 对，浓度商与平衡常数的表达式是相同的，平衡常数是浓度商的一种特例。

  37. 判断下列说法是否正确： 1、根据反应式2P + 5Cl2 2PCl5可知，如果2 mol的P和5 mol的 Cl2混合，必然生成2 mol 的PCl5。( ) F 因为可逆反应就不可能完全反应。

  38. 2、任何可逆反应在一定温度下，不论参加反应的物质浓度如何不同，反应达到平衡时，各物质的平衡浓度相同。( ) F 各物质的浓度不随时间而变不等于各物质的浓度相等。

  39. 3、可逆反应达到平衡后，增加反应物浓度会引起KC改变。( ) F 反应常数与温度有关，与浓度无关。

  40. 4、一个反应体系达到平衡时的条件是正逆反应速度相等。( ) T 这是化学平衡的条件。

  41. 三、平衡转化率 平衡转化率= 平衡时已转化了的某反应物的量 转化前该反应物的量 ×100%

  42. 例题： 一氧化碳变换反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在773K时,平衡常数Kc=9，如反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020 mol·L，计算在这条件下，CO的转化率最大是多少？

  43. x2 K = ———— = 9 (0.020-x)2 解： 设平衡时CO2和H2的浓度为xmol·L CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) c(始): 0.020 0.020 0 0 c(平): 0.020-x 0.20-x x x 解得:x=0.015 (mol·L-1 )

  44. 0.015 转化率 = —— ×100 = 75 % 0.020 答: 该反应在所给条件下的最大转化率是75%。

  45. 四、多重平衡规则 某个反应可以表示为两个反应的和(或差)，则总反应的平衡常数等于各分反应平衡常数之积(或商)。这个关系称为多重平衡规则。

  46. <1> H2(g) + O2 H2O(g) K1 <2> CO2(g) CO(g)+ O2 K2 <3> H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO(g) K3 <3> = <1> + <2>

  47. c(H2O) c(CO) K3= c(H2) c (CO2) c(H2O) c(CO) c(O2) = · c(H2)c(O2) c (CO2) =K1K2 同理：<1> = <3> - <2>K1 = K3 / K2

  48. 推论: 反应<1>×m=反应<2> K1m = K2 反应<1>÷m =反应<2> K11/m = K2 注意：在处理多重平衡关系中,所有平衡常数必须在同一个温度。

  49. 例题：已知973K时下述反应： SO2(g)+0.5O2(g)SO3(g)　K1=20 NO2(g)NO(g)+0.5O2　　K2=0.012 求反应： SO3(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)的Kc。 解：由多重平衡规则： Kc=K1·K2=20×0.012=0.24 注：所有平衡常数必须在同一温度下，因为K随温度而变化；

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