化学平衡的意义1.PPT
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* * * * * * * * * * * * * 基礎化學(三) * * 基礎化學(三) * * 基礎化學(三) 3-1 化學平衡的意義 化學平衡的意義 3-1 化學平衡狀態達成時,不論反應物或是產物的量皆不再變化,但是並不意謂反應不再進行了。 事實上,由分子的層次觀之,此反應處在動態平衡狀態, 意即正、逆反應仍不斷進行,只是兩者的反應速率相等。 中學化學示範實驗:巨觀的平衡反應---化學反應動態平衡的類比實驗 化學平衡的意義 3-1 以水蒸氣與一氧化碳在高溫的密閉容器中反應 為例,H2O(g) + CO(g) ? H2(g) + CO2(g) 在一容器中置入等莫耳數的水蒸氣與一氧化碳,在高溫容器中各物質濃度隨時間的變化如圖: 化學平衡的意義 3-1 反應開始後,水蒸氣與一氧化碳漸漸減少,因為兩者的初濃度相等,且反應莫耳數比為 1:1,故兩者的濃度始終相同。 化學平衡的意義 3-1 氫氣與二氧化碳之濃度則漸增,且生成的莫耳數比亦為 1:1,故兩者也始終維持等量。 化學平衡的意義 3-1 經過一段時間,當達到圖中虛線處時,反應物及產物的濃度不再改變,此時即達到平衡狀態。 化學平衡的意義 3-1 以水蒸氣與一氧化碳在高溫的密閉容器中反應 為例, 此反應之反應速率隨時間變化的關係如圖: 化學平衡的意義 3-1 反應開始時,容器中僅有反應物,根據碰撞理論,因為此時的反應物濃度最大,氣體分子的碰撞頻率最高,故正反應速率最快, 因為產物尚未生成,逆反應速率為零。 化學平衡的意義 3-1 隨著時間增加,反應物的濃度漸減,故正反應速率隨之遞減,但逆反應速率則遞增。 時間到達圖中虛線處時,正、逆反應速率相等,即達到平衡狀態。 此時正、逆反應仍然持續進行,只是兩者速率相等,故為動態平衡。 化學平衡的意義 3-1 再以 為例, N2O4(g) ? 2NO2(g) 圖(A):密閉容器中充入 N2O4,容器中僅有極少量 NO2,顏色極淡; 圖(B): N2O4 分解生成較多的 NO2,顏色變深; 化學平衡的意義 3-1 再以 為例, N2O4(g) ? 2NO2(g) 圖(C):反應達平衡,容器中 NO2 及 N2O4 的濃度 固定,顏色更深; 圖(D): 經過一段時間,仍處於平衡狀態,顏色 不再改變。 化學平衡的意義 3-1 平衡狀態與反應進行的方向無關。例如:在427 ℃時,取 1.00 M 的氫氣與 1.00 M 的碘蒸氣在密閉容器中進行反應: 達平衡時測得:[H2]=[I2]=0.21 M,[HI]=1.58 M。 H2(g) + I2(g) ? 2HI(g) 若在同樣溫度下,取 2.00 M 的碘化氫氣體置於密閉容器中反應, 達平衡時測得:[HI]=1.58 M,[H2]=[I2]=0.21 M。 與上述反應結果相同。 2HI(g) ? H2(g) + I2(g) 化學平衡的意義 3-1 以下面表格來看,三種初反應濃度皆可達到同一平衡狀態: 範例 3-1 在 100 ℃ 時,將 1.8 克水置入 5.0 升的密閉瓶中,是否可達成 H2O(l) ? H2O(g) 之平衡?並說明原因。 解答 1.8 克水完全蒸發成水蒸氣,其蒸氣壓為 因為 100 ℃時水的飽和蒸氣壓為 1 atm ,而 1.8 克水完全汽化,蒸氣壓只有 0.61 atm ,未達飽和,容器內只有水蒸氣,沒有液態水,故不為平衡狀態。 練習題 3-1 在 N2O4(g) ? 2NO2(g)的反應中,下列敘述何者顯示該反應必定處於平衡狀態?(多重選擇題) (A) N2O4(g) 與 NO2(g) 的莫耳數比為 1:2 (B)定溫時,顏色不變 (C)整個反應系的質量不變 (D)定溫、定壓下,體積不變 (E)定溫、定容下,壓力不變 範例 3-2 反應 N2(g) + 3H2(g) ? 2NH3(g) 於定溫時達平衡,下列何者 NH3(g) 的濃度相等? 範例 3-2 解答 將上表之反應物完全反應成產物,結果如下表,則濃度相同者,會有相同的平衡濃度。 練習題 3-2 一氧化碳和二氧化氮反應成二氧化碳和一氧化氮是可逆反應,在 1 升的容器中分別裝入下列各種物質,何者無法達到平衡狀態? (A) 1 莫耳 CO 和 1 莫耳 NO2 (B) 0.1 莫耳 CO2 和 0.5 莫耳 NO (C) 1 莫耳 CO 和 1 莫耳 CO2 (D) 1 莫耳 CO、0.1 莫耳 CO2 和 1 莫耳 NO (E) 0.5 莫耳 NO2、0.5 莫耳 NO 和
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