1、第三節 化學反應的限度無機化學多媒體電子教案第二章 化學反應的方向、速率和限度第三節 化學反應的限度9/15/202212-3-1 可逆反應與化學平衡 2-3-1 可逆反應與化學平衡可逆反應和不可逆反應不可逆反應反應物能全部轉變為生成 物, 亦即反應能進行到底的反應。例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O29/15/202221、可逆反應和不可逆反應可逆反應同一條件下可同時向正、逆兩個方向進行的反應。方程式中，用可逆符號代替等號。如 當p=100kPa、T=773K, SO2與O2以2:l體積比在密閉容器內進行反應時, SO2轉化為SO3

2、的最大轉化率為90。因為SO2與O2生成SO3的同時, 部分SO3在相同條件下又分解為SO2和O2。2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)V2O59/15/20223正反應：按反應方程式從左向右進行的反應；逆反應：從右向左進行的反應。 一般地，可逆性是化學反應的普遍特征，僅少數反應的反應物可完全轉化為產物,為不可逆反應。嚴格地說，除放射性元素的蛻變外，幾乎所有的化學反應都具有可逆性，只是可逆程度不同而已。44可逆反應的速率 正反應速率(v正) 逆反應速率(v逆) 總速率(v總) v總| v正v逆 |如：密閉反應器中進行的可逆反應：5CO2(g) + H2 (g) CO(g) +H2O(

3、g)5化學平衡在一定的溫度下,反應物在密閉容器內進行可逆反應,隨著反應物不斷消耗、生成物不斷增加,正反應速率不斷減小,逆反應速率不斷增大,反應進行到一定程度,正反應速率和逆反應速率相等,各反應物、生成物的濃度不再變化,這時反應體系所處的狀態稱為“化學平衡” 。正逆正逆/(molL-1s-1)t/s9/15/202262、化學平衡的特征反應達到平衡后,只要外界條件不變，反應體系中各物質的量將不隨時間而變。化學平衡是一種動態平衡，即單位時間內反應物的消耗量和生成物的生成量相等。化學平衡是有條件的、相對的、暫時的： 恒溫、封閉體系中才能建立平衡； 外界條件改變，平衡可能被破壞，平衡發生移動，直至建立

4、新的平衡。v正 = v逆 09/15/20227表明反應限度的一種特征值1、經驗（實驗）平衡常數2-3-2 化學平衡常數 任何可逆反應，不管反應始態如何，在一定溫度下達平衡時，各生成物平衡濃度冪的乘積與反應物平衡濃度冪的乘積之比值為一常數，稱為化學平衡常數。 以濃度表示的稱為濃度平衡常數(Kc)，以分壓表示的稱為壓力平衡常數常數(Kp)。 82-3-2 化學平衡常數 （1） 對于溶液中的反應Kc濃度平衡常數； 單位： (molL-1) i ， i = (g+d)-(a+b) 如可逆反應：9/15/20229（2）對于氣相中的反應 aA + bB gG + dD壓力平衡常數 pA、pB、pG、p

5、D平衡分壓1010（3）KP與KC的關系 當反應物、生成物都近乎理想氣體時：pV = nRT p = n/V RT = c RT n為反應后與反應前氣體摩爾數之差； 只應用于單純氣態反應。根據n的數值可分為以下三種情況：a) 當 n0時，Kp= Kc;b) 當 n 0時，Kp Kc;c) 當 n 0時，Kp 107 正向進行； K 107逆向進行。 例 2SO2 (g) + O2 (g) = 2SO3 (g) 298K時，K 298K =3.6 10 2423 標準平衡常數K 與溫度有關，因此要注明K 的溫度條件，通常一個溫度下同一化學反應只有一個K 。上述平衡常數與平衡體系各組分分壓或濃度的

6、關系，嚴格地說只是對于氣體分壓不太高，溶質的濃度比較稀的情況下適用。 243、多重平衡規則e.g.1：相同溫度下(1) N2(g) + O2(g) 2NO(g) (2) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) (3) N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g)根據赫斯定律: 反應(1)+反應(2)反應(3)rG1 + rG2 rG3根據 rGm = - RTlnK RTlnK1 + RTlnK2 = RTlnK3則 K1 K2 K3多重平衡規則：當幾個反應式相加得到另一個反應式時，其平衡常數等于幾個反應平衡常數之積。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多重平衡規則26多重平衡規則的用途：應用若干己知反應的平衡常數求得某個或某些其它反應的平衡常數，而無須逐一通過實驗求值。27例 計算反應：C(s)+CO2(g) 2CO(g)溫度為298.15K和1173K時的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 化學平衡的計算 2-3-3 化學平衡的計算平衡轉化率化學反應達平衡后

10、，該反應物轉化為生成物，從理論上能達到的最大轉化率。某反應物已轉化的量= 100% 反應開始時該反應物的總量若反應前后體積不變 反應物起始濃度-反應物平衡濃度= 100% 反應物的起始濃度注意： 轉化率與體系的起始狀態有關，必須指明哪種物質的轉化率。9/15/202230例763.8K時,反應H2(g)+I2(g)2HI(g) Kc=45.7反應開始時H2和I2的濃度均為l.00 molL-1, 求反應達平衡時各物質的平衡濃度及I2 的平衡轉化率。假定平衡時要求有90I2轉化為HI, 問開始時I2和H2應按怎樣的濃度比混合?思路(1) 根據已知的Kc 和反應式給出的計量關系,求出各物質的平衡濃

11、度及I2的變化濃度, 代入平衡轉率的計算式。9/15/202231解: (1) 設達平衡時c(HI)= x molL-1 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 始態濃度/(mo1L-1) 1.00 1.00 0變化濃度/(mo1L-1) -x/2-x/2 +x平衡濃度/(mo1L-1) 1.00-x/2 1.00-x/2 x則 x2 Kc = = 45.7 (1.00-x/2 ) (1.00-x/2)x1.54平衡時各物質的濃度為：c(HI)=1.54 molL-1 c(H2)=c(I2)=(1.00-1.54/2)molL-1=0.23mo1L-1I2的變化濃度= -x/2 = 0.77

12、molL-1I2的平衡轉化率 =(0.77/1.00)100%=77%32例763.8K時,反應H2(g)+I2(g)2HI(g) Kc=45.7反應開始時H2和I2的濃度均為l.00 molL-1, 求反應達平衡時各物質的平衡濃度及I2 的平衡轉化率。假定平衡時要求有90I2轉化為HI, 問開始時I2和H2應按怎樣的濃度比混合?思路 (2) 根據平衡移動原理，增大反應物的濃 度，可以使平衡向正向移動。增大H2 的初始濃度，可以提高 I2的轉化率。9/15/202233解:(2)設開始時c(H2)=xmolL-1,c(I2)=ymolL-1 H2(g) + I2(g) 2HI(g)始態濃度/(

13、mo1L-1) x y 0平衡濃度/(mo1L-1) x-0.9y y-0.9y 1.8y則 (1.8y)2 Kc = = 45.7 ( x-0.9y) (y-0.9y) x/y = 1.6/1.0若開始H2和I2的濃度以1.6 : 1.0混合，I2 的平衡轉化率可達90%。34例在5.00L容器中裝有等物質的量的PCl3(g)和Cl2(g)。523K時,反應PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)達平衡時，p(PCl5)=p ，K =0.767，求：開始裝入的PCl3和Cl2的物質的量；PCl3的平衡轉化率。解: (1) 設始態 p(PCl3)=p(Cl2)=x Pa PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)始態分壓/Pa x x 0平衡分壓/Pa x - p x - p p9/15/202235解: (1) 設始態 p(PCl3)=p(Cl2)=x Pa PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)始態分壓/Pa x x 0平衡分壓/Pa x - p x - p p p(PC