无机化学2章-化学反应的方向、速率与限度课件.ppt
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- 无机化学 化学反应 方向 速率 限度 课件
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1、第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度2.1 化学反应的方向化学反应的方向2.2 化学反应的限度化学反应的限度2.3 化学平衡的移动化学平衡的移动2.4 化学反应速率化学反应速率 第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度上节课回顾上节课回顾一、化学反应的方向一、化学反应的方向 自发过程、化学反应的熵变、吉布斯自由能变、热化学自发过程、化学反应的熵变、吉布斯自由能变、热化学反应方向的判断(不同温度,标准状态下;非标准状态下)反应方向的判断(不同温度,标准状态下;非标准状态下)二、化学反应的限度二、化学反应的限度 化学平衡、平衡常数、实验平
2、衡常数、化学平衡的计算化学平衡、平衡常数、实验平衡常数、化学平衡的计算第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度上节课回顾上节课回顾1.化学反应的标准熵变的计算化学反应的标准熵变的计算反应物)生成物)(miimiimrSSSrHmTrSm Gibbs公式公式反应的反应的Gibbs自由能变自由能变=rGm2.化学反应的化学反应的GibbsGibbs自由能变自由能变第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度rGm 0 自发反应自发反应 rGm 0 平衡状态平衡状态rGm 0 非自发反应,逆反应自发非自发反应,逆反应自发等温等压下的化学反应:等温等
3、压下的化学反应:判断等温等判断等温等压下化学反压下化学反应自发进行应自发进行的依据的依据.吉布斯自由能降低是化学反应自发进行的动力吉布斯自由能降低是化学反应自发进行的动力第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度3.3.化学反应方向的判断化学反应方向的判断3.1 标准摩尔标准摩尔Gibbs自由能变的计算自由能变的计算 根据标准生成吉布斯自由能计算根据标准生成吉布斯自由能计算 根据根据Gibbs公式计算公式计算298,mr298m,rTm,rSTHG反应物)生成物)(mfiimfiimrGGG第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度3.2 非
4、标准摩尔非标准摩尔Gibbs自由能变自由能变(rGm)的计算的计算rmmlnGGRTJ 化学反应等温方程式化学反应等温方程式J:J:反应商反应商lnrmpGRTK (G)/()/(A)/(B)/gdpabppp DpKpppplnrmcGRTK (G)/()/(A)/(B)/gdcabccc DcKccccPKcK、标准平衡常数标准平衡常数4.标准平衡常数标准平衡常数第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度5.5.实验平衡常数实验平衡常数 通过实验直接测定的平衡常数叫做实验平衡常数通过实验直接测定的平衡常数叫做实验平衡常数或经验平衡常数。或经验平衡常数。(G)(D)
5、(A)(B)gdcabccKcc(G)(D)(A)(B)gdpabppKppKp=KC(RT)n n (g+d)-(a+b)6.6.多重平衡规则多重平衡规则第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度2.3 化学平衡的移动化学平衡的移动2.4 化学反应速率化学反应速率 第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度2.3 2.3 化学平衡的移动化学平衡的移动1.1.浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响a A+b Bd D+gGJRTGGmlnrmrKRTGmlnrKJRTJRTKRTGlnlnlnmr第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化
6、学反应的方向、速率和限度对比对比J和和K的大小,可以判断系统中的反应是否达到平的大小,可以判断系统中的反应是否达到平衡,以及平衡将向哪个方向移动。即:衡,以及平衡将向哪个方向移动。即:KJ rG0 正反应自发进行正反应自发进行rG 0 逆反应自发进行逆反应自发进行KJ rG0 平衡状态平衡状态KJ 第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度KJ rG0 正反应自发进行正反应自发进行rG 0 逆反应自发进行逆反应自发进行KJ rG0 平衡状态平衡状态KJ (G)/()/(A)/(B)/gdcabccc DcJcccc根据:根据:所以,在平衡态下,若增大反应物浓所以,在平
7、衡态下,若增大反应物浓度或减小生成物浓度,使度或减小生成物浓度,使J减小,平衡正向减小,平衡正向移动,反之则平衡逆向移动移动,反之则平衡逆向移动第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度【例6】含0.100molL-1Ag+、0.100molL-1Fe2+、0.010molL-1Fe3+溶液中发生反应:Fe2+Ag+Fe3+Ag K=2.98。(1)判断反应进行的方向;(2)计算Ag+的转化率;(3)c(Ag+)、c(Fe3+)不变,使c(Fe2+)=0.300molL-1时Ag+的转化率。解:(1)3+2+Fe/0.0101.00Fe/Ag/0.100 0.100c
8、cJccccJ 0,JK,rGm0,平衡逆向移动 n0,J=K,rGm=0,平衡不移动 n0,JK,rGm0,平衡正向移动 若反应体系总压力增大,平衡向气体分子数目若反应体系总压力增大,平衡向气体分子数目减少的方向移动。减少的方向移动。第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度【例例】在常温在常温(298.15K)常压常压(100kPa)下下将将NO2和和N2O4两种气体装入一注射器,问:两种气体装入一注射器,问:达到平衡时,两种气体的分压和浓度分别达到平衡时,两种气体的分压和浓度分别为多大为多大?推进注射器活塞,将混合气体的体推进注射器活塞,将混合气体的体积减小一半
9、,问:达到平衡时,两种气体积减小一半,问:达到平衡时,两种气体的分压和浓度多大的分压和浓度多大?已知已知298.15K下两种气体的标准摩尔生下两种气体的标准摩尔生成自由能分别为成自由能分别为51.31和和97.89 kJmol-1。第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度 解:反应解:反应 2NO2(g)N2O4(g)=(97.89)-(251.31)=-4.71(kJmol-1)达平衡时达平衡时 K=p(N2O4)/pp(NO2)/p2 =6.74lnrmGRTK lnrmcGKRT 74.6)15.298314.84710exp()exp(RTGKmr)(NOG
10、2-)O(NG2m42mffmrG第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度 将p=1105 Pa代入,得:p(N2O4)/p(NO2)2=6.7410-5Pa-1 (1)总压p=p(N2O4)+p(NO2)=l105(设总压p=1105)(2)解解(1)和和(2)的联立方程,得的联立方程,得 p(N2O4)=68.2 kPa;p(NO2)=31.8 kPa 代入代入c=n/V=p/RT(R取值取值8.314 kPaLmol-1K-1),得,得 c(N2O4)=0.0275 molL-1;c(NO2)=0.0128 molL-1第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限
11、度化学反应的方向、速率和限度体积减小一半,总压增大,平衡向生成体积减小一半,总压增大,平衡向生成N2O4(g)的方向的方向移动:移动:2 NO2(g)N2O4(g)体积压缩后分压体积压缩后分压kPa 231.8 268.2分压变化分压变化kPa 2x x 新平衡分压新平衡分压 kPa 231.8 2 x 268.2+x K=p(N2O4)p p(NO2)2p=6.74 K=(268.2+x)p(231.8 2 x)p2=6.74 得得 x=8.62 kPa c(N2O4)=145(8.314 298.15)=0.058 molL-1c(NO2)=46.36(8.314 298.15)=0.01
12、9 molL-1 第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度 c(N2O4)=0.0275 molL-1;c(NO2)=0.0128 molL-1 c(N2O4)=145(8.314 298.15)=0.058 molL-1c(NO2)=46.36(8.314 298.15)=0.019 molL-1 体积压缩一半之后,平衡向着气体分子减少的方体积压缩一半之后,平衡向着气体分子减少的方向移动。向移动。第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度3 3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响.温度对化学平衡的影响主要是改变平衡常数。根据温度对化
13、学平衡的影响主要是改变平衡常数。根据RTGKmrlnmrmrmrSTHGRSRTHRTSTHKmmmmrrrrln第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度设在设在T1T2范围内范围内rHm和和rSm不随温度而变不随温度而变 得得:)1(303.2303.2lgmr1mr1RSRTHK)2(303.2303.2lgmr2mr2RSRTHK)11(303.2lg21mr12TTRHKK第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度吸热反应,吸热反应,温度升高,平衡常数增大温度升高,平衡常数增大放热反应,放热反应,温度升高,平衡常数减小。温度升高,平
14、衡常数减小。所以所以,温度升高温度升高,平衡总是向吸热方向移动平衡总是向吸热方向移动.0rmH0rmH第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度 评论下列各种陈述:放热反应是自发的。对于S0 的反应,高温下非自发。反应的产物分子数比反应物多,则反应的rS必是正值。必须指明是同一物态。稳定单质的fHm、fGm、rSm 皆为零。稳定单质的 rSm 0 只是标态及298K时不能进行。反应的fGm 0,该反应永远不能自发进行。第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度判断下列说法是否正确,并说明理由。对于同一反应来说,在一定温度下,无论起始浓度如何,
15、在平衡体系中各反应物的浓度都是一样的。各反应物的平衡浓度一般不会相同。对于同一反应来说,在一定温度下,无论起始浓度如何,其各反应物的平衡转化率都是一样的。各反应物的平衡转化率一般不会相同。反应 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)是一个反应前后分子数目相等的反应,体系的压力改变不影响它的平衡状态。因为r Gm=RTlnK,所以温度升高,平衡常数变小。反应前后气体分子数改变。必须看r Hm的符号。第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度已知下列反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)r H m=37.9kJmol-1,700K时的K1=9.01
16、8,求800K时的K2。解解:)(303.2lg2112mr12TTTTRHKK353.0)800700700800(314.8303.210009.37lg700800KK即443.0018.9800KK800 =4.00第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度2.4 化学反应速率化学反应速率 反应进行的快慢、反应进行的快慢、条件、机理条件、机理化学反应的现实性化学反应的现实性反应能否发生反应能否发生及反应的限度及反应的限度化学反应的可能性化学反应的可能性化学反应中能量的变化化学反应中能量的变化化学反应速率化学反应速率化学动力学化学动力学化学热力学化学热力学化化学
17、学反反应应第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度2.4.1 反应速率的定义反应速率的定义 一、平均速率平均速率:单位时间内反应物的减少量或者生成物的单位时间内反应物的减少量或者生成物的增加量来表示:增加量来表示:=|nBt|第第2 2章章 化学反应的方向、速率和限度化学反应的方向、速率和限度 在体积一定的密闭容器内进行的化学反在体积一定的密闭容器内进行的化学反应,可以用单位时间内反应物浓度的减少或应,可以用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示:者生成物浓度的增加来表示:=|cB/t|nB=n终终n始始。cB=c终终c始始。t=t终终t始始。第第2
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