02-3 化学反应的限度.pptx

第1页：第三节化学反应的限度封面

第三节化学反应的限度封面：第二章化学反应的方向、速率和限度第三节化学反应的限度

第2页：可逆反应与化学平衡

可逆反应与化学平衡：可逆反应和不可逆反应不可逆反应——反应物能全部转变为生成物,亦即能进行到底的反应例如：HCl + NaOH → NaCl + H2OMnO2,Δ2KClO32KCl + 3O2↑

第3页：可逆反应和不可逆反应

可逆反应和不可逆反应

• 可逆反应当p=100kPa、T=773K，SO2与O2以2:l体积比在密闭容器内进行反应时, SO2转化为SO3的最大转化率为90％。
• 因为SO2与O2生成SO3的同时,部分SO3在相同条件下又分解为SO2和O2。
• 2SO2(g) + O2(g)2SO3(g)V2O5可逆反应——同一条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应

第4页：化学平衡在一定的温度下

化学平衡在一定的温度下：反应物在密闭容器内进行可逆反应,随着反应物不断消耗、生成物不断增加,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,反应进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率相等,各反应物、生成物的浓度不再变化,这时反应体系所处的状态称为“化学平衡”υ正＝υ逆υ正υ逆υt

第5页：化学平衡的特征反应达到平衡后

化学平衡的特征反应达到平衡后

• 只要外界条件不变，反应体系中各物质的量将不随时间而变。
• 化学平衡是一种动态平衡，即单位时间内反应物的消耗量和生成物的生成量相等。
• 化学平衡是有条件的,在一定外界下才能保持平衡，当外界条件改变时，原平衡被破坏，建立新平衡。

第6页：化学平衡常数

化学平衡常数：实验平衡常数如可逆反应：cC(g)+dD(g)yY(g)+zZ(g){c(Y)}y{c(Z)}zKc= ───────{c(C)}c{c(D)}d{p(Y)}y{p(Z)}zKp= ───────{p(C)}c{p(D)}d∆n= (y+x)-(c+d)Kc浓度平衡常数Kp分压平衡常数实验平衡常数Kc、Kp数值和量纲随分压或浓度所用的单位不同而异(∆n=0除外)

第7页：化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化

化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化

• 学反应可能完成的最大限度的特性值。
• 平衡常数越大,表示反应进行得越完全。
• 一定温度下，不同的反应各有其特定的平衡常数。
• 平衡常数值与温度及反应式的书写形式有关，但不随浓度、压力而变。
• 利用平衡常数表达式计算时，固体、纯液体或稀溶液的溶剂的“浓度项”不必列出。

第8页：化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化

化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化：例反应: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)1000K达平衡时,c(CO)=c(H2)=7.6×10-3mol·L-1,c(H2O)=4.6×10-3mol·L-1,平衡分压p(CO)=p(H2)=6.3×104Pa,p(H2O)=3.8×104Pa,试计算该反应的Kc、Kp解：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)平衡浓度/(10-3mol·L-1)4.6 7.6 7.6c(CO)·c(H2) (7.6×10-3)2c(H2O)4.6×10-3Kc= =mol·L-1=1.3×10-2mol·L-1

第9页：化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化

化学平衡常数实验平衡常数平衡常数是表明化：例反应: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)1000K达平衡时,c(CO)=c(H2)=7.6×10-3mol·L-1,c(H2O)=4.6×10-3mol·L-1,平衡分压p(CO)=p(H2)=6.3×104Pa,p(H2O)=3.8×104Pa,试计算该反应的Kc、Kp解：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)平衡分压/(104Pa)3.8 6.3 6.3p(CO)·p(H2) (6.3×104)2p(H2O)3.8×104Kp= = Pa=1.0×105Pa

第10页：实验平衡常数气相反应

实验平衡常数气相反应：Kp=Kc(RT)Δn例反应: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)Kc=1.3×10-3mol·L-1Kp=1.0×105PaΔn=(1+1)-1=1Kp=1.3×10-3×(8.314×1000)1×103Pa=1.0×104Pa

第11页：实验平衡常数气相反应（续）

实验平衡常数气相反应（续）：Kp=Kc(RT)ΔnR的取值和量纲随压力所取单位而有所不同Kc与Kp关系R值压力单位(符号)Kp(atm)=Kc(R(atm)T)Δn0.0821atm·dm3·mol-1·K-1大气压(atm)Kp(bar)=Kc(R(bar)T)Δn0.0831bar·dm3·mol-1·K-1巴(bar)Kp(Pa)=Kc(R(Pa)T)Δn8.314Pa·m3·mol-1·K-1帕[斯卡](Pa)≈目前化学手册中无Kp(Pa)和Kp(bar)数据,一般计算时仍可沿用Kp(atm)的数值。

第12页：标准平衡常数

标准平衡常数：由化学反应等温方程式导出ΔrGm= ΔrGm+RTlnJ体系处于平衡状态ΔrGm＝0，则J=KΔrGm=-RTlnK-ΔrGmlnK= ───RTK——标准平衡常数

第13页：标准平衡常数如可逆反应

标准平衡常数如可逆反应

• S2-(aq) + 2H2O(l)→H2S(g) + 2OH-(aq)K:量纲为“1”{p(H2S)/p}{c(OH-)/c}2K= ───────────{c(S2-)/c}K与温度有关，与压力所选单位无关。
• 实验平衡常数的量纲不为1，并与压力所选单位有关。

第14页：标准平衡常数如可逆反应例题解析

标准平衡常数如可逆反应例题解析：例计算反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)温度为298.15K和1173K时的K解：C(s) + CO2(g)2CO(g)∆fHm/(kJ·mol-1) 0-393.509-110.525Sm/(J·mol-1·K-1) 5.740 213.74 197.674∆fGm/(kJ·mol-1) 0-394.359-137.168∆rGm=2∆fGm(CO)-∆fGm(CO2)=[2×(-137.168)-(-394.359)] kJ·mol-1=120.023 kJ·mol-1lnK==-∆rGm-120.023×103RT8.314×298.15K=9.5×10-22

第15页：标准平衡常数如可逆反应例题解析计算示例

标准平衡常数如可逆反应例题解析计算示例：解：C(s) + CO2(g)2CO(g)∆fHm/(kJ·mol-1) 0-393.509-110.525Sm/(J·mol-1·K-1) 5.740 213.74 197.674∆rHm=[2×(-110.525)-(393.509)] kJ·mol-1=172.459 kJ·mol-1∆rSm=[2×(197.674)-(5.740+213.74)]J·mol-1·K-1=175.87 J·mol-1·K-1∆rGm(1173K)=∆rHm-T∆rSm=(172.459×103-1173×175.87) J·mol-1=-33836.51 J·mol-1lnK=-=-∆rGm33836.51RT8.314×1173K=32.14(1173K)

第16页：多重平衡规则相同温度下

多重平衡规则相同温度下

• (1) N2(g) + O2(g)→2NO(g)(2) 2NO(g) + O2(g)→2NO2(g)(3) N2(g) + 2O2(g)→2NO2(g)反应(1)+反应(2)＝反应(3)ΔrG1+ΔrG2＝ΔrG3根据ΔrGm=-RTlnKRTlnK1+RTlnK2=RTlnK3则K1·K2＝K3多重平衡规则：
• 当几个反应式相加得到另一个反应式时，其平衡常数等于几个反应平衡常数之积

第17页：化学平衡的计算

化学平衡的计算

• 平衡转化率化学反应达平衡后，理论上反应物转化为生成物能达到的最大转化率。
• 某反应物已转化的量α= ────────────×100%反应开始时该反应物的总量若反应前后体积不变反应物起始浓度-反应物平衡浓度α= ──────────────×100%反应物的起始浓度

第18页：化学平衡的计算例题解析

化学平衡的计算例题解析

• 例763.8K时,反应H2(g)+I2(g)→2HI(g)Kc=45.7(1)反应开始时H2和I2的浓度均为l.00mol·L-1,求反应达平衡时各物质的平衡浓度及I2的平衡转化率。
• (2)假定平衡时要求有90％I2转化为HI,问开始时I2和H2应按怎样的浓度比混合?
• [思路](1)根据已知的Kc和反应式给出的计量关系,求出各物质的平衡浓度及I2的变化浓度,代入平衡转率的计算式。

第19页：化学平衡的计算例题解析计算示例

化学平衡的计算例题解析计算示例：解: (1)设达平衡时c(HI)=xmol·L-1H2(g) + I2(g)→2HI(g)始态浓度/(mo1·L-1) 1.001.00 0变化浓度/(mo1·L-1)-x/2-x/2+x平衡浓度/(mo1·L-1) 1.00-x/2 1.00-x/2x则x2Kc= ──────── = 45.7(1.00-x/2) (1.00-x/2)x＝1.54平衡时各物质的浓度为：c(HI)=1.54mol·L-1c(H2)=c(I2)=(1.00-1.54/2)mol·L-1=0.23mo1·L-1I2的变化浓度=-x/2 = 0.77 mol·L-1I2的平衡转化率α=(0.77/1.00)×100%=77%

第20页：化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析

化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析

• 例763.8K时,反应H2(g)+I2(g)→2HI(g)Kc=45.7(1)反应开始时H2和I2的浓度均为l.00mol·L-1,求反应达平衡时各物质的平衡浓度及I2的平衡转化率。
• (2)假定平衡时要求有90％I2转化为HI,问开始时I2和H2应按怎样的浓度比混合?
• [思路](2)根据平衡移动原理，增大反应物的浓度，可以使平衡向正向移动。
• 增大H2的初始浓度，可以提高I2的转化率。

第21页：化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

• 解:(2)设开始时c(H2)=xmol·L-1,c(I2)=ymol·L-1H2(g) + I2(g)→2HI(g)始态浓度/(mo1·L-1)xy0平衡浓度/(mo1·L-1)x-0.9yy-0.9y1.8y则(1.8y)2Kc= ──────── = 45.7(x-0.9y) (y-0.9y)x/y= 1.6/1.0
• 若开始H2和I2的浓度以1.6 : 1.0混合，I2的平衡转化率可达90%

第22页：化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

• 例在5.00L容器中装有等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g)。
• 523K时,反应PCl3(g)+Cl2(g)→PCl5(g)达平衡时，p(PCl5)=p，K=0.767，求：(1)开始装入的PCl3和Cl2的物质的量；
• (2)PCl3的平衡转化率。
• 解: (1)设始态p(PCl3)=p(Cl2)=xPaPCl3(g) + Cl2(g) → PCl5(g)始态分压/Pax x0平衡分压/Pax-p x-pp

第23页：化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计：解: (1)设始态p(PCl3)=p(Cl2)=xPaPCl3(g) + Cl2(g) → PCl5(g)始态分压/Pax x0平衡分压/Pax-p x-ppp(PCl3)/p[(x-p)/p] [(x-p)/p]K=1[(x-105Pa)/105Pa]20.767=x=214155pV214155×5.00×10-3RT8.314×523n(PCl3)=n(Cl2)= = mol=0.246 mol(2)α(PCl3)=×100%=×100%=47.0%p105Pax214155Pa

第24页：化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计

化学平衡的计算例题解析计算示例例题解析计