天津大学无机化学02-3-化学反应的限度课件.ppt

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1、2023/2/4第三节第三节化学反应的限度化学反应的限度无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度第三节第三节 化学反应的限度化学反应的限度2023/2/42-3-1可逆反应与化学平衡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与化学平衡可逆反应和不可逆反应可逆反应和不可逆反应不可逆反应不可逆反应反应物能全部转变为生成反应物能全部转变为生成物物,亦即能进行到底的反应亦即能进行到底的反应例如：例如：HCl+NaOHNaCl+H2OMnO2,2KClO32KCl+3O22023/2/4 可逆反应和不可逆反应可逆反应和不

2、可逆反应可逆反应可逆反应当当p=100kPa、T=773K，SO2与与O2以以2:l体体积比在密闭容器内进行反应时积比在密闭容器内进行反应时,SO2转化为转化为SO3的最大转化率为的最大转化率为90。因为因为SO2与与O2生成生成SO3的同时的同时,部分部分SO3在相在相同条件下又分解为同条件下又分解为SO2和和O2。2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)V2O5可逆反应可逆反应同一条件下可同时向正、逆同一条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应两个方向进行的反应2023/2/4 化学平衡化学平衡在一定的温度下在一定的温度下,反应物反应物在密闭容器内进行可逆在密闭容器内进行可逆反应反应,随着反

3、应物不断消随着反应物不断消耗耗、生成物不断增加生成物不断增加,正反正反应速率不断减小应速率不断减小,逆反应逆反应速率不断增大速率不断增大,反应进行反应进行到一定程度到一定程度,正反应速率正反应速率和逆反应速率相等和逆反应速率相等,各反各反应物应物、生成物的浓度不再生成物的浓度不再变化变化,这时反应体系所处这时反应体系所处的的状状态态称称为为“化化学学平平衡衡”正正逆逆正正逆逆t2023/2/4 化学平衡的特征化学平衡的特征反反应应达达到到平平衡衡后后,只只要要外外界界条条件件不不变变，反反应体系中各物质的量将不随时间而变。应体系中各物质的量将不随时间而变。化化学学平平衡衡是是一一种种动动态态平

4、平衡衡，即即单单位位时时间间内内反反应应物物的的消消耗耗量量和和生生成成物物的的生生成成量量相相等。等。化化学学平平衡衡是是有有条条件件的的,在在一一定定外外界界下下才才能能保保持持平平衡衡，当当外外界界条条件件改改变变时时，原原平平衡衡被破坏，建立新平衡。被破坏，建立新平衡。2023/2/42-3-2化学平衡常数化学平衡常数 2-3-2化学平衡常数化学平衡常数实验平衡常数实验平衡常数如如可逆反应：可逆反应：cC(g)+dD(g)yY(g)+zZ(g)c(Y)yc(Z)zKc=c(C)c c(D)dp(Y)yp(Z)zKp=p(C)cp(D)dn=(y+x)-(c+d)Kc浓度平衡常数浓度平衡

5、常数Kp 分压平衡常数分压平衡常数实验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数值和量纲随分压或浓度所用的单位不同而异单位不同而异(n=0除外除外)2023/2/42-3-2化学平衡常数化学平衡常数 实验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。平衡常数越大限度的特性值。平衡常数越大,表示反应表示反应进行得越完全。进行得越完全。一定温度下，不同的反应各有其特定的平一定温度下，不同的反应各有其特定的平衡常数。衡常数。平衡常数值与温度及反应式的书写形式有关，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

6、变。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体或稀溶液的溶剂的“浓度项浓度项”不必列出。不必列出。2023/2/4 例例反应反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)1000K达平衡时达平衡时,c(CO)=c(H2)=7.610-3molL-1,c(H2O)=4.610-3molL-1,平衡分压平衡分压p(CO)=p(H2)=6.3104Pa,p(H2O)=3.8104Pa,试计算该反应的试计算该反应的Kc、Kp解：解：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)平衡浓度平衡浓度/(10-3molL-1)4.67.

7、67.6c(CO)c(H2)(7.610-3)2 c(H2O)4.610-3Kc=molL-1=1.310-2molL-12023/2/4 例例反应反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)1000K达平衡时达平衡时,c(CO)=c(H2)=7.610-3molL-1,c(H2O)=4.610-3molL-1,平衡分压平衡分压p(CO)=p(H2)=6.3104Pa,p(H2O)=3.8104Pa,试计算该反应的试计算该反应的Kc、Kp解：解：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)平衡分压平衡分压/(104Pa)3.86.36.3p(CO)p(H2)(6.3104)2 p(H2O

8、)3.8104Kp=Pa=1.0105Pa2023/2/4 实验平衡常数实验平衡常数气相反应气相反应:Kp=Kc(RT)n例例反应反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)Kc=1.310-3molL-1Kp=1.0105Pa n=(1+1)-1=1Kp=1.310-3(8.3141000)1103Pa=1.0104Pa2023/2/4 实验平衡常数实验平衡常数气相反应气相反应:Kp=Kc(RT)nR 的取值和量纲随压力所取单位而有所不同的取值和量纲随压力所取单位而有所不同压力单位压力单位(符号符号)R值值Kc与与Kp关系关系大气压大气压(atm)0.0821atmdm3mol-1K-

9、1Kp(atm)=Kc(R(atm)T)n巴巴(bar)0.0831bardm3mol-1K-1Kp(bar)=Kc(R(bar)T)n帕帕斯卡斯卡(Pa)8.314Pam3mol-1K-1Kp(Pa)=Kc(R(Pa)T)n目前化学手册中无目前化学手册中无Kp(Pa)和和Kp(bar)数据数据,一般计一般计算时仍可沿用算时仍可沿用Kp(atm)的数值。的数值。2023/2/4 标准平衡常数标准平衡常数由化学反应等温方程式导出由化学反应等温方程式导出rGm=rGm+RT lnJ体系处于平衡状态体系处于平衡状态rGm0，则，则J=KrGm=-RTlnK-rGmlnK=RTK 标准平衡常数标准平衡

10、常数2023/2/4 标准平衡常数标准平衡常数如如可逆反应：可逆反应：S2-(aq)+2H2O(l)H2S(g)+2OH-(aq)K :量纲为量纲为“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。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实验平衡常数的量纲不为1，并与压力所，并与压力所选单位有关。选单位有关。2023/2/4 例例计算反应：计算反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)温度为温度为298.15K和和1173K时的时的K解：解：C(s)+CO2(g)2CO(g)fHm/(kJmol-1)0-393.509-110.5

11、25Sm/(Jmol-1K-1)5.740213.74197.674fGm/(kJmol-1)0-394.359-137.168rGm=2fGm(CO)-fGm(CO2)=2(-137.168)-(-394.359)kJmol-1=120.023kJmol-1lnK=-rGm-120.023103RT 8.314298.15K=9.510-222023/2/4 解：解：C(s)+CO2(g)2CO(g)fHm/(kJmol-1)0-393.509-110.525Sm/(Jmol-1K-1)5.740213.74197.674rHm=2(-110.525)-(393.509)kJmol-1=17

12、2.459kJmol-1rSm=2(197.674)-(5.740+213.74)Jmol-1K-1=175.87Jmol-1K-1rGm(1173K)=rHm-TrSm=(172.459103-1173175.87)Jmol-1=-33836.51Jmol-1lnK=-=-rGm33836.51RT 8.3141173K=32.14(1173K)2023/2/4 多重平衡规则多重平衡规则相同温度下相同温度下(1)N2(g)+O2(g)2NO(g)(2)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)(3)N2(g)+2O2(g)2NO2(g)反应反应(1)+反应反应(2)反应反应(3)rG1+rG2

13、rG3根据根据 rGm=-RT lnKRT lnK1+RT lnK2=RT lnK3则则 K1K2 K3多重平衡规则：多重平衡规则：当几个反应式相加得到另一个反应式时，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其平衡常数等于几个反应平衡常数之积2023/2/42-3-3化学平衡的计算化学平衡的计算 2-3-3化学平衡的计算化学平衡的计算平衡转化率平衡转化率化学反应达平衡后，理论上反应物转化为化学反应达平衡后，理论上反应物转化为生成物能达到的最大转化率。生成物能达到的最大转化率。某反应物已转化的量某反应物已转化的量=100%反应开始时该反应物的总量反应开始时该反应物的

14、总量若反应前后体积不变若反应前后体积不变反应物起始浓度反应物起始浓度-反应物平衡浓度反应物平衡浓度=100%反应物的起始浓度反应物的起始浓度2023/2/4 例例763.8K时时,反应反应H2(g)+I2(g)2HI(g)Kc=45.7(1)反反应应开开始始时时H2和和I2的的浓浓度度均均为为l.00molL-1,求求反反应应达达平平衡衡时时各各物物质质的的平平衡衡浓浓度度及及I2的平衡转化率。的平衡转化率。(2)假假定定平平衡衡时时要要求求有有90I2转转化化为为HI,问问开开始时始时I2和和H2应按怎样的浓度比混合应按怎样的浓度比混合?思路思路(1)根根据据已已知知的的Kc和和反反应应式式

15、给给出出的的计计量量关关系系,求求出出各各物物质质的的平平衡衡浓浓度度及及I2的的变变化化浓浓度度,代入平衡转率的计算式。代入平衡转率的计算式。解解:(1)设达平衡时设达平衡时c(HI)=xmolL-1H2(g)+I2(g)2HI(g)始态浓度始态浓度/(mo1L-1)1.001.000变化浓度变化浓度/(mo1L-1)-x/2-x/2+x平衡浓度平衡浓度/(mo1L-1)1.00-x/21.00-x/2x则则x2Kc=45.7(1.00-x/2)(1.00-x/2)x1.54平衡时各物质的浓度为：平衡时各物质的浓度为：c(HI)=1.54molL-1c(H2)=c(I2)=(1.00-1.5

16、4/2)molL-1=0.23mo1L-1I2的变化浓度的变化浓度=-x/2=0.77molL-1I2的平衡转化率的平衡转化率=(0.77/1.00)100%=77%2023/2/4 例例763.8K时时,反应反应H2(g)+I2(g)2HI(g)Kc=45.7(1)反反应应开开始始时时H2和和I2的的浓浓度度均均为为l.00molL-1,求求反反应应达达平平衡衡时时各各物物质质的的平平衡衡浓浓度度及及I2的平衡转化率。的平衡转化率。(2)假假定定平平衡衡时时要要求求有有90I2转转化化为为HI,问问开开始时始时I2和和H2应按怎样的浓度比混合应按怎样的浓度比混合?思路思路(2)根据平衡移动原

17、理，增大反应物的浓根据平衡移动原理，增大反应物的浓度，可以使平衡向正向移动。增大度，可以使平衡向正向移动。增大H2的初始浓度，可以提高的初始浓度，可以提高I2的转化率。的转化率。解解:(2)设开始时设开始时c(H2)=xmolL-1,c(I2)=ymolL-1H2(g)+I2(g)2HI(g)始态浓度始态浓度/(mo1L-1)xy0平衡浓度平衡浓度/(mo1L-1)x-0.9yy-0.9y1.8y则则(1.8y)2Kc=45.7(x-0.9y)(y-0.9y)x/y=1.6/1.0若开始若开始H2和和I2的的浓度以浓度以1.6:1.0混合混合，I2的平衡转化率可达的平衡转化率可达90%2023

18、/2/4 例例在在5.00L容器中装有等物质的量的容器中装有等物质的量的PCl3(g)和和Cl2(g)。523K时时,反应反应PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)达平衡时，达平衡时，p(PCl5)=p，K =0.767，求求：(1)开始装入的开始装入的PCl3和和Cl2的物质的量；的物质的量；(2)PCl3的平衡转化率。的平衡转化率。解解:(1)设始态设始态p(PCl3)=p(Cl2)=xPaPCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)始态分压始态分压/Pax x0平衡分压平衡分压/Pax-p x-pp2023/2/4 解解:(1)设始态设始态p(PCl3)=p(Cl2)=xPaPCl3(

19、g)+Cl2(g)PCl5(g)始态分压始态分压/Pax x0平衡分压平衡分压/Pax-p x-ppp(PCl3)/p(x-p)/p (x-p)/p K=1(x-105Pa)/105Pa20.767=x=214155pV 2141555.0010-3RT 8.314523n(PCl3)=n(Cl2)=mol=0.246mol(2)(PCl3)=100%=100%=47.0%p 105Pax 214155Pa第三节结束第三节结束第三节第三节 结束结束第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案学习目标学习目标1、复述故事，深入理解

20、文章内、复述故事，深入理解文章内容，初步把握人物形象。容，初步把握人物形象。2、学会利用文中关键词句分、学会利用文中关键词句分析人物形象。析人物形象。3、体会文章所揭示的深刻道、体会文章所揭示的深刻道理。理。故事发生的时间、地点、人物、故事发生的时间、地点、人物、事件的起因、经过和结果要复述事件的起因、经过和结果要复述清楚。清楚。看图复述课文内容看图复述课文内容自学指导自学指导(一一)1、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这两个人物的。两个人物的。2、从这个故事

21、中你懂得了什么道理？、从这个故事中你懂得了什么道理？自学指导自学指导(二二)陈尧咨（善射）陈尧咨（善射）卖油翁（善酌）卖油翁（善酌）动作动作神态神态语言语言睨之睨之无他，但手熟尔无他，但手熟尔以我酌油知之以我酌油知之我亦无他，惟手熟尔我亦无他，惟手熟尔汝亦知射乎汝亦知射乎吾射不亦精乎吾射不亦精乎尔安敢轻吾射尔安敢轻吾射释担而立释担而立但微颔之但微颔之取取置置覆覆酌酌沥沥性格性格:自矜（骄傲）自矜（骄傲）谦虚谦虚对比对比道理道理:熟能生巧熟能生巧,即使有什么长处也不必骄傲自满。即使有什么长处也不必骄傲自满。忿然忿然笑而遣之笑而遣之笑而遣之笑而遣之1、联系生活、学习，说说熟能生巧的、联系生活、学习

22、，说说熟能生巧的事例。事例。2、你认为一个人应该如何看待自己、你认为一个人应该如何看待自己的长处？又如何看待他人的长处？的长处？又如何看待他人的长处？课外延伸课外延伸人外有人，天外有天。人外有人，天外有天。取人之长，补己之短。取人之长，补己之短。自满人十事九空，虚心人万事可自满人十事九空，虚心人万事可成。成。谦受益，满招损。谦受益，满招损。三人行，必有我师焉。三人行，必有我师焉。择其善者而从之，其不善者而改择其善者而从之，其不善者而改之。之。骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷阱是我们自己亲手挖掘的。阱是我们自己亲手挖掘的。老舍老舍尺有所短；

23、寸有所长。物有所尺有所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。不足；智有所不明。屈原屈原1、正视自己的长处，扬长避短，、正视自己的长处，扬长避短，2、正视自己的缺点，知错能改，、正视自己的缺点，知错能改，3谦虚使人进步，谦虚使人进步，4、人应有一技之长，、人应有一技之长，5、自信是走向成功的第一步，、自信是走向成功的第一步，6强中更有强中手，一山还比一山高，强中更有强中手，一山还比一山高，7艺无止境艺无止境8、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦训练才能有所收获，取得成效。训练才能有所收获，取得成效。9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；10、智者超然物外、智者超然物外