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1、关于化学反应速率与化学平衡关于化学反应速率与化学平衡(3)第一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月学学 习习 要要 点点 理解反应速率的概念、表示方法和反应速率方程；理解反应速率的概念、表示方法和反应速率方程；理解并掌握浓度（或分压）、温度、催化剂对化学反应理解并掌握浓度（或分压）、温度、催化剂对化学反应 速率的影响并会应用；速率的影响并会应用；掌握标准平衡常数的概念及表达式的书写；掌握标准平衡常数的概念及表达式的书写；掌握转化率的概念及有关计算和应用；掌握转化率的概念及有关计算和应用；运用平衡移动原理说明浓度、压力、温度对化学平衡运用平衡移动原理说明浓度、压力、温度对化学平衡 移动的影
2、响。移动的影响。第二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 2.1 化学反应速率化学反应速率 反应速率是指给定条件下反应物通过化学反应转化为产物的速率，常用单位时间内反应物浓度的减少或者产物浓度的增加来表示。浓度常用mol.L-1，时间常用s，min，h。反应速率分为平均速率和瞬时速率两种表示方法。第三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月1.平均平均 速率速率例如例如 反应反应 2N2O5=4NO2+O2 在一定时间内反应物及产物浓度的变化实在一定时间内反应物及产物浓度的变化实验数据如下（验数据如下（300 ）第四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月前前100s 内反应的平均速
3、率为：内反应的平均速率为：只是0100 s内N2O5的分解反应的平均速率。每个时间间隔速率都不一样，而且在每个时间间隔里，任何时间内的速率都是不一样的。第五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月显然，用反应物或产物表示都可以，但速率大显然，用反应物或产物表示都可以，但速率大小不同。小不同。实际工作中如何选择，往往取决于哪一种实际工作中如何选择，往往取决于哪一种物质更易通过试验监测其浓度变化物质更易通过试验监测其浓度变化.第六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.瞬时速率瞬时速率 瞬时速率只能用作图的方法得到瞬时速率只能用作图的方法得到.第七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月
4、2.2 反应速率理论反应速率理论1.碰撞理论碰撞理论首要条件首要条件-碰撞。碰撞。(1)能量因素能量因素 活化分子活化分子:那些具有足够高的能量、能那些具有足够高的能量、能够发生有效碰撞的分子够发生有效碰撞的分子活化能活化能:要使普通分子成为活化分要使普通分子成为活化分子所需的最小能量子所需的最小能量,用用Ea表示。即要表示。即要使使1mol具有平均能量的分子转化成具有平均能量的分子转化成活化分子所需吸收的最低能量。活化分子所需吸收的最低能量。气体分子的能量分布曲线第八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月(2)方位因素方位因素 碰撞理论，较成功地碰撞理论，较成功地解释了反应物浓度、解释了
5、反应物浓度、反应温度对反应速反应温度对反应速率的影响等，但也率的影响等，但也存在一些局限性。存在一些局限性。合适合适方向方向不合适的不合适的方向方向 化学反应的方位因素第九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 2.过渡状态理论过渡状态理论 碰撞前碰撞前过渡态过渡态碰撞后碰撞后 A+BC ABC AB+C第十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.3 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素一一、浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的
6、分子有效碰撞的总的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的分子有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。数也就增多，因而反应速率加快。第十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月1质量作用定律质量作用定律 在一定温度下，基元反应的速率与各反应物的浓度（以反应方程式中的计量系数为指数）的乘积成正比。基元反应基元反应：m A +n B =x G =k(cA)m (cB)n 注：速率方程中反应物的浓度只涉及气体或溶液的浓度。注：速率方程中反应物的浓度只涉及气体或溶液的浓度。第十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2反应级数反应级数反应级数的意义：l 表示了反应速率与物质的量浓度的关系；l
7、零级反应表示了反应速率与反应物浓度无关。基元反应 m A +n B =x G =k(cA)m (cB)n m+n 表示该反应级数。对于物质A是m级反应，对物质B是n级反应第十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月3速率常数速率常数l 可理解为当反应物浓度都为单位浓度时的 反应速率；l k由化学反应本身决定，是化学反应在一 定温度时的特征常数；l 相同条件下，k值越大，反应速率越快；l k的数值与反应物的浓度无关。受温度、催化剂影响。第十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月二、温度对化学反应速率的影响二、温度对化学反应速率的影响温度升高时，绝大多数反应的速率都会加快。温度升高时，绝
8、大多数反应的速率都会加快。温度升高使反应速率显著提高的原因是：温度升高使反应速率显著提高的原因是：活化分子百分数增大活化分子百分数增大 分子运动速率加快分子运动速率加快,反应物分子间碰撞频率增大反应物分子间碰撞频率增大.第十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 三、催化剂对化学反应速率的影响三、催化剂对化学反应速率的影响催化作用的特征催化作用的特征:l1.催化剂只能改变反应速率,不能改变反应方向。l2.催化剂只能缩短可逆反应达到平衡的时间,不能改变平衡状态。l3.催化剂参与反应过程,改变反应途径,降低反应活化能。第十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月四、影响反应速率的其他因素
9、四、影响反应速率的其他因素l接触面大小、扩散速率和接触机会等接触面大小、扩散速率和接触机会等 在化工生产中，常将大块固体破碎成小块或磨成粉末，以增大接触面积；对于气液反应，将液态物质采用喷淋的方式来扩大与气态物质的接触面；还可对反应物进行搅拌、震荡、鼓风等方式以强化扩散作用。l 让生成物及时离开反应体系，使反应物能充分接触。l另外，超声波、紫外光、激光和高能射线等也会对某些反应的速率产生较大的影响。第十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.4 化学平衡化学平衡 一、化学平衡常数一、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 a A+Bb=dD+eE 浓度平衡常数浓度平
10、衡常数 C平衡浓度平衡浓度压力平衡常数（气体）压力平衡常数（气体）p平衡分压平衡分压第十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 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 a A（aq)+Bb（aq)=dD（aq)+eE（aq)c=1moll-1对气相反应 a A（g)+Bb（g)=dD（g)+eE（g)P=100Kpa第十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月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:l（1）同一反应式,如果书写形式不同,则平衡常数的表达式不相同。l（2）气体以相对平衡分压表示,溶液以相对平衡浓度表示,纯固(液)体不写入
11、平衡常数的表达式中。l（3）在水溶液中的反应,水的浓度不写入平衡常数的表达式中。l（4）总反应的平衡常数等于分步反应的平衡常数之积(即如果反应式相加减,则平衡常数相乘除)。第二十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月3平衡常数的意义平衡常数的意义l（1）平衡常数是可逆反应的特征常数。对同类反应来说，K 越大，反应进行得越完全。l（2）由平衡常数可以判断反应是否处于平衡态和处于非平衡态时反应进行的方向。第二十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月某一化学反应：某一化学反应：m A(g)+n B(g)x G(g)+y D(g)(pG/p)x(pD/p)y Q =(pA/p)m (pB/p
12、)n Q 称为反应商称为反应商 pA、pB、pG、pD 为任意状态（非平衡状态）时的分压。为任意状态（非平衡状态）时的分压。第二十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月【应用】由Q与K 的相对大小来判断反应进行的方向 Q K 时，反应逆向进行 Q=K 时，反应达到平衡第二十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月例例2-1：目前我国的合成氨工业多采用中温（500）及中压（2.03104kPa）下操作。已知此条件下反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的K=1.5710-5。若反应进行至某一阶段时取样分析，得到数据：11.6%NH3，22.1%N2，66.3%H2(体积分数)。试判
13、断此时合成氨反应是否已完成（即是否达到平衡状态）。第二十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解解：要预测反应方向，需将反应商Q与K进行比较。根据题意由分压定律可以求出该状态下系统各组分的分压，即由 pi =p总 p总=2.03104 kPa得到:p(NH3)=2.03104 kPa11.6%=2.35103 kPa p(N2)=2.03104 kPa22.1%=4.49103 kPa p(H2)=2.03104 kPa66.3%=1.35104 kPa 第二十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 QK 说明系统尚未达到平衡状态，反应还需进行一段时间才能完成。第二十六张，PPT共
14、八十三页，创作于2022年6月4多重平衡的平衡常数多重平衡的平衡常数l多重平衡多重平衡:通常遇到的化学平衡系统中，往往同时存在多个化学平衡，并且相互联系，一种物质同时参与几种平衡。在同一系统中，一种物质的浓度（或分压）只有一个，应同时满足各个平衡式。l多重平衡的规则：多重平衡的规则：在相同条件下，如有两个反应方程式相加（或相减）得到第三个反应方程式，则第三个反应方程式的平衡常数为前两个反应方程式平衡常数之积（或商）。第二十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月二、平衡常数与平衡转化率二、平衡常数与平衡转化率 平衡转化率（简称转化率）来表示可逆反应进行的程度。它是指反应达到平衡时，反应物转
15、化为生成物的百分率：某反应物已转化的量 =100%某反应物的总量若反应前后体积不变，反应物的量可用浓度来表示：某反应物的起始浓度 某反应物的平衡浓度=100%某反应物的起始浓度第二十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月平衡常数和转化率的异同点平衡常数和转化率的异同点:l相同点相同点:都能表示反应进行的程度.l不同点不同点:平衡常数K与系统的起始状态无关，只与温度有关；转化率除与温度有关外，还与反应物的起始状态有关，并必须指明是哪种反应物的转化率，反应物不同，转化率的数值往往不同。第二十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月例例2-2：在298K时，AgNO3和Fe(NO3)2溶液
16、发生如下反应：Fe2+Ag+Fe3+Ag反应开始时，Fe2+和Ag+离子浓度各为0.100 molL-1，达到平衡时Fe2+的转化率为19.4%。求：（1）平衡时Fe2+，Ag+和Fe3+各离子的浓度；（2）298K时的平衡常数。第三十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解：解：（1）Fe2+Ag+Fe3+Ag起始浓度c 0/（molL-1）0.100 0.100 0 变化浓度c变/（molL-1）-0.119.4%-0.119.4%0.119.4%=-0.0194 =-0.0194 =0.0194平衡浓度c/molL-1 0.1-0.10019.4%0.1-0.119.4%0.0194
17、 =0.0806 =0.0806平衡时：c(Fe2+)=c(Ag+)=0.0806 molL-1 c(Fe3+)=0.0194 molL-1 (2)第三十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.5 化学平衡的移动化学平衡的移动 平衡移动：平衡移动：从旧的平衡状态转变为新的平衡状态的过程，称为平衡移动。第三十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 1.浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 对于化学反应对于化学反应 a A+b B g G+d D 增大反应物浓度或减小生成物浓度时增大反应物浓度或减小生成物浓度时，Q减减小，平衡正向移动；小，平衡正向移动；减小反应物浓度或增大生成物
18、浓度时减小反应物浓度或增大生成物浓度时，Q增增大，平衡逆向移动。大，平衡逆向移动。第三十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月例例2-3：在例2-2的平衡体系中，维持温度不变，如再加入一定量的Fe2+，使增加的Fe2+为0.100 molL-1，求：（1）平衡将向什么方向移动？（2）再次达到平衡时，Fe2+，Ag+和Fe3+各离子的浓度；（3）Ag+的总转化率。第三十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解解:（1）欲知平衡向什么方向移动，需将Q与K进行比较。因温度不变，K与例2-2相同，为2.99。刚加入Fe2+时，溶液中各种离子的瞬时浓度为:c(Fe2+)=0.181 molL
19、-1 c(Fe3+)=0.0194 molL-1 c(Ag+)=0.0806 molL-1 由于QK，所以平衡向右移动。(2)Fe2+Ag+Fe3+Ag起始浓度c 0/（molL-1）0.181 0.0806 0.0194平衡浓度c/（molL-1）0.181-x 0.0806-x 0.0194+x x=0.0139 molL-1第三十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月则 c(Fe2+)=(0.181-0.0139)molL-1=0.167 molL-1 c(Ag+)=(0.0806-0.0139)molL-1=0.0667 molL-1 c(Fe3+)=(0.0194+0.0139
20、)molL-1=0.0333 molL-1（3）加入Fe2+后，Ag+的转化率由19.4%提高到33.3%。第三十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月启示启示:在化工生产中，为了充分利用某一反应物，常让价格相对较低的另一反应物过量，以提高前者的转化率；还可以通过从平衡系统中不断移出生成物，使平衡向右移动，提高转化率。例如煅烧石灰石制造生石灰的反应：CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）CO2不断从窑炉中排出，提高了CaCO3的转化率，使CaCO3完全分解。第三十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 2.压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响l压力变化只对那些反应前后气体分
21、子数有变化的反应平衡系统有影响；l在恒温下，增大压力，平衡向气体分子数减少的方向移动；减小压力，平衡向气体分子数增加的方向移动。第三十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月在恒温条件下，在平衡系统中加入不参与反应的其在恒温条件下，在平衡系统中加入不参与反应的其它气态物质（如稀有气体），则：它气态物质（如稀有气体），则：l若总体积不变总体积不变，则系统的总压增加，无论v0，v0或v=0，平衡都不移动。这是因为平衡系统的总压虽然增加，但各物质的分压并无改变，Q和K仍相等，平衡状态不变。l若总压维持不变总压维持不变，则总体积增大（相当于系统原来的压力减小），此时若v0，QK，平衡将移动。平衡移
22、动情况与前述压力减小引起的平衡变化一样。第三十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月例例2-4：1000，总压力为3000 kPa下，反应CO2（g）+C（s）2CO(g)达到平衡时，CO2的摩尔分数为0.17。当总压减至2000 kPa时，问CO2的摩尔分数为多少？由此得出什么结论？第四十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解解：设达到新的平衡时，CO2的摩尔分数为x，CO的摩尔分数为1 x，则 p(CO2)=p总 x(CO2)=2000 x kPa p(CO)=p总 x(CO)=2000(1-x)kPa将以上各值代入平衡常数表达式：若已知K，即可求得x。因系统温度不变，降低压力
23、时K值不变，故K可由原来的平衡系统求得。第四十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月原来平衡系统中：p(CO)=3000(1-0.17)=2490 kPa p(CO2)=3000 0.17=510 kPa将K值代入上式：x=0.126 0.13 总压降低，CO2的摩尔分数减少了，说明反应向右移动。此例又一次证实当气体总压降低时，平衡将向气体分子数增多的方向移动。第四十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 3.温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响对于吸热反应:当T2 T1 时，平衡右移（吸热方向）T2 T1 时，平衡左移（吸热方向）T2 T1 时，平衡右移（放热方向）温度的变化
24、，将使 K 改变，从而影响平衡。第四十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月4.催化剂与化学平衡 催化剂不会使平衡发生移动，但使用催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，缩短达到平衡的时间。由于平衡常数并不改变，因此使用催化剂并不能提高转化率。第四十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月5.平衡移动原理平衡移动原理吕吕查德里原理查德里原理 如果改变平衡系统中某个条件（如浓度、温度、压力），平衡总是向着减弱这个改变的方向移动。第四十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2-6 反应速率与化学平衡的综合应用反应速率与化学平衡的综合应用（1）使一种价廉易得的反应物过量，以提高另一种
25、原料的转化率。例如，在SO2氧化生成SO3的反应中，让氧气过量，使SO2充分转化。(2)升高温度能增大反应速率，对于吸热反应，还能增加转化率。(3)对于气体反应，增加压力会使反应速率加快，对分子数减少的反应还能提高转化率。（4）选用催化剂时，须考虑催化剂的催化性、活化温度、价格等，对容易中毒的催化剂需注意原料的纯化。第四十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）放热的可逆反应，而且反应后气体分子总数减少放热的可逆反应，而且反应后气体分子总数减少.一般采取以下措施提高SO2转化率：（1）加大反应物中加大反应物中O2的配比。的配比。SO2的价格较贵，故
26、以O2（来自空气）适当过量来提高的SO2转化率.（2）控制适当的温度控制适当的温度。温度升高，会使SO2转化率下降。但是温度偏低，又会使反应速率显著减慢。生产上采用多段催化氧化过程，在每一段都采取热交换措施，使反应始终控制在420450下进行。既保证较高的转化率，而且也能充分利用热量。（3）压力的选择。压力的选择。对于压力，似乎越大越好。但在常压下的SO2转化率已很高，无须加压。实际生产正是如此，即在常压下操作。第四十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月l（4）二次转化和二次吸收。二次转化和二次吸收。SO2通过转化炉后（转化率可达90%）进入吸收塔，其中的SO3被吸收。余下气体再次返回
27、转化炉。由于SO3不断从系统中取走，有利于SO2继续转化，总转化率可达99.7%。l（5）采用催化剂采用催化剂。Pt催化剂的转化率最高，所需温度最低。但Pt的价格昂贵，又容易中毒。金属氧化物V2O5的效果最好，故目前被普遍采用。催化剂的最佳使用温度在420450。第四十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.3 影响化学反应速率的因素 1.温度对反应速率的影响 一般来说，温度升高反应速率加快。温度升高:(1)分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频率增加(2)系统的平均能量增加，分子的能量分布曲线明显右移,增加 了活化分子百分数。1884年 荷兰人范特霍夫，近似规则：反应物浓度（或分压）
28、不变，温度每升高10K，反应速率一般增加24倍。第四十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.浓度对反应速率的影响 一般反应速率随反应物的浓度增大而增大。据反应速率理论，对于一确定的化学反应，一定温度下，反应物分子中活化分子所占的百分数是一定的，因此单位体积内的活化分子的数目与单位体积内反应分子的总数成正比，也就是与反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数增加，活化分子的数目相应也增多，单位体积、单位时间内的分子有效碰撞的总数也就增多，因而反应速率加快。第五十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 3.催化剂对反应速率的影响 对可逆反应，催化剂既能加快正反应速率也
29、能加快逆反应速率，因此催化剂能缩短平衡到达的时间。但不能改变平衡状态，反应的平衡常数不受影响。改变了反应的途径，与无催化反应的途径相比较，所需的活化能显著地降低,从而使活化分子百分数和有效碰撞次数增多，导致反应速率加快。第五十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月催化剂改变反应途径示意图第五十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月综上所述，催化剂有如下特点：(1)与反应物生成活化络合物中间体，改变反应历程，降低活化能，加快反应速率；(2)只缩短反应到达平衡的时间，不改变平衡位置，同时加快正逆向反应速率；(3)反应前后催化剂的化学性质不变；(4)催化剂有选择性。第五十三张，PPT共八
30、十三页，创作于2022年6月2.4 化学平衡2.4.1 可逆反应与化学平衡 同时可向正逆两个方向进行的化学反应称为可逆反应，并把从左向右进行的反应称作正反应；从右向左进行的反应则称作逆反应。例如在四个密闭容器中分别加入不同数量的H2(g)、I2(g)和HI(g)，发生如下反应：H2(g)+I2(g)2HI(g)加热到427，恒温可逆反应第五十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第五十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月(3)在一定温度下化学平衡一旦建立，平衡常数则一定。化学平衡具有以下特征：(1)化学平衡是一个动态平衡,反应系统达到平衡时，表面上反应已经停止，实际上正逆反应正以
31、相同的速度进行。(2)化学平衡是相对的，同时也是有条件的。条件发生了变化，原有的平衡将被破坏，代之以新的平衡。第五十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.4.2 平衡常数 1.实验平衡常数 在一定温度下，对任何可逆反应，达到平衡时以化学反应方程式中化学计量数为幂指数的反应方程式中各物种的浓度（或分压）的乘积为一常数，叫实验平衡常数（或经验平衡常数）例如 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Kp=p2(NH3)p1(N2)p3(H2)平衡常数经验平衡常数的单位不能确定,它的大小说明平衡时反应进行的程度!第五十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.2.标准平衡常数标准平衡常数
32、K 有关组分的浓度(或分压)都必须用相对浓度(或相对分压)来表示，即反应方程式中各物种的浓度(或分压)均须分别除以其标准态的量，即除以c(1 molL1)或p(100 kPa),标准平衡常数是量纲为一的量。例如 MnO2(s)+2Cl(aq)+4H+Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)K=第五十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月书写和应用标准平衡常数表达式应注意事项书写和应用标准平衡常数表达式应注意事项:（1）平衡常数表达式中各物质的浓度（或分压），必须是在系统达到平衡状态时相应的值。（2）平衡常数表达式要与计量方程式相对应。同一个化学反应，用不同计量方程式表示时，平衡常数
33、表达式不同，得到的数值也不相同。（3）有纯固体、纯液体参与反应时，它们的浓度为1，不必写入K的表达式。稀溶液中的溶剂参与反应时，也不必列入。（4）温度发生改变，化学反应的平衡常数也随之改变，因此，在使用时须注意相应的温度。第五十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 平衡常数K 与化学反应计量方程式有关；N2+3H2 2NH3 K1=(p(NH3)/p)2(p(H2)/p)3(p(N2)/p)1 1/2N2+3/2H2 NH3 K2=(p(NH3)/p)1(p(H2)/p)3/2(p(N2)/p)1/2 1/3N2+H2 2/3NH3 K3=(p(NH3)/p)2/3(p(H2)/p)1
34、(p(N2)/p)1/3 显然K1=(K2)2=(K3)3例 将N2(g)和H2(g)以13体积比装入一密闭容器中，在673K、5000kPa压力下反应达到平衡，产生12.5%的NH3(g)（体积比），求该反应的标准平衡常数K？第六十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解：合成氨反应为 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)因起始N2(g)H2(g)的体积比为13，从反应方程式可知N2(g)H2(g)平衡时的体积比仍为13。由分压定律可求得各组分的平衡分压：p(N2)=(1/4)(1 0.125)5000 kPa=1093.75kPap(H2)=(3/4)(1 0.125)5000 kP
35、a=3281.25kPap(NH3)=0.125 5000 kPa=625kPaK=p(NH3)/p2p(H2)/p3p(N2)/p1=(625/100)2(3281.25/100)3(1093.75/100)1=1.01104第六十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月平衡常数的意义（1）平衡常数是可逆反应的特征常数。对同类反应来说，K越大，反应进行得越完全。（2）由平衡常数可以判断反应是否处于平衡状态，以及处于非平衡态时反应进行的方向。如有一可逆反应：aA+bB dD+eE 在任意态时,对溶液中的反应:对于气体反应：第六十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月当Q=K时，系统处
36、于平衡状态；化学反应进行方向的反应商判据化学反应进行方向的反应商判据:当QK时，说明生成物的浓度（或分压）小于平衡浓度（或分压），反应将向正方向进行；当QK时，系统也处于不平衡状态，反应将向逆方向进行。第六十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月例例2-1：合成氨工业中，多采用中温（500）、中压（203104kPa）下操作。此条件下反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的K=1.5710-5。当反应进行至某一阶段时取样分析，得到数据：11.6%NH3，22.1%N2，66.3%H2(体积分数)。试判断此时反应是否已完成（即是否达到平衡状态）。p总=2.03104 kPa p(NH3
37、)=2.03104 kPa11.6%=2.35103 kPap(N2)=2.03104 kPa22.1%=4.49103 kPap(H2)=2.03104 kPa66.3%=1.35104 kPa QK第六十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月3.多重平衡规则 一个给定化学反应计量方程式的平衡常数，无论反应分几步完成，其平衡常数表达式完全相同，也就是说当某总反应为若干个分步反应之和（或之差）时，则总反应的平衡常数为这若干个分步反应平衡常数的乘积（或商）.2NH3(aq)+2H2O(l)2NH4+(aq)+2OH(aq)(a)CO2(g)+H2O(l)H2CO3(aq)(b)H2CO3(
38、aq)CO32(aq)+2H+(aq)(c)+)2H+(aq)+2OH(aq)2H2O(l)(a)CO2(g)+2NH3(aq)+H2O(l)2NH4+(aq)+CO32(aq)2NH3(aq)+2H2O(l)2NH4+(aq)+2OH(aq)(a)CO2(g)+H2O(l)H2CO3(aq)(b)H2CO3(aq)CO32(aq)+2H+(aq)(c)+)2H+(aq)+2OH(aq)2H2O(l)(a)CO2(g)+2NH3(aq)+H2O(l)2NH4+(aq)+CO32(aq)第六十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月K1=KaKbKcKd例 已知下列反应在1123 K时的标准
39、平衡常数(1)C(石墨)+CO2(g)2CO(g)；K1=1.3 1014(2)CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)；K2=6.0 103计算反应：(3)2COCl2(g)C(石墨)+CO2(g)+2Cl2(g)在1123 K时的K值。第六十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月解：2 CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)+）C(石墨)+CO2(g)2CO(g)(4)C(石墨)+CO2(g)+2Cl2(g)2COCl2(g)由（2）式乘2再加（1）式得（4）式，根据多重平衡规则：K4=(K2)2 K1而(3)式是(4)式的逆反应，则：K3=1/K4 =1/(K2)2K1 =1/(
40、6.0 103)2 1.3 1014 =2.1 1010第六十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.4.3 平衡常数与化学反应的程度=100%例 在容积为10.00升的容器中装有等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g)。已知在523K发生以下反应：PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)达平衡时，p(PCl5)=100kPa，K=0.57。求：（1）开始装入的PCl3(g)和Cl2(g)的物质的量；（2）Cl2(g)的平衡转化率。平衡转化率第六十八张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第六十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十张，PPT共八十三页，创作于2022年
41、6月第七十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十四张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十五张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十六张，PPT共八十三页，创作于2022年6月第七十七张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 4.勒夏特列原理 1907年，勒夏特列定性得出平衡移动的普遍原理 即任何一个处于化学平衡的系统，当某一确定系统平衡的因素（如浓度、压力、温度等）发生改变时，系统的平衡将发生移动。平衡移动的方向总是向着减弱外界因素的改变对系统影响的方向。第七十八
42、张，PPT共八十三页，创作于2022年6月2.6 化学反应条件的优化l学习化学反应原理，目的在于将化学反应的一般原理应用于实际生产过程和科学研究。化学热力学和化学动力学属两个不同的概念却又互有联系。化学热力学告诉我们一个化学反应在给定条件下能否自发进行，进行的程度有多大，反应物的转化率是多少；而化学动力学则告诉我们在给定条件下该反应进行的快慢。第七十九张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 在实际生产或科学研究中必须同时兼顾这两个问题，综合考虑平衡与速率两方面的各种因素，选择最佳、最经济的生产条件。例如H2SO4生产中SO2(g)氧化为SO3(g)的反应 SO2(g)+1/2O2(g)SO
43、3(g)rHm=98.89 kJmol1这是一个气体分子数减少(rSm0)的放热反应(rHm0)，根据平衡移动原理，压力愈高、温度愈低愈有利于平衡转化率的提高。第八十张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 表2-3 SO2平衡转化率与温度、压力的关系T/K673 723 773 823 873(SO2)/%99.297.593.5 85.6 73.7 P/kPa 101.3 506.5 1013 2533 5065(SO2)/%97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 第八十一张，PPT共八十三页，创作于2022年6月 在19世纪人们发现并使用了Pt催化剂来催化上例反应。由于Pt价格昂贵且易中毒，在20世纪初，发现了钒催化剂。钒催化剂以V2O5为主，K2O为助催化剂，以SiO2为载体以增大多相催化的表面积。在673K与773K之间使用V2O5催化剂，SO2的平衡转化率和反应速率均另人满意。第八十二张，PPT共八十三页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看17.09.2022第八十三张，PPT共八十三页，创作于2022年6月