wjhx023 化学反应的限度

1、第三节 化学反应的限度无机化学多媒体电子教案第二章 化学反应的方向、速率和限度第三节 化学反应的限度9/15/202212-3-1 可逆反应与化学平衡 2-3-1 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, 亦即反应能进行到底的反应。例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O29/15/202221、可逆反应和不可逆反应可逆反应同一条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应。方程式中，用可逆符号代替等号。如 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

2、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)V2O59/15/20223正反应：按反应方程式从左向右进行的反应；逆反应：从右向左进行的反应。 一般地，可逆性是化学反应的普遍特征，仅少数反应的反应物可完全转化为产物,为不可逆反应。严格地说，除放射性元素的蜕变外，几乎所有的化学反应都具有可逆性，只是可逆程度不同而已。44可逆反应的速率 正反应速率(v正) 逆反应速率(v逆) 总速率(v总) v总| v正v逆 |如：密闭反应器中进行的可逆反应：5CO2(g) + H2 (g) CO(g) +H2O(

3、g)5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” 。正逆正逆/(molL-1s-1)t/s9/15/202262、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、相对的、暂时的： 恒温、封闭体系中才能建立平衡； 外界条件改变，平衡可能被破坏，平衡发生移动，直至建立

4、新的平衡。v正 = v逆 09/15/20227表明反应限度的一种特征值1、经验（实验）平衡常数2-3-2 化学平衡常数 任何可逆反应，不管反应始态如何，在一定温度下达平衡时，各生成物平衡浓度幂的乘积与反应物平衡浓度幂的乘积之比值为一常数，称为化学平衡常数。 以浓度表示的称为浓度平衡常数(Kc)，以分压表示的称为压力平衡常数常数(Kp)。 82-3-2 化学平衡常数 （1） 对于溶液中的反应Kc浓度平衡常数； 单位： (molL-1) i ， i = (g+d)-(a+b) 如可逆反应：9/15/20229（2）对于气相中的反应 aA + bB gG + dD压力平衡常数 pA、pB、pG、p

5、D平衡分压1010（3）KP与KC的关系 当反应物、生成物都近乎理想气体时：pV = nRT p = n/V RT = c RT n为反应后与反应前气体摩尔数之差； 只应用于单纯气态反应。根据n的数值可分为以下三种情况：a) 当 n0时，Kp= Kc;b) 当 n 0时，Kp Kc;c) 当 n 0时，Kp 107 正向进行； K 107逆向进行。 例 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) 298K时，K 298K =3.6 10 2423 标准平衡常数K 与温度有关，因此要注明K 的温度条件，通常一个温度下同一化学反应只有一个K 。上述平衡常数与平衡体系各组分分压或浓度的

6、关系，严格地说只是对于气体分压不太高，溶质的浓度比较稀的情况下适用。 243、多重平衡规则e.g.1：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)根据赫斯定律: 反应(1)+反应(2)反应(3)rG1 + rG2 rG3根据 rGm = - RTlnK RTlnK1 + 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。9/15/202225e.g.2: 2NO (g) + O2 (g)

7、2NO2 K1 2NO2 (g) N2O4 K2 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K = K1 K2 e.g.3: C (s) + CO2(g) 2CO(g) K C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 K = K1 /K2多重平衡规则26多重平衡规则的用途：应用若干己知反应的平衡常数求得某个或某些其它反应的平衡常数，而无须逐一通过实验求值。27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(

8、g)fHm/(kJmol-1) 0 -393.509 -110.525Sm/(Jmol-1K-1) 5.740 213.74 197.674fGm/(kJmol-1) 0 -394.359 -137.168rGm=2fGm(CO)-fGm(CO2) =2(-137.168)-(394.359) kJmol-1 =120.023 kJmol-1lnK = - = -rGm 120.023 RT 8.314298.15K =9.510-229/15/202228解： C(s) + CO2(g) 2CO(g)fHm/(kJmol-1) 0 -393.509 -110.525Sm/(Jmol-1K-1

9、) 5.740 213.74 197.674rHm=2(-110.525)-(393.509) kJmol-1 =172.459 kJmol-1rSm=2(197.674)-(5.740+213.74)Jmol-1K-1 =175.87 Jmol-1K-1rGm(1173K)= rHm-T rSm =(172.459103-1173175.87) Jmol-1 =33836.51 Jmol-1lnK = - = -rGm 33836.51 RT 8.3141173K =32.14(1173K)9/15/2022292-3-3 化学平衡的计算 2-3-3 化学平衡的计算平衡转化率化学反应达平衡后

10、，该反应物转化为生成物，从理论上能达到的最大转化率。某反应物已转化的量= 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= 100% 反应物的起始浓度注意： 转化率与体系的起始状态有关，必须指明哪种物质的转化率。9/15/202230例763.8K时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g) Kc=45.7反应开始时H2和I2的浓度均为l.00 molL-1, 求反应达平衡时各物质的平衡浓度及I2 的平衡转化率。假定平衡时要求有90I2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

11、度及I2的变化浓度, 代入平衡转率的计算式。9/15/202231解: (1) 设达平衡时c(HI)= x molL-1 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 始态浓度/(mo1L-1) 1.00 1.00 0变化浓度/(mo1L-1) -x/2-x/2 +x平衡浓度/(mo1L-1) 1.00-x/2 1.00-x/2 x则 x2 Kc = = 45.7 (1.00-x/2 ) (1.00-x/2)x1.54平衡时各物质的浓度为：c(HI)=1.54 molL-1 c(H2)=c(I2)=(1.00-1.54/2)molL-1=0.23mo1L-1I2的变化浓度= -x/2 = 0.77

12、molL-1I2的平衡转化率 =(0.77/1.00)100%=77%32例763.8K时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g) Kc=45.7反应开始时H2和I2的浓度均为l.00 molL-1, 求反应达平衡时各物质的平衡浓度及I2 的平衡转化率。假定平衡时要求有90I2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。9/15/202233解:(2)设开始时c(H2)=xmolL-1,c(I2)=ymolL-1 H2(g) + I2(g) 2HI(g)始态浓度/(

13、mo1L-1) x y 0平衡浓度/(mo1L-1) x-0.9y y-0.9y 1.8y则 (1.8y)2 Kc = = 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%。34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：开始装入的PCl3和Cl2的物质的量；PCl3的平衡转化率。解: (1) 设始态 p(PCl3)=p(Cl2)=x Pa PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)始态分压/Pa x x 0平衡分压/Pa x - p x - p p9/15/202235解: (1) 设始态 p(PCl3)=p(Cl2)=x Pa PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)始态分压/Pa x x 0平衡分压/Pa x - p x - p p p(PC