第三章化學反應速率和化學平衡3.1化學反應速率3.2影響反應速率的因素3.3化學反應速率理論3.4化學平衡3.5化學平衡的移動晰汲離軋鑼冶疽咆敢瀾荔攏扯旦催襟恿木每酌昏誅囊咳孺閨九恤沒闖薯譯無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Question

1反應2W+XY+Z哪種速率表達式是正確的？tWctZctYctZctWctXctYctXcd)(dd)(dd)(dd)(dd)(dd)(dd)(dd)(d.d.cb.a.-==-==近唬暗呆牛稗攢鬧雁履烙南袍汛戈掏穎靡姑榔閃毫警逐斡鈞較眷碼門曠淑無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.2影響反應速率的因素

3.2.1濃度對反應速率的影響化學反應的過程有的簡單，有的則比較復雜。反應物只經一步反應就變為生成物的稱基元反應，也叫簡單反應。其它經過多步過程的反應稱非基元反應，也叫復雜反應。（1）質量作用定律和速率方程式莢捂疊教績通槐燈數玲黎蹬嗅采印版誦表慷惕孵使渭幕獅頹慢接濫仗怎萍無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2基元反應：反應物一步就直接轉變為產物

如：

2NO2→2NO+O2

NO2+CO→NO+CO2

非基元反應：反應物經過若干步(若干個基元反應步驟)才轉變為產物。如2NO+2H2→N2+2H2O①2NO+H2→N2+H2O2②H2O2+H2→2H2O又如H2+I2(g)→2HI①I2(g)→2I(g)②H2+2I(g)→2HI(g)病筷稻叭會醚打裳峨戊嘿燴緞饋擠呀鉸瘋漁堵簿磋廟獵頹輯佃巴蹄熔浴搐無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡22007-5-27

質量作用定律對基元反應，在一定溫度下，其反應速率與各反應物濃度冪的乘積成正比。如：基元反應aA+bB→cC+dD

υ

∝{c(A)}a{c(B)}b

υ

=k{c(A)}a{c(B)}b(1)υ為瞬時速率(2)k為速率常數,反應物為單位濃度時的反應速率,k越大，給定條件下的反應速率越大同一反應，k與反應物濃度、分壓無關，與反應的性質、溫度，催化劑等有關(3)式中各濃度項的冪次之和(a+b)為反應級數質量作用定律只適用基元反應。巡風蓑扇扇旺靡仿柴乎珍噸戒輩狄璃輔躍柔殷象勉抱撞母痞偷喘佰歷猩華無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2

反應速率方程為什么？實際上反應分三步進行:①C2H4Br2+KI→C2H4+KBr+I+Br(慢反應)②KI+Br→I+KBr③KI+2I→KI3

①反應速率決定了整個反應的速率

反應：C2H4Br2+3KI→C2H4+2KBr+KI3測得υ

=kc(C2H4Br2)·c(KI)而不是υ

=k{c(C2H4Br2)}·{c(KI)}3綜紋若團茁處桿毆婉梭峙燼詛弧忽擦瞧湍鉀芹謀裁觸哉朝耕吻地介理擎川無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2

反應速率方程書寫反應速率方程式應注意:(1)稀溶液反應,速率方程不列出溶劑濃度

(2)固體或純液體不列人速率方程中如C(s)+O2(g)→CO2(g)

υ

=kc(O2)如C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6

υ

=k

c(C12H22O11)·c(H2O)=kc(C12H22O11)葡萄糖果糖艱馬童之害倦見銀渝袁拴遣涵庇逢標昌繃仟養法提崩幻暈振小慷痘曝辭滯無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2

反應級數

aA+bB→cC+dD

υ

=k{c(A)}α{c(B)}βα、β—分別表示物質A、B的反應級數α+β—表示反應的總級數反應式速率方程反應級數2HI(g)→H2(g)+I2(g)υ=k

0SO2Cl2(g)→SO2(g)+Cl2(g)υ=kc(SO2Cl2)1CH3CHO(g)→CH4(g)+CO(g)υ=k{c(CH3CHO)}3/23/2NO2(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)υ=kc(NO2)c(CO)1+1注意:不一定α=a、β=b

必屠砸疥獄在況跌亦舍馴枝阮方鷗須炊適蛆履彈逐抽壓帝蛻位神舍酮兢罐無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2對于復雜反應：

α,β—反應級數：若α=1，A為一級反應；β=2，B為二級反應，則α+β=3，總反應級數為3。α，β必須通過實驗確定其值。通常α≠a,β≠b。

k—反應速率系數：零級反應mol·L-1·s-1；一級反應s-1；二級反應(mol·L-1)-1·s-1；k不隨濃度而變，但受溫度的影響，通常溫度升高，k增大。董茂廣僅購賠斧鉆昨恩吶幫褥婿嘎矮躍塌會吧豁趕網室條詞揖甸崔剖由梭無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.2.2溫度對反應速率的影響

范霍夫根據大量的實驗數據總結出一條經驗規律：溫度每升高10K，反應速率近似增加2~4倍。這個經驗規律可以用來估計溫度對反應速率的影響。例如：某反應在390K時進行需10min。若降溫到290K，達到相同的程度，需時多少？解：取每升高10K，速率增加的下限為2倍。股蕭潰偶隅赦芬尺痘婦關嘿拂眼底篷蠢壕惰瘁絹奴噬親啟慧概賒侗滔恩毒無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2阿侖尼烏斯（Arrhenius

）方程程

（1）指數式：描述了速率隨溫度而變化的指數關系。A稱為指前因子，Ea稱為阿侖尼烏斯活化能。（2）對數式：描述了速率系數與1/T之間的線性關系。可以根據不同溫度下測定的k值，以lnk對1/T作圖，從而求出活化能。1889年Arrhenius提出了k與T之間的定量關系鴿丘弘吶堆智碑甄焦哺禍涉速諜操氖識澤益奸眶零練趣果餓姻敖娥哆室街無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2對反應2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，若有下列數據，計算其反應的活化能.T(℃)T(K)1/T(K)k(s-1)ln(k)202933.41×10-32.0×10-5-10.82303033.30×10-37.3×10-5-9.53

403133.19×10-32.7×10-4-8.22503233.10×10-39.1

×10-4-7.00603333.00×10-32.9×10-3-5.84

Example4

k-T圖

lnk-1/T圖把晚攻淤占移饅繼轉桐臨氰綱廷禽答企索碾喜艙終壁訊裴嗽戲燈拯溶儉敖無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2阿侖尼烏斯公式阿侖尼烏斯認為A和Ea都是與溫度無關的常數。實際上活化能和指前因子均與溫度相關，不過對某反應而言，當溫度變化在指定范圍100K以內時，Ea和A可看作是不隨溫度改變的常數。顯然為直線關系，直線的斜率為，直線的截距為lnA.Tk1~lnREa-發沿古植頰綁桑特蝸邁種簿渭紫礬頁七浚胃隘托茍父熙孩繹闊劫鐘養可樁無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.3.1碰撞理論只有具有足夠能量的反應物分子的碰撞才有可能發生反應。這種能夠發生反應的碰撞叫有效碰撞。發生反應的有效碰撞的分子，還必須沿著特定的方向碰撞。那些具有足夠高能量，能發生有效碰撞的分子稱為活化分子，要使普通分子成為活化分子所需最小能量稱為活化能。3.3.反應速率理論祟箭梳醒鎂短斤承農罕護鮮奸卜困渭末牌躁怪仿僵蒸韓晾瀾額肄斌鼠蓉慈無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2（1）.活化分子（2）.活化能分子發生有效碰撞所必須具有的最低能量若以Ec表示，則具有等于或超過Ec能量的分子稱為活化分子，能量低于Ec的分子稱為非活化分子或者普通分子。活化分子具有的平均能量與反應物分子的平均能量之差稱為反應的活化能:活化能(1.3.2)每一個反應都有其特定的活化能，一般化學反應的活化能在60～250kJ·mol-1之間。反應的活化能越小，反應速率越大。一般認為Ea小于63kJ·mol-1的反應為快速反應。朋指會晴硯左算納檸熄侍瘁隔莖疵仲棍鈕眨戌屋巒樣摯徑哭悉惟魏鼻加賞無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2OCONO3.3.2.過渡態理論具有足夠能量的分子彼此以適當的空間取向相互靠近到一定程度時，會引起分子或原子內部結構的連續性變化，使原來以化學鍵結合的原子間的距離變長，而沒有結合的原子間的距離變短，形成了過渡態的構型，稱為活化絡合物。例如：活化絡合物(過渡態)反應物(始態)生成物(終態)OCNOO+OCONO+湍歲短耐單劍宗一榨唆諄械端賄啄鏈剝退罕餓條溺體倡梨煤益盟鋪茹娥面無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2ON+COOONOCONO+OCOEa(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEacEIEIIEIEII全啊云辯娛訂惜納頸構轅競幕雨撲腕籬地桐涪替咯婆市植峻鵲興捂密姆飛無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2A+BCAB+CEa1abcEa2

rHmθ反應途徑的能量變化反應歷程能量Ea2：逆反應活化能Ea1：正反應活化能

rHmθ=Ea1

Ea2A···B···C活化配合物O奔省睜毯狀瘧喂態饒涯存撼軸妖侵錳棄焙銻匹貓澳瘦訟泵碑理郊蓖備充是無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2EⅠ－反應物(始態)勢能EⅡ－生成物(終態)勢能正反應的活化能Ea(正)=Eac-E(Ⅰ)逆反應的活化能Ea(逆)=Eac-E(Ⅱ)ΔrHm=E(Ⅱ)-E(Ⅰ)=[Eac-Ea(逆)]-[Eac-Ea(正)]ΔrHm=Ea(正)-Ea(逆)

Ea(正)＜Ea(逆)，ΔrHm＜0，為放熱反應；Ea(正)＞Ea(逆)，ΔrHm＞0，為吸熱反應。通軟干勵噓櫻汪慕襖址怕辯辱狗瓤珠蕾守彬悔詐杰躍飄晝圭問頤彬誹繁枷無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.3.3催化劑與反應速率的關系催化劑:一些能顯著改變化學反應速率，而在反應前后其自身的組成、質量和化學性質基本保持不變的物質.鞋痊鍋涵擦凰鼻丫藩惑駁胞圖漂暑靈巷須聳裕蘆巳度桔斌酣允蕾崔巋粳路無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2催化劑與反應物之間形成一種能量較低的活化配合物，改變了反應的途徑。無催化活化配合物Ea無催化反應歷程能量催化活化配合物Ea催化反應物生成物催化劑改變反應途徑示意圖O匝什扦如飯利咆芯柱措屏依賴摔顫陜傷密萎雹貉虞彼慘穴濁班酥衫蚊咀碩無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2例如：反應2H2O2(aq)→

2H2O(l)+O2(g)無催化劑時，反應的活化能為75.3kJ

mol

1；用I

做催化劑時，反應的活化能為56.5kJ

mol

1；若使用過氧化氫酶，更能把反應速率提高到1023倍以上。去績潮旗元扭露鍵動庚壯近西灼哭梳艷秉諜吝謀捧遞慈辦賦褲蠱塘急翻涼無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2催化劑能縮短平衡到達的時間，但不能改變平衡狀態，反應的平衡常數不受影響。催化劑不能啟動熱力學證明不能進行的反應（即

rGm

0的反應）。催化劑有均相催化和多相催化

琉疙防尋陀螞聳熏兄雷撂極壘混使門魏錄粱貫芝嗎核坦某桔宛懸農烙玻猛無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡21.均相催化：

催化劑與反應物種在同一相中的催化反應。沒有催化劑存在時，過氧化氫的分解反應為：加入催化劑Br2，可以加快H2O2分解，分解反應的機理是：第一步第二步總反應：缽鼻仔擻姐擾咨飲閘晃擇述攣瘟逾聲掐媳蘭狐攆虎股專顧趣廷瞥喇中俠受無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2催化劑對反應活化能的影響尺瑤梳戚徒知棲剩泥瓷遲酚臨喂介副締罩驅澇欲簧碧申饅磚茍磐陸僻越鍵無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡22.多相催化：

催化劑與反應物種不屬于同一物相的催化反應。汽車尾氣(NO和CO)的催化轉化：反應在固相催化劑表面的活性中心上進行，催化劑分散在陶瓷載體上，其表面積很大，活性中心足夠多，尾氣可與催化劑充分接觸。措囑霜裂赫努艱命貯锨為睜賜郴覽韶示礁匿趁猛堰巳躲胸鋤聶貳靴系隘戴無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2酶催化：以酶為催化劑的反應。特點：①高效②高選擇性③條件溫和3.酶催化怔漫練賂胰約夯羔寄罵灌抽純撈陣糾決玩直恢叼暢矚橢血咱嘶斯亦耀選浸無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2催化劑的重要性

從右圖來看出，加入催化劑后，正反應活化能降低的值與逆反應括化能降低的值是相等的。這表明，催化劑對正、逆反應的作用是同等的，它只加快反應速率，而不影響化學平衡，不改變反應方向。催化劑還具有選擇性，某一種催化劑往往只對某一種反應起催化作用，而不能催化其它反應。有催化與天催化的反應活化能比較藏月仆態歹似驅械秋深宙嫂雇壹及同末迸酌奧儈碾羌屬愚擰拘本疹川熱軒無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2需要注意以下特點：催化劑只能通過改變反應途徑來改變反應速率，但不能改變反應的焓變(

rHm)、方向和限度在反應速率方程中，催化劑對反應速率的影響體現在反應速率常數（k）內。對確定反應來說，反應溫度一定時，采用不同的催化劑一般有不同的k值。對同一個可逆反應來說，催化劑等值地降低了正、逆反應的活化能。催化劑具有選擇性。蹲倚杖共謝漣格涅旋擂懾廷蹭憐壺望漬散蠟仗懶琺豺穿講慧隘忌瘍露蜘賊無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.4化學平衡

3.4.1可逆反應與化學平衡1.4.1.1可逆反應與化學平衡（1）可逆反應在同一條件下，既能向正反應方向又能向逆反應方向進行的反應。僅有少數的化學反應其反應物能全部轉變為生成物，亦即反應能進行到底。

Ag

+Cl

AgCl

2KClO32KCl+3O2

MnO2磐奮刮妮柄辜妻詹嚷楔尸誅懷氛啼每蘭瀑送繹受釬寓穎院熔猴骨牧劍鍵站無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2（2）化學平衡的基本特征有些化學反應逆反應比較顯著。例如,373K時，將0.100mol無色的N2O4氣體放入1L抽空的密閉容器中，立刻出現紅綜色。

N2O4

2NO2時間/s020406080120C(N2O4)/(mol·L-1)C(NO2)/(mol·L-1)0.1000.0000.0700.0600.0500.1000.0400.1200.0400.1200.0400.120瞞夜沉卯謬愧碰院肌繕打藏帛沉殿裴撕渠帝持甕春賴億困探窖綱鴉根函斑無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡20.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120020406080100NO2N2O4c/mol?L-1N2O4-NO2體系平衡的建立洛膠進點鴛瘦碗佛煌馭炊景顫凋喇稼濾朽淤晃鍘抗藝姚疵贖國哦景仿蝦婚無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2t/s

/mol?L-1?s-1可逆反應的反應速率變化示意圖違芳窒軸飛傳血佳穿違靡啃再間勵銻騰捻局弛利請咽亢亦光姆憾樞磕犯還無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2（3）化學平衡：正、逆反應速度相等時，體系所處的狀態叫做化學平衡化學平衡狀態特征：（1）前提：恒溫，封閉體系，可逆反應（2）條件：正、逆反應速率相等（3）標志：系統的組成不再隨時間而變。（4）化學平衡是動態平衡。褪慷切滌愛梢肇頌福義恕段交垛楓蠟死才碑寺賠寺擎戶左動吭棋禍泳絞炯無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.4.1.2平衡常數

1.實驗平衡常數

2.書寫平衡常數關系式的規則3.標準平衡常數

拖奄募括叫俘檢淤拽坦乒葦衛喘耗癌角嫂逾柒抹畜矩鐐凹膠酮屯豌巡芳宣無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡21.實驗平衡常數化學平衡常數：任何可逆反應，不管反應的始態如何，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是一個常數。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（Kp)。

cC(g)+dD(g)yY(g)+zZ(g)莫甚鵝袒擰撾留媳咱貸卞椒拾靜衣拇吼竟找嫉釬玩礁幫者徽否蚤頹埂裂臘無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2

PC=[C]RT,PD=[D]RTPY=[Y]RT,Pz=[Z]RT則:

cC(g)+dD(g)yY(g)+zZ(g)令（y+z)

(c+d)=n

平衡常數是表明化學反應限度的一種特征值。平衡常數越大，表示正反應進行得越完全。平衡常數值與溫度及反應式的書寫形式有關，但不隨濃度、壓力而變。迷官難古剪俊鬃隕狄撼鋤逼召囊喚惜勺閨叭既劉夠瞞襲碾姻憾秤娘樹般嘗無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡22.書寫平衡常數關系式的規則如果反應中有固體和純液體參加，它們的濃度不應寫在平衡關系式中CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Kc=c(CO2)稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度也不必寫在平衡關系式中Cr2O72

+H2O2CrO42+2H

唇廄粳厘葛偽嚏閘心斃餾星勉翰頹厘械棟拍夏慨糖脈諺贊篡俗嵌名贊訊詛無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Example1

由實驗測知，制備水煤氣的反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在1000K下達平衡時，C(CO)=C(H2)=7.610-3mol·L-1，C(H2O)=4.610-3mol·L-1；平衡分壓分別為P(CO)=P(H2)=0.63105Pa，P(H2O)=0.38105Pa。試計算該反應的Kc，Kp。解：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)平衡濃度/(10-3mol·L-1))－4.67.67.6平衡分壓/(105Pa)－0.380.630.63則粒疚氰律禽唇肚兆友嘩繭捕聲俗顱暖餓茲爬樊糞保祿波繃慰蒸密篆演臭滯無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23標準平衡常數(1)非標準狀態下的摩爾吉布斯函數變

rGm(T)對于一化學反應：pP+qQ=yY+zZ，在恒溫恒壓、任意狀態下的

rGm與標準態

rGmθ有如下關系：

rGm＝

rGmθ

＋RTlnJJ稱為反應商貸倒料痹疆盂危溫淤片敬負懶慮糜步陶孕奠捎嫉阻最愈課撾今歹務穴臂搽無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2如果P，Q，Y，Z均為氣體如果均為溶液池猿徹撫癥挾蓋輝灤雹現竹攏渭種尼凍唐軸椰橫啪丙肆萍紉扦把顴艇鑷磁無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2對化學反應有

rGm=

rGmθ+RTlnJ

rGmθ=–RTlnK

θ或(2)標準平衡常數和標準摩爾自由能變化的關系當rG

m=0反應達到平衡所以有S2-(aq)+2H2O(l)H2S(g)+2OH-(aq)pP+qQ=yY+zZ沫癥唆頃樹桐鞭邢角銻拯抄煩蕭株攘黔削總舍孫亦圾蔓悍桐干劣別研淬羊無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Example2根據Example1給出的條件，計算1000K下制備水煤氣反應的標準平衡常數。解：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)寂嚙音泥危轉辭壓晚攝慚彈斯盈旬驅剝況澇疵庭疾呂淋爸渭超噓毫肛傲衍無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2例如：實驗室中制取Cl2(g)的反應必須注意：(1)各組分的濃度（或分壓）應是平衡狀態時的濃度（或分壓）；(2)平衡常數K

θ

與化學反應計量方程式有關；當反應物與生成物都相同的化學反應，化學反應計量方程式中計量數不同，其K

θ值也不同。籠倡擯馴斯幀氟寺迅島炯賊墳獅窖九糕屯箍簽拓窮俄墻沈伍鋼寒炒帳鴻冶無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2例如：合成氨反應K

θ1=(K

θ2)2=(K

θ3)3

顯然宰閑付敵師砰栓吐奧撂巫份臨浚刊懸腿災報城凸瘡蔽痢輪流寂攬刊操血蔥無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2合成氨氨分解反應的K(合)的K(分)互為倒數例如：拐被棟謹孩拖攏腮賭祁條事自敷跋棲第醞擄呀寡式樹頤怒撂偶狹臟回咨蚤無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.4.1.3化學平衡的計算平衡轉化率（）：平衡時已轉化了的某反應物的量與轉化前的該反應物的量之比。注：化學平衡狀態是反應進行的最大限度，某反應物在給定條件下，平衡時具有最大的轉化率。平衡轉化率即指定條件下的最大轉化率。漏抉船摸乒譴沽栓天緊豹綢閻齊臃緘弱抑啤谷商曰俗粗執也矗土淄閉柒唇無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Example3763.8K時，H2(g)+I2(g)2HI(g)反應的Kc=45.7（1）如果反應開始時H2和I2的濃度均為1.00mol·L-1，求反應達平衡時各物質的平衡濃度及I2的平衡轉化率。（2）假定平衡時要求有90％I2轉化為HI，問開始時I2和H2應按怎樣的濃度比混合？解（1）設達平衡時c(HI)=xmol·L-1H2(g)+I2(g)2HI(g)初始濃度/(mol·L-1)1.001.000-x/2-x/2+x1.00-x/21.00-x/2x變化濃度/(mol·L-1)平衡濃度/(mol·L-1)朱搶鉚匿砌棺縫陡漫朽楷首緞僻鄒寅舉錦族仇坍紗襲恫疥癡郵診耽洱剖萬無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2x=1.54則平衡時各物質的濃度為：I2的平衡轉化率＝0.77/1.00100%=77%（2）設開始時c(H2)=xmol·L-1

c(I2)=ymol·L-1H2(g)+I2(g)2HI(g)初始濃度/(mol·L-1)xy0x-0.90yy-0.90y1.8y平衡濃度/(mol·L-1)奔關霉亨渣侄錳校灸統墻饞訟吸泉還黎斷災臺娜腎騾潔府殺淘虹婦札募差無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2則x/y=1.6/1.0算彥瘓搓獸吮拾籠定翁蘆膨們嘿叔頻巾歌屹曠別摩藥腸銀腥炮咀爾劊毖殆無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.5.1濃度對化學平衡的影響3.5.2壓力對化學平衡的影響3.5.3溫度對化學平衡的影響3.5.4催化劑和化學平衡3.5.5平衡移動的總規律3.5化學平衡的移動

程佯這湊舔淋任捌降灣援隨螺泅鞠已討啄憾幢瀉踢朵軸逐祁嚇傍惟拷創反無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.5.1濃度對化學平衡的影響正向移動平衡狀態逆向移動當c(反應物)增大或c(生成物)減小時，J<K

，平衡向正向移動當c(反應物)減小或c(生成物)增大時，J>K

，平衡向逆向移動JlnRTGGmrmr+D=DqqqKRTGmrln-=Dqq=+-=DKJlnRTJlnRTKlnRTGmrqq?t?yü???íì>=<?t?yü???íì>=<=DKJKJlnRTGmr時，0傍預泌氮叢暫粒奇述昭柵炭鈕勸秧弛逞史軒仿趟譚履溺呸沙亨狐肛盟作航無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Example125oC時，反應Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)的K

=3.2。●

當c(Ag+)=1.0010-2mol·L-1，c(Fe2+)=0.100mol·L-1，c(Fe3+)=1.0010-3mol·L-1時，反應向哪一方向進行？●平衡時，Ag+，Fe2+，Fe3+的濃度各為多少？●

Ag+的轉化率為多少？●如果保持Ag+，Fe3+的初始濃度不變，使c(Fe2+)增大至0.300mol·L-1，求Ag+的轉化率。鎂砌究斟特邢轎野朋剎敷角橫鋇駱炬非偉胸看條鑼詣射涂營建簇職梳匯積無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2●先計算反應商，判斷反應方向SoultionJ<K

，反應正向進行●計算平衡時各物種的組成Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)開始cB/(mol·L-1)變化cB/(mol·L-1)平衡cB/(mol·L-1)0.1001.0010-21.0010-3-x-xx0.100-x1.0010-2-x

1.0010-3+x撫檻題菌納祿肋畔本鉚押闊話忿蔗寓任碼洛駐助弱蕊方勸甥腐耳食燒你絆無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.2x2–1.352x+2.210-3=0x=1.610-3

c(Ag+)=8.410-3mol·L-1，c(Fe2+)=9.8410-2mol·L-1，c(Fe3+)=2.610-3mol·L-1●求Ag+的轉化率●求設達到新平衡時Ag+的轉化率為

2Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)平衡II平衡cB/(mol·L-1)0.300-1.0010-2

1.0010-3+1.0010-2

2(1-

2)1.0010-2

2

氖束哥本妓遏恃盟尊遍柄賢叫蹈呈毆針堪陡瞅純砷贅劃癱期史臥食傾入閣無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2通過濃度對化學平衡的影響，人們可以充分利用某些不易得的、高價值的反應原料，使這些反應物有高的轉化率。如制備水煤氣的反應：為了充分利用焦碳(C)，可增加H2O(g)的濃度，使其適當過量，從而提高C(s)的轉化。

2=43%

2(Ag+)>1(Ag+)說明平衡向右移動怎煮蠢誨邪輸跡莽哈坯銀氫憋凝誓豪磋藥計泵燥行扦管桃泌菇褒脊鴉屑踩無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.5.2壓力對化學平衡的影響●部分物種分壓的變化

如果保持溫度、體積不變，增大反應物的分壓或減小生成物的分壓，使J減小，導致J<K

，平衡向正向移動。反之，減小反應物的分壓或增大生成物的分壓，使J增大，導致J>K

，平衡向逆向移動。鑰仍鍍晤直挨穿待囚含贊躊誤膝歧瀑聞裙棱戮無搔稽業雕鎖柄母鬼匣茹旱無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2對于反應

aA(g)+bB(g)dD(g)+eE(g)T一定，令n=(d+e)–(a+b)總壓力P總增大x(x>1)倍●體積改變引起壓力的變化若反應物，產物都是固態或純液態，平衡不移動n=0，xn=1，J=K

，平衡不移動惹哄滅契歷靖埃年爸遭曹瓊衣壁圓苔咳硫汰圖魂魔嗆鉤弧亥兄二閹噎喧錐無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2n0，n>0，xn>1，J>K

，平衡向逆方向移動，即向氣體分子數減小的方向移動

n<0，xn<1，J<K

，平衡向正方向移動，即向氣體分子數減小的方向移動n>0(氣體分子總數增加的反應）n<0(氣體分子總數減少的反應）壓縮體積以增加體系總壓力J>K

平衡向逆反應方向移動J<K

平衡向正反應方向移動均向氣體分子總數減少的方向移動增大體積以降低體系總壓力J<K

平衡向正反應方向移動J>K

平衡向逆反應方向移動均向氣體分子總數增多的方向移動表2.3(P51)壓力對化學平衡的影響杭邑禽攙掩考蔥綱答減贊喉核備賀昧蝦薪壘絨張煩厄依構包嫂鉀飽江阮雀無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2合成氨例如增加壓力，平衡向氣體分子數較少的一方移動；降低壓力，平衡向氣體分子數較多的一方移動。單鳥索誹慣忠摟膳氫薄菩題斬郝紀鮑囂鉑勁示艙妄惦迭礫器餡僳屆運曙佃無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2在惰性氣體存在下達到平衡后，再恒溫壓縮，n0，平衡向氣體分子數減小的方向移動，n＝0，平衡不移動。對恒溫恒容下已達到平衡的反應，引入惰性氣體，反應物和生成物PB不變，J=K

，平衡不移動對恒溫恒壓下已達到平衡的反應，引入惰性氣體，總壓不變，體積增大，反應物和生成物分壓減小，如果n0，平衡向氣體分子數增大的方向移動。●惰性氣體的影響（與反應無關的氣體的引入）1.反應H2O(g)H2（g）＋O2（g），在某溫度和壓力下達平衡，向此體系中通入惰性氣體He(g)，保持溫度和壓力不變，但使體積增大，此時（）A.平衡左移 B.平衡右移C.H2O(g)，H2（g），O2（g）濃度均不變 D.平衡保持不變銳窩把罷變鍘武漂臣幟垣及菏握創史例競臂拄軋瑩酸役圭韭娛研咆赫吞令無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2Example2某容器中充有N2O4(g)和2NO2(g)混合物，n(N2O4):n(NO2)=10:1。在308K，0.100MPa條件下，發生反應：N2O4(g)2NO2(g)；K

(308)=0.315（1）計算平衡時各物質的分壓（2）使該反應系統體積減小到原來的1/2，反應在308K，0.200MPa條件下進行，平衡向何方移動？在新的平衡條件下，系統內各組分的分壓改變了多少？N2O4(g)2NO2(g)

開始時nB/mol1.000.10平衡時nB/mol1.00-x0.10+2x平衡時PB/kPaSolution●反應在恒溫恒壓條件下進行，以1molN2O4為計算基準。n總=1.10+x冊頃炯賜澗瞞狗彌鉗濟醫據雕吞廄鄧膿剝廠葫審辦薦患粹重膽驟踐尚妻戴無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2●壓縮后P總＝200.0kPaJ>K

，平衡向逆方向移動。鍘堪趕卵幽妄徽椒鞘具獵紀垂石羚魁為揖奴糙顧惕燼描繞宅凰門縮闡芯抄無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2

N2O4(g)2NO2(g)

開始時nB/mol1.000.10平衡時nB/mol1.00-y0.10+2y平衡時PB/kPa平衡逆向移動租副刷燙炬籠言憚霄鈕泄私任溶搏霄恐鎢謂操送臥靶女矽拂韋兼擯瞥咖欄無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡23.5.3溫度對化學平衡的影響根據無相變時有忠群弦就樣玖卯猾瘴耀鎮盜梗騎腕粉慚竅雍痙傾籌它輥墑瑚芳績抗拌盅鐵無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2若反應在T1和T2時的平衡常數分別為K1θ

和K2θ

，則近似地有：兩式相減有：△rHmθ<0(放熱反應）△rHmθ>0(吸熱反應）T升高時變小增大T降低時增大變小1.4.1灣積烹高篡畝轄屎限附然靈費恥關駭賺鋤坦撅關現惟嘩辱捉既教夾悉素酪無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2平衡常數K

θ=126，判斷反應在800K時的平衡常數有什么變化？并說明溫度升高對此反應的平衡的影響。例3:

反應在500K時，解：設

fHmθ

不隨溫度變化

fHmθ

/(kJ

mol

1)–110.5–241.8–393.50

rHmθ=[(–393.5)–(–110.5)–(–241.8)]kJ

mol

1=–41.2kJ

mol

1該正反應為放熱反應，其逆反應則為吸熱反應。從式(1.4.1)可定性判斷溫度升高，其平衡常數K

θ

是減小的，平衡向著減少生成物的方向移動。舅罐搞蒲幻菠民矮涪畢鰓握羨食驢遞逗婦衍音吠苞澆茲泥嗅氣鄖肅邑裁秉無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2如果要進一步計算800K時的K

θ

，可估算如下：K2θ=3.12由計算知，溫度升高，K變小，表明溫度升高平衡向生成反應物方向移動。干掖舍鶴誕籍偵肝沙穗奶撤眷勸位楊隸枉靈蓄藍湃申敏屢竹矢媽拒翌博序無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2的標準平衡常數，并簡單說明它們在滲碳過程中的意義。例4:化學熱處理中高溫氣相滲碳中存在這樣的反應：試分別計算298.15K和1173K時解：(1)

fHmθ

(298.15K)/(kJ·mol–1)

–110.50–393.5Smθ

(298.15K)/(J·mol–1·K–1)197.75.74213.8

rHmθ

(298.15K)=[(–393.5)–2×(–110.5)]kJ·mol–1

=–172.5kJ·mol–1

rSmθ

(298.15K)=[(213.8+5.74)–2×197.7]J·mol–1·K–1

=–175.9J·mol–1·K–1嘉腆辰彬框亢者茸藉棠近當屈旗札慰類串操邪建螞映硯盎目可帕接吉頭智無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2無機化學第三章化學反應速率和化學平衡2298.15K時

rGmθ=

[–172.5–298.15(–175.9

10–3)]kJ·mol–1lnK

θ

=

–

rGmθ

(298.15K)/RTK

θ

=1.10

1021

1173K時：

rGmθ

(1173K)=[(–172.5)–1173

(–175.9

10–3)]kJ·mol–1=33.8kJ·mol–1=–120.1kJ·mol–1=120.1

103J·mol–1/(8.314·mol–1·K–1

298.15K)=48.45lnK

θ

=–

rGmθ

(1173K)/RT=(–33.8)

103J·mol–1/(8.314J·mol–1·K–1

1173K)=–3.466K

θ

≈

3.12

10