第3章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡

1、1第第3章章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 3.1 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 3.2 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 2教學(xué)要求教學(xué)要求1.理解化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法。理解化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法。2.了解化學(xué)反應(yīng)速率理論了解化學(xué)反應(yīng)速率理論3.理解影響反應(yīng)速率的因素理解影響反應(yīng)速率的因素4.掌握質(zhì)量作用定律及其適用范圍，理解基元反掌握質(zhì)量作用定律及其適用范圍，理解基元反應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)和反應(yīng)級(jí)數(shù)應(yīng)、復(fù)雜反應(yīng)和反應(yīng)級(jí)數(shù)5.了解可逆反應(yīng)，掌握化學(xué)平衡的特點(diǎn)及影響化了解可逆反應(yīng)，掌握化學(xué)平衡的特點(diǎn)及影響化學(xué)平衡的因素學(xué)平衡的因素6.掌握化學(xué)平衡的意義及平衡常數(shù)的表達(dá)式、多掌握化學(xué)平衡的意義及平衡常數(shù)的

2、表達(dá)式、多重平衡規(guī)則、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理和化學(xué)平重平衡規(guī)則、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理和化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算衡的有關(guān)計(jì)算 3重點(diǎn)：重點(diǎn)： 質(zhì)量作用定律及其適用范圍，化學(xué)平衡的質(zhì)量作用定律及其適用范圍，化學(xué)平衡的特點(diǎn)，化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、化學(xué)平衡的特點(diǎn)，化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、化學(xué)平衡的移動(dòng)原理和化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算。移動(dòng)原理和化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算。難點(diǎn)：難點(diǎn)： 化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，濃度、壓力、溫度化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算，濃度、壓力、溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，化學(xué)平衡的移動(dòng)原對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，化學(xué)平衡的移動(dòng)原理理4 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡是研究化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡是研究化學(xué)反應(yīng)時(shí)的兩個(gè)重要問(wèn)題。時(shí)的

3、兩個(gè)重要問(wèn)題。 化學(xué)反應(yīng)速率討論的是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快化學(xué)反應(yīng)速率討論的是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢問(wèn)題；慢問(wèn)題； 化學(xué)平衡討論的是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度問(wèn)題?；瘜W(xué)平衡討論的是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度問(wèn)題。 了解掌握化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡等有關(guān)理了解掌握化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡等有關(guān)理論，就可以通過(guò)改變反應(yīng)條件控制反應(yīng)速率、論，就可以通過(guò)改變反應(yīng)條件控制反應(yīng)速率、調(diào)節(jié)反應(yīng)進(jìn)行的程度，使反應(yīng)按照人們預(yù)想的調(diào)節(jié)反應(yīng)進(jìn)行的程度，使反應(yīng)按照人們預(yù)想的方式進(jìn)行。方式進(jìn)行。 53.1 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 3.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率的表示法化學(xué)反應(yīng)速率的表示法 3.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理論 3.1.3 影響化

4、學(xué)反應(yīng)速率的因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 63.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率的表示法化學(xué)反應(yīng)速率的表示法 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率是指在一定條件下單位時(shí)間內(nèi)某是指在一定條件下單位時(shí)間內(nèi)某化學(xué)反應(yīng)中某反應(yīng)物濃度的減少或某生成物濃度的化學(xué)反應(yīng)中某反應(yīng)物濃度的減少或某生成物濃度的增加。增加。 對(duì)于恒容反應(yīng)對(duì)于恒容反應(yīng) aA + bB dD + eE在恒溫條件下，其平均反應(yīng)速率在恒溫條件下，其平均反應(yīng)速率 表示為：表示為： 式中式中 ci為物質(zhì)為物質(zhì)i在時(shí)間間隔在時(shí)間間隔 t內(nèi)的濃度變化。內(nèi)的濃度變化。ivtciiv7式中式中 c為各物質(zhì)在時(shí)間間隔為各物質(zhì)在時(shí)間間隔 t內(nèi)的濃度變量。內(nèi)的濃度變量。對(duì)于任意一個(gè)化

5、學(xué)反應(yīng)對(duì)于任意一個(gè)化學(xué)反應(yīng) aA + bB dD + eEBvtc)(BAvtc)(ACv=tc)(EDv=tc (D)8例例3 -1 298K下N2O5的分解反應(yīng)2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g) 中各物質(zhì)的濃度與反應(yīng)時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表中所示： t/s0100300700c(N2O5)/ (mol/L)2.101.951.701.31c(NO2)/ (mol/L)00.300.801.58c(O2)/ (mol/L)00.080.200.40試計(jì)算以各物質(zhì)的濃度表示的平均速率。 9解：解：分別以N2O5、NO2、O2的濃度變化來(lái)表示反應(yīng)速率：v( N2O5) = tc)O(N5

6、2= )300700()70. 131. 1 (= 0.98103 mol/Lsv ( NO2) =tc)(NO2= )300700()80. 058. 1 ( = 1.95103 mol/Lsv(O2) = tc)(O2= )300700()20. 040. 0( = 0.50103 mol/Ls10= 0.98103:1.95103:0.501032:4:1v(N2O5) :v(NO2) :v(O2) 它們之間的比值恰好等于反應(yīng)方程式中各它們之間的比值恰好等于反應(yīng)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)之比。物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)之比。11 對(duì)于反應(yīng)速率，做以下幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：對(duì)于反應(yīng)速率，做以下幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：1）

7、反應(yīng)速率不可能是負(fù)值反應(yīng)速率不可能是負(fù)值2）用不同物質(zhì)濃度的變化來(lái)表示速率時(shí)，數(shù)用不同物質(zhì)濃度的變化來(lái)表示速率時(shí)，數(shù)值不一定相同，但在恒容條件下遵循物質(zhì)的值不一定相同，但在恒容條件下遵循物質(zhì)的量比規(guī)則。量比規(guī)則。 3) 反應(yīng)速率的單位：反應(yīng)速率的單位：mol L-1 s-1HGBAhgba1111即：對(duì)于反應(yīng)即：對(duì)于反應(yīng) aA + bB = gG + hH 則有：則有：4) 反應(yīng)速率指平均速率反應(yīng)速率指平均速率12瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率時(shí)間間隔趨于無(wú)限小時(shí)的平均速率時(shí)間間隔趨于無(wú)限小時(shí)的平均速率的極限值。的極限值。 瞬時(shí)速率可以用作圖的方法來(lái)求，以濃度為瞬時(shí)速率可以用作圖的方法來(lái)求，以濃度為縱坐標(biāo)，

8、時(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，時(shí)間縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)作圖，時(shí)間t處該點(diǎn)切線處該點(diǎn)切線的斜率，即為的斜率，即為t時(shí)的瞬時(shí)速率。時(shí)的瞬時(shí)速率。 以上討論的是在一段時(shí)間間隔內(nèi)的以上討論的是在一段時(shí)間間隔內(nèi)的平均速率。平均速率。 要確切地描述某一時(shí)刻的反應(yīng)速率，必須使時(shí)間要確切地描述某一時(shí)刻的反應(yīng)速率，必須使時(shí)間間隔盡量的小，當(dāng)間隔盡量的小，當(dāng) t0時(shí)，反應(yīng)速率就是這一瞬時(shí)，反應(yīng)速率就是這一瞬間的真實(shí)速率，稱為間的真實(shí)速率，稱為瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率。 133.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理論3.1.2.1 碰撞理論碰撞理論3.1.2.2 過(guò)渡狀態(tài)理論過(guò)渡狀態(tài)理論143.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理

9、論（1）反應(yīng)物分子的相互碰撞是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件，反應(yīng)物分子的相互碰撞是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件，反應(yīng)速率與碰撞頻率成正比。反應(yīng)速率與碰撞頻率成正比。（2）不是分子間每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只不是分子間每一次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有能量足夠大的有能量足夠大的“分子對(duì)分子對(duì)”（即活化分子即活化分子）相碰才）相碰才是有效碰撞，才能發(fā)生反應(yīng)。是有效碰撞，才能發(fā)生反應(yīng)。（3）活化分子碰撞時(shí)必須處于有利方位才能發(fā)生真活化分子碰撞時(shí)必須處于有利方位才能發(fā)生真正的有效碰撞。正的有效碰撞。 要點(diǎn)：要點(diǎn)：3.1.2.1 碰撞理論碰撞理論15反應(yīng)速率與下面三個(gè)因素有關(guān)：反應(yīng)速率與下面三個(gè)因素有關(guān)： 1. 分子的碰

10、撞頻率；分子的碰撞頻率； 2. 有效碰撞的幾率；有效碰撞的幾率； 3. 碰撞時(shí)的空間取向。碰撞時(shí)的空間取向。163.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率理論化學(xué)反應(yīng)速率理論 有效碰撞：有效碰撞：能發(fā)生反應(yīng)的碰撞能發(fā)生反應(yīng)的碰撞 有效碰撞具備有效碰撞具備兩個(gè)條件兩個(gè)條件： 第一，反應(yīng)物分子第一，反應(yīng)物分子必須必須具有足夠的能量。具有足夠的能量。 把這些具有足夠能量的分子稱為把這些具有足夠能量的分子稱為活化分活化分 子。子。 第二，分子間相互碰撞時(shí)，必須具有合適的方向性。第二，分子間相互碰撞時(shí)，必須具有合適的方向性。17 活化分子具有的最低能量（活化分子具有的最低能量（E最低最低）與反應(yīng)物分子具）與反應(yīng)物分子具有

11、的平均能量（有的平均能量（E平均平均）之差稱為）之差稱為活化能活化能。用。用Ea表示表示： Ea = E最低最低 E平均平均 在一定的溫度下，每個(gè)反應(yīng)都有特定的活在一定的溫度下，每個(gè)反應(yīng)都有特定的活化能。反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢；反化能。反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢；反應(yīng)的活化能越小，反應(yīng)速率越快。應(yīng)的活化能越小，反應(yīng)速率越快。183.1.2.2 過(guò)渡態(tài)理論過(guò)渡態(tài)理論 化學(xué)反應(yīng)不只是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)不只是通過(guò)反應(yīng)物分子的簡(jiǎn)單碰撞反應(yīng)物分子的簡(jiǎn)單碰撞而完成的而完成的, , 反應(yīng)物分子反應(yīng)物分子在相互接近時(shí)必須先經(jīng)在相互接近時(shí)必須先經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)一個(gè)中間過(guò)渡狀態(tài)中間過(guò)渡狀態(tài), , 即形成一種活化配

12、合物即形成一種活化配合物, , 然后再轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。然后再轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 A+BCABC 過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài)AB+CEaEaA+BCAB+CA B C勢(shì)能反應(yīng)過(guò)程中勢(shì)能變化示意圖反應(yīng)過(guò)程中勢(shì)能變化示意圖rHm正逆19 活化能活化能 越小，正反應(yīng)越容易進(jìn)行。越小，正反應(yīng)越容易進(jìn)行?？梢?jiàn)，活化能可見(jiàn)，活化能 是決定化學(xué)反應(yīng)速率的是決定化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素。重要因素。 正aE正aE 吸熱反應(yīng)的活化能一定大于放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)的活化能一定大于放熱反應(yīng)的活化能。的活化能。 逆正aamrEE0 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)0 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)203.1.3 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素3.1.3.1 濃度（壓力

13、）對(duì)反應(yīng)速率的影響濃度（壓力）對(duì)反應(yīng)速率的影響3.1.3.2 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響3.1.3.3 催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響213.1.3 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素3.1.3.1 濃度（壓力）對(duì)反應(yīng)速率的影響濃度（壓力）對(duì)反應(yīng)速率的影響 大量實(shí)驗(yàn)證明，在一定的溫度下，化學(xué)大量實(shí)驗(yàn)證明，在一定的溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率與濃度有關(guān)，反應(yīng)物濃度增大，反反應(yīng)速率與濃度有關(guān)，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率加快。應(yīng)速率加快?；磻?yīng)基元反應(yīng)反應(yīng)物分子一步直接轉(zhuǎn)化為生反應(yīng)物分子一步直接轉(zhuǎn)化為生 成物分子的反應(yīng)成物分子的反應(yīng)例如：例如： 2NO2 2NO + O

14、222非基元反應(yīng)非基元反應(yīng) 經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)后才轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏姆磻?yīng)經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)后才轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏姆磻?yīng) ，或，或者說(shuō)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反者說(shuō)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的基元反應(yīng)構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)。例如：例如： 2NO +2H2 N2 + 2H2O 實(shí)際上是分兩步進(jìn)行的： N2 +H2O2第二步：H2O2 + H2 2 H2O 每一步都是基元反應(yīng)，總反應(yīng)是兩步反應(yīng)的加和。第一步：2NO + H2 23如基元反應(yīng)如基元反應(yīng) a A + b B = g G + h H 一定溫度時(shí)，一定溫度時(shí)，基元反應(yīng)基元反應(yīng)的反應(yīng)速率與各反應(yīng)物的反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度冪的乘積成正比，濃度的冪在數(shù)值上等于基元濃度冪

15、的乘積成正比，濃度的冪在數(shù)值上等于基元反應(yīng)中反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)。反應(yīng)中反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù)。質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律bBaAckc其速率表達(dá)式為其速率表達(dá)式為: :速率方程速率方程式中：式中：v反應(yīng)的瞬時(shí)速率，反應(yīng)的瞬時(shí)速率， cA反應(yīng)物反應(yīng)物A的瞬時(shí)濃度，的瞬時(shí)濃度， cB反應(yīng)物反應(yīng)物B的瞬時(shí)濃度，的瞬時(shí)濃度， a反應(yīng)物反應(yīng)物A的級(jí)數(shù)，的級(jí)數(shù)， b反應(yīng)物反應(yīng)物B的級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù), (ab)為反應(yīng)的級(jí)數(shù)為反應(yīng)的級(jí)數(shù) k速率常數(shù)速率常數(shù)。24 速率常數(shù)速率常數(shù)k與反應(yīng)物的本性和溫度等因素有關(guān)，與反應(yīng)物的本性和溫度等因素有關(guān)，不隨反應(yīng)物濃度改變而改變。不隨反應(yīng)物濃度改變而改變。 質(zhì)量作用定律的使用條件和范圍

16、：質(zhì)量作用定律的使用條件和范圍：1. 質(zhì)量作用定律僅質(zhì)量作用定律僅適適用于基元反應(yīng)用于基元反應(yīng) 由于不知道某個(gè)反應(yīng)是否為基元反應(yīng)，因此只能由于不知道某個(gè)反應(yīng)是否為基元反應(yīng)，因此只能由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定反應(yīng)速率方程式，而不能由總反應(yīng)式直由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定反應(yīng)速率方程式，而不能由總反應(yīng)式直接書(shū)寫(xiě)速率方程式。接書(shū)寫(xiě)速率方程式。例如反應(yīng)例如反應(yīng) 2N2O5(g) 4NO2(g) O2(g)v = k c(N2O5)25 （A)、（、（B）、（）、（C）都是基元反應(yīng)，都可以根）都是基元反應(yīng)，都可以根據(jù)質(zhì)量作用定律寫(xiě)出速率方程式；但據(jù)質(zhì)量作用定律寫(xiě)出速率方程式；但(A)又是速率控又是速率控制步驟，它的反應(yīng)速率即可代表總

17、的反應(yīng)速率，從制步驟，它的反應(yīng)速率即可代表總的反應(yīng)速率，從而使而使 v = kc(N2O5) 得到合理的解釋得到合理的解釋(A) N2O5 NO3 + NO2 （慢，速率控制步驟）（慢，速率控制步驟） (B) NO3 NO + O2 （快）（快） (C) NO + NO3 2NO2 （快）（快）26 C(s) + O2(g) = CO2(g) v = kc(O2) 2. 純固態(tài)或純液態(tài)反應(yīng)物的濃度不寫(xiě)入速率方程式純固態(tài)或純液態(tài)反應(yīng)物的濃度不寫(xiě)入速率方程式 它們的濃度可看作常數(shù)。它們的濃度可看作常數(shù)。3. 在稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，若溶劑參與反應(yīng)，由在稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，若溶劑參與反應(yīng)，由于溶劑的量

18、較大也可視為不變，可不寫(xiě)入速率方于溶劑的量較大也可視為不變，可不寫(xiě)入速率方程式。程式。27 4.氣體的濃度可以用分壓表示氣體的濃度可以用分壓表示 例如蔗糖的水解反應(yīng)，生成葡萄糖和果糖：例如蔗糖的水解反應(yīng)，生成葡萄糖和果糖： C12H22O11 + H2O = C6H12O6 +C6H12O6 水雖然參與了反應(yīng)，但它的濃度幾乎不變，反應(yīng)水雖然參與了反應(yīng)，但它的濃度幾乎不變，反應(yīng)速率僅與蔗糖的濃度有關(guān)。速率僅與蔗糖的濃度有關(guān)。 v = kc(C12H22O11) 283.1.3.2 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響 阿倫尼烏斯阿倫尼烏斯ArrheniusArrhenius 方程：方程：式中

19、：式中：k速率常數(shù)速率常數(shù) A指前因子指前因子 Ea活化能活化能 R氣體常數(shù)氣體常數(shù) T熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 一般地，在反應(yīng)物濃度恒定時(shí)，溫度每升高一般地，在反應(yīng)物濃度恒定時(shí)，溫度每升高10K，化學(xué)反應(yīng)速率增加，化學(xué)反應(yīng)速率增加24倍。倍。 /RTEaAek指數(shù)形式指數(shù)形式對(duì)數(shù)形式對(duì)數(shù)形式 lg k = lg A RTE2.303a29 一般地，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)的溫度變化不大時(shí)，一般地，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)的溫度變化不大時(shí)，Ea和和A可以看作是常數(shù)?？梢钥醋魇浅?shù)。 若反應(yīng)在溫度若反應(yīng)在溫度T1時(shí)的速率常數(shù)為時(shí)的速率常數(shù)為k1，在溫度，在溫度T2時(shí)的速率常數(shù)為時(shí)的速率常數(shù)為k2，則有：，則有： lg12kk=

20、)11(.30321aTTR2E=)(2.3032112aTTTTRE303.1.3.3 催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響（1）催化劑與催化作用）催化劑與催化作用 能顯著改變反應(yīng)的速率，而其自身的化學(xué)能顯著改變反應(yīng)的速率，而其自身的化學(xué)性質(zhì)、組成、數(shù)量在反應(yīng)前后基本保持不變的性質(zhì)、組成、數(shù)量在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)，稱為物質(zhì)，稱為催化劑催化劑。這種作用就稱之為。這種作用就稱之為催化作催化作用用。 有催化劑參與的反應(yīng)就叫有催化劑參與的反應(yīng)就叫催化反應(yīng)催化反應(yīng)。催化反應(yīng)催化反應(yīng)均相催化均相催化多相催化多相催化催化劑催化劑正催化劑正催化劑負(fù)催化劑負(fù)催化劑31 催化劑能夠加快反應(yīng)速率的

21、原因是在催催化劑能夠加快反應(yīng)速率的原因是在催化反應(yīng)過(guò)程中，催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，改化反應(yīng)過(guò)程中，催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，改變了反應(yīng)的途徑，使反應(yīng)的中間過(guò)渡態(tài)的能變了反應(yīng)的途徑，使反應(yīng)的中間過(guò)渡態(tài)的能量降低了，從而降低了反應(yīng)的活化能。結(jié)果量降低了，從而降低了反應(yīng)的活化能。結(jié)果是在不改變溫度的情況下，增大了活化分子是在不改變溫度的情況下，增大了活化分子的百分率，從而使反應(yīng)速率大大加快。的百分率，從而使反應(yīng)速率大大加快。 32（2）催化劑的特點(diǎn)）催化劑的特點(diǎn) 催化劑同等程度的降低了正逆反應(yīng)的活化能催化劑同等程度的降低了正逆反應(yīng)的活化能 催化劑通過(guò)改變反應(yīng)的途徑來(lái)改變反應(yīng)速率催化劑通過(guò)改變反應(yīng)的途徑來(lái)改

22、變反應(yīng)速率 在可逆反應(yīng)中，催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)在可逆反應(yīng)中，催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，但不能改變化學(xué)平衡常數(shù)，不能使平衡發(fā)生間，但不能改變化學(xué)平衡常數(shù)，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)移動(dòng) 催化劑具有一定的選擇性催化劑具有一定的選擇性333.2 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 3.2.1 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 3.2.2 平衡常數(shù)平衡常數(shù) 3.2.3 多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則 3.2.4 化學(xué)平衡計(jì)算化學(xué)平衡計(jì)算 3.2.5 影響化學(xué)平衡的因素影響化學(xué)平衡的因素 343.2.1 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 什么是可逆反應(yīng)？什么是可逆反應(yīng)？ 在同一條件下可同時(shí)向正、逆兩在同一條件下可同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)。個(gè)方向進(jìn)

23、行的反應(yīng)。例如：例如： 合成氨反應(yīng)合成氨反應(yīng) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)35化學(xué)平衡化學(xué)平衡 對(duì)于一可逆反應(yīng)，對(duì)于一可逆反應(yīng)，在一定條件下，當(dāng)正、在一定條件下，當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度或分壓不再隨時(shí)間度或分壓不再隨時(shí)間而改變，這種狀態(tài)稱而改變，這種狀態(tài)稱為化學(xué)平衡。為化學(xué)平衡。 逆逆 正正t 正正= = 逆逆36 化學(xué)平衡的特點(diǎn)：化學(xué)平衡的特點(diǎn)：（1）化學(xué)平衡狀態(tài)最主要的特征是可逆反應(yīng)的正、）化學(xué)平衡狀態(tài)最主要的特征是可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率相等。逆反應(yīng)速率相等。（2）化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。）化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。

24、（3）化學(xué)平衡是有條件的。）化學(xué)平衡是有條件的。 （4）化學(xué)平衡可雙向達(dá)到。）化學(xué)平衡可雙向達(dá)到。37 在可逆反應(yīng)達(dá)成平衡時(shí)，生成物濃度冪（以在可逆反應(yīng)達(dá)成平衡時(shí)，生成物濃度冪（以反應(yīng)方程式中相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)為指數(shù)）的乘積與反應(yīng)方程式中相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)為指數(shù)）的乘積與反應(yīng)物濃度冪（以反應(yīng)方程式中相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)反應(yīng)物濃度冪（以反應(yīng)方程式中相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)為指數(shù)）的乘積之比為一個(gè)常數(shù)，稱為為指數(shù)）的乘積之比為一個(gè)常數(shù)，稱為平衡常數(shù)平衡常數(shù)，用用K表示。表示。3.2.2 平衡常數(shù)平衡常數(shù)38如反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的，則平衡常數(shù)為：如反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的，則平衡常數(shù)為： aA + bBdD + eE 例如對(duì)于

25、一般的可逆反應(yīng)：例如對(duì)于一般的可逆反應(yīng)：Kc =baedBAED若反應(yīng)物與生成物均為氣體，則平衡常數(shù)為：若反應(yīng)物與生成物均為氣體，則平衡常數(shù)為： Kp =bBaAeEdDpppp39 Kc和和Kp分別稱為分別稱為濃度平衡常數(shù)濃度平衡常數(shù)和和壓力平衡常壓力平衡常數(shù)數(shù)。Kc和和Kp都是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到的。所以都是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到的。所以Kc和和Kp統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，本課程采用本課程采用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)OK（簡(jiǎn)稱平衡常數(shù)）（簡(jiǎn)稱平衡常數(shù)） 對(duì)于任意可逆反應(yīng) aA + bBdD + eE OK=baed)(B/)(A/)(E/)(D/OOOOcccc 如反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行

26、的，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 40OK=bBaAeEdD)/()/()/()/(OOOOpppppppP 若是氣體反應(yīng)，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為：若是氣體反應(yīng)，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為： 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)OK 是無(wú)量綱的量。是無(wú)量綱的量。 平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，不隨濃度的改變而改變。平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，不隨濃度的改變而改變。41在書(shū)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在書(shū)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.如果有固體或純液體參與反應(yīng)時(shí)，不把它們寫(xiě)入如果有固體或純液體參與反應(yīng)時(shí)，不把它們寫(xiě)入表達(dá)式中。表達(dá)式中。CaCO3(s)CaO(s) +CO2(g) 如：如：OK=Opp2COHAc(aq) +

27、 H2O(l)H3O+(aq) + Ac(aq) OK=)(HAc/)/)(Ac/O(H3OOOccc42O1K=OOpppp422ON2NO)(O2K=21ONNO)(422OOppppO1K= ( O2K)22.平衡常數(shù)表達(dá)式及的數(shù)值與反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān)平衡常數(shù)表達(dá)式及的數(shù)值與反應(yīng)方程式的寫(xiě)法有關(guān) 1/2N2O4(g)NO2(g) N2O4(g)2NO2(g) 例如例如 ：43平衡常數(shù)也可以通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算求得：平衡常數(shù)也可以通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算求得： OKlgrGOm= RTln OK= RTG2.303mrO443.2.3 多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則：多重平衡規(guī)則：1）若一個(gè)反應(yīng)是

28、另幾個(gè)反應(yīng)）若一個(gè)反應(yīng)是另幾個(gè)反應(yīng)之和之和,則該反應(yīng)的標(biāo)則該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于這幾個(gè)分步反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于這幾個(gè)分步反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之積之積。2）若一個(gè)反應(yīng)是另兩個(gè)反應(yīng)之差）若一個(gè)反應(yīng)是另兩個(gè)反應(yīng)之差,則該反應(yīng)的標(biāo)則該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于這兩個(gè)分步反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于這兩個(gè)分步反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之商之商。45例例32 已知下列兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)：已知下列兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)： AgCl(s)Ag+ (aq) + Cl (aq) O1K= 1.810 10 Ag(NH3)2+(aq)Ag+ (aq) + 2NH3 (aq) O2K= 8.910 8 求反應(yīng)AgCl

29、 (s) + 2NH3 (aq)Ag(NH3)2+ (aq) + Cl (aq) 的平衡常數(shù)。 3.2.3 多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則46根據(jù)多重平衡規(guī)則： O3K=O1K/O2K=810109 . 8108 . 1= 2.010 3 解解:反應(yīng) 反應(yīng) = 反應(yīng)473.2.4 化學(xué)平衡計(jì)算化學(xué)平衡計(jì)算 某一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡后，某一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)平衡后，該反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的百分?jǐn)?shù)，是理論上能達(dá)到的該反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的百分?jǐn)?shù)，是理論上能達(dá)到的最大最大轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率（以（以 來(lái)表示）：來(lái)表示）： =總量反應(yīng)開(kāi)始時(shí)該反應(yīng)物的某反應(yīng)物的消耗量100主要涉及下面幾個(gè)方

30、面：主要涉及下面幾個(gè)方面：1）計(jì)算）計(jì)算K2）計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度或平衡分壓）計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度或平衡分壓3）計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率）計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率48例例3-3 AgNO3和和Fe(NO3)2兩種溶液會(huì)發(fā)生下列反兩種溶液會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：應(yīng)： 在在25時(shí)，將時(shí)，將AgNO3和和Fe(NO3)2兩溶液混合，開(kāi)兩溶液混合，開(kāi)始時(shí)溶液中始時(shí)溶液中Ag+和和Fe2+離子濃度均為離子濃度均為0.100 mol/L，達(dá)到平衡時(shí)達(dá)到平衡時(shí)Ag+的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為19.4。求該溫度下的平衡常數(shù)。求該溫度下的平衡常數(shù)。Fe2+ + Ag+Fe3+ + Ag1 1）根據(jù)題意寫(xiě)出反應(yīng)式）根據(jù)題意寫(xiě)出反應(yīng)式2 2）寫(xiě)出各

31、物質(zhì)的初始量）寫(xiě)出各物質(zhì)的初始量3 3）找出各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量）找出各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量4 4）求出平衡時(shí)各物質(zhì)的量）求出平衡時(shí)各物質(zhì)的量5 5）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算）根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算解題步驟：解題步驟：49起始濃度： 0.100 0.100 0(mol/L) 轉(zhuǎn)化濃度： 0.119.4 0.119.4 0.119.4 (mol/L) = 0.0194 = 0.0194 = 0.0194平衡濃度：0.10.0194 0.10.0194(mol/L) = 0.0806 = 0.0806 0.0194 Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag 99. 20806. 00806. 00194.

32、 0 cAgcFecFeK23/解解: 503.2.5 影響化學(xué)平衡的因素影響化學(xué)平衡的因素 3.2.5.1 濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響 3.2.5.2 壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響 3.2.5.3 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 3.2.5.4 催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響 一個(gè)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡的反應(yīng)體系一個(gè)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡的反應(yīng)體系,當(dāng)條件發(fā)當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)生變化時(shí),化學(xué)平衡就被破壞化學(xué)平衡就被破壞,反應(yīng)向某一方向進(jìn)行反應(yīng)向某一方向進(jìn)行,在新的條件下達(dá)到新的平衡在新的條件下達(dá)到新的平衡,這就是這就是化學(xué)平衡的移化學(xué)平衡的移動(dòng)動(dòng).513.2

33、.5.1 濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響bBaAeEdDcccc=對(duì)任一化學(xué)反應(yīng)：對(duì)任一化學(xué)反應(yīng)： aA + bB dD + eE其反應(yīng)商為其反應(yīng)商為： 平衡時(shí)：平衡時(shí)：Q=K523.2.5.1 濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響如果增加反應(yīng)物的濃度或減少生成物的濃度如果增加反應(yīng)物的濃度或減少生成物的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)OK則：則：如果增加生成物的濃度或減少反應(yīng)物的濃度如果增加生成物的濃度或減少反應(yīng)物的濃度OK 則：則：平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)OK=反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)53 反應(yīng)不能正向自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)向逆反應(yīng)不能正向自發(fā)進(jìn)行，

34、反應(yīng)向逆向進(jìn)行，平衡向左移動(dòng)。向進(jìn)行，平衡向左移動(dòng)。 OK化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的反應(yīng)商判據(jù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的反應(yīng)商判據(jù):OK = 化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；OK 反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，平衡向右移動(dòng)；反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，平衡向右移動(dòng)；54例例35 含有0.100 mol/L AgNO3、0.100 mol/L Fe(NO3)2和0.0100 mol/L Fe(NO3)3的溶液中，發(fā)生如下反應(yīng)：Fe2+ (aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s)25時(shí)的平衡常數(shù)K= 2.98。（1）反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行？（2）平衡時(shí)，Ag+、Fe2+、Fe3+的濃度各為多少？ = = =

35、 1)(Ag)(Fe)(Fe02030ccc100. 0100. 00100. 0KO 反應(yīng)向正方向進(jìn)行。（l）反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的反應(yīng)商：解：解：55x=0.013c(Fe3+) = 0.0100 + 0.013 = 0.023 mol/Lc(Fe2+) = c(Ag+) = 0.087 mol/L（2）平衡組成的計(jì)算：）平衡組成的計(jì)算：開(kāi)始濃度開(kāi)始濃度/ (mol/L) 0 .100 0.100 0.0100濃度變化濃度變化/ (mol/L) x x+x 平衡濃度平衡濃度/(mol/L) 0. 100 x 0. 100 x 0.0100 + x)(Ag)(Fe)(Fe23ccc= KO2)100.

36、 0(100. 0 xx= 2.98Fe 2+ (aq) + Ag+ (aq) Fe 3+ (aq) + Ag(s)563.2.5.2 壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響對(duì)于一般的氣相反應(yīng)：對(duì)于一般的氣相反應(yīng)：Q=bBaAeEdD)/()/()/()/(OOOOpPppppppaA(g) + bB(g) dD(g) + eE (g) 對(duì)于有氣體物質(zhì)參加的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)對(duì)于有氣體物質(zhì)參加的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)系統(tǒng)壓力的改變對(duì)平衡移動(dòng)的影響要視具體情況系統(tǒng)壓力的改變對(duì)平衡移動(dòng)的影響要視具體情況而定。而定。OKQ =bBaAeEdD)/()/()/()/(OOOOpppppppP平衡時(shí)：平衡時(shí)：57當(dāng)將反應(yīng)系統(tǒng)壓縮至當(dāng)將反應(yīng)系統(tǒng)壓縮至V/ x （xl）時(shí)）時(shí):= bBaAeEdD)/()/()/()/(OOOOpxPpxppxppxp= xnKO = X n K 式中式中n = (d + e) (a + b)，是由氣體生成物，是由氣體生成物計(jì)量系數(shù)之和減去氣體反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)之和所得計(jì)量系數(shù)之和減去氣體反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)之和所得的差值。的差值。581. n0的反應(yīng)，為氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，的反應(yīng)，為氣體分