第5章_化學(xué)平衡習(xí)題課

1、1第六章第六章 化學(xué)平衡化學(xué)平衡習(xí)題課習(xí)題課2本章內(nèi)容小結(jié)本章內(nèi)容小結(jié)一、化學(xué)平衡特點一、化學(xué)平衡特點二、平衡常數(shù)二、平衡常數(shù)三、平衡轉(zhuǎn)化率三、平衡轉(zhuǎn)化率四、化學(xué)平衡的移動四、化學(xué)平衡的移動3一、化學(xué)平衡特點一、化學(xué)平衡特點平衡建立的前提：恒溫，封閉體系，可逆平衡建立的前提：恒溫，封閉體系，可逆反應(yīng)。反應(yīng)。平衡建立的條件：平衡建立的條件：v正正 = v逆逆。平衡建立的標(biāo)志：各物質(zhì)濃度不再隨時間平衡建立的標(biāo)志：各物質(zhì)濃度不再隨時間改變而改變。改變而改變。平衡態(tài)是封閉體系可逆反應(yīng)的最大限度。平衡態(tài)是封閉體系可逆反應(yīng)的最大限度。1.化學(xué)平衡是動態(tài)平衡?；瘜W(xué)平衡是動態(tài)平衡。4二、平衡常數(shù)二、平衡常數(shù)經(jīng)

2、驗平衡常數(shù)：經(jīng)驗平衡常數(shù)：對任一可逆反應(yīng)對任一可逆反應(yīng) aA + bB gG + hH T一定，達(dá)平衡時，有一定，達(dá)平衡時，有 稱濃度平衡常數(shù) BAHGcbahgcKK 5對任一氣相可逆反應(yīng)對任一氣相可逆反應(yīng) aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g) T一定，達(dá)平衡時，有一定，達(dá)平衡時，有 稱分壓平衡常數(shù) )()()()(pbBaAhHgGpKppppK 6)()()( )( cpbahgnRTKKRTVnpn可推導(dǎo)出根據(jù)Kp與與Kc的關(guān)系：的關(guān)系：注意注意：(1) 進(jìn)行進(jìn)行Kp與與Kc的轉(zhuǎn)換時，必須注意各物的轉(zhuǎn)換時，必須注意各物理量的單位；理量的單位；7（2） 經(jīng)驗平衡常數(shù)經(jīng)驗

3、平衡常數(shù)Kc與與Kp是有量綱是有量綱的物理量，的物理量， Kc的單位為的單位為 (moldm-3) n，Kp的單位為的單位為 (kPa) n或或(Pa) n。只有當(dāng)。只有當(dāng) n = 0 時，時， Kc與與Kp才是量綱一的量。才是量綱一的量。82. 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)： 可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，若以相對濃度或可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，若以相對濃度或相對分壓表示平衡常數(shù)關(guān)系式，則得到標(biāo)相對分壓表示平衡常數(shù)關(guān)系式，則得到標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。準(zhǔn)平衡常數(shù)。 )()()()(or )B()A()H()G(bBaAhHgGbahgppppppppKccccKpc9注意注意：(1) 溶液相反應(yīng)的溶液相反應(yīng)的Kc與與K

4、數(shù)值相等，數(shù)值相等， 但但Kc一般一般有單位，有單位， K無單位。無單位。(2) 氣相反應(yīng)的氣相反應(yīng)的Kp或或Kc與與K數(shù)值一般不相等，數(shù)值一般不相等，且且Kp、Kc一般有單位，一般有單位， K則無單位。則無單位。npnpppKKpRTKKKKK)1( )(pcpc之間的關(guān)系：和與氣相反應(yīng)10(3) 書寫化學(xué)平衡關(guān)系式時，只包括氣態(tài)物書寫化學(xué)平衡關(guān)系式時，只包括氣態(tài)物質(zhì)平衡相對分壓和溶液中各溶質(zhì)的平質(zhì)平衡相對分壓和溶液中各溶質(zhì)的平衡相對濃度；固體、純液體和稀溶液衡相對濃度；固體、純液體和稀溶液中大量存在的水相，其相對量為中大量存在的水相，其相對量為1，不，不必寫在平衡關(guān)系式中。必寫在平衡關(guān)系式

5、中。(4) 為了計算簡便，平衡關(guān)系式中的相對濃為了計算簡便，平衡關(guān)系式中的相對濃度經(jīng)常用一般濃度代替，但對于氣態(tài)度經(jīng)常用一般濃度代替，但對于氣態(tài)物質(zhì)必須代入其相對分壓。物質(zhì)必須代入其相對分壓。113. 多重平衡規(guī)則：多重平衡規(guī)則：如果如果 反應(yīng)反應(yīng)3 = 反應(yīng)反應(yīng)1 + 反應(yīng)反應(yīng)2，則，則K3 = K1K2 反應(yīng)反應(yīng)3 = 反應(yīng)反應(yīng)1 反應(yīng)反應(yīng)2，則，則K3 = K1/K24. K 與與 rG 的關(guān)系的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)等溫式：化學(xué)反應(yīng)等溫式： rGm = rGm + RTlnQ 平衡時平衡時 rGm = RTlnK 12(2) 判斷化學(xué)反應(yīng)的方向：判斷化學(xué)反應(yīng)的方向： rGm = RTln(Q/

6、K) Q K rGm K rGm 0 時，時， 逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行aA hHahcAcHQ 13(3) 幾種熱力學(xué)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：幾種熱力學(xué)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系： rGm = i fGm(生成物生成物) i fGm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rHm = i fHm(生成物生成物) i fHm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rSm = iSm(生成物生成物) iSm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rGm = rHm T rSm14三、平衡轉(zhuǎn)化率三、平衡轉(zhuǎn)化率%100)()(%起始濃度轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量濃度應(yīng)物的量平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反平衡轉(zhuǎn)化率四、化學(xué)平衡的移動四、化學(xué)平衡的移動1. Le Chatelier 原理：如果對平衡

7、體系施加外部影原理：如果對平衡體系施加外部影響響(如溫度、壓強(qiáng)或濃度如溫度、壓強(qiáng)或濃度)，平衡將向著減小該影，平衡將向著減小該影響的方向移動。具體見下表。響的方向移動。具體見下表。15條件的改變條件的改變化學(xué)平衡化學(xué)平衡平衡常數(shù)平衡常數(shù)K 定溫下增加反應(yīng)物濃定溫下增加反應(yīng)物濃度度向生成物方向移動向生成物方向移動不變不變定溫下增加總壓強(qiáng)定溫下增加總壓強(qiáng)(氣氣相反應(yīng)相反應(yīng))向氣體分子數(shù)減少方向向氣體分子數(shù)減少方向移動移動( n = 0的反應(yīng)，的反應(yīng)，平衡不移動平衡不移動)不變不變定壓下升高溫度定壓下升高溫度向吸熱方向進(jìn)行向吸熱方向進(jìn)行改變改變其他條件不變，加催其他條件不變，加催化劑化劑無影響無影響

8、不變不變外界條件對化學(xué)平衡的影響外界條件對化學(xué)平衡的影響注意：體積增大相當(dāng)于濃度減小或壓強(qiáng)減小；而體積減小注意：體積增大相當(dāng)于濃度減小或壓強(qiáng)減??；而體積減小相當(dāng)于濃度或壓強(qiáng)的增大。相當(dāng)于濃度或壓強(qiáng)的增大。162. 平衡常數(shù)與溫度間關(guān)系：平衡常數(shù)與溫度間關(guān)系：2112mr12lnTTTTRHKK17有關(guān)化學(xué)平衡的計算題的解題思路有關(guān)化學(xué)平衡的計算題的解題思路v1、寫出化學(xué)反應(yīng)方程式、寫出化學(xué)反應(yīng)方程式v2、寫出反應(yīng)物的起始濃度、寫出反應(yīng)物的起始濃度v3、寫出各種物質(zhì)的平衡濃度、寫出各種物質(zhì)的平衡濃度v4、寫出平衡常數(shù)表達(dá)式、寫出平衡常數(shù)表達(dá)式v5、將各種物質(zhì)的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)、將各種物質(zhì)

9、的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式中式中v6、解方程。、解方程。18 27oC時，反應(yīng)時，反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g) 達(dá)到平衡時，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓分別為達(dá)到平衡時，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓分別為p1和和p2。寫出。寫出Kc，Kp和Kp的表達(dá)式，并求出的表達(dá)式，并求出pcKK(以以p=100kPa計算）。計算）。例題例題1：19 2NO2(g) N2O4(g) 平衡時分壓平衡時分壓 p1 p2故故RTppRTKKppppKnpcp2122122242)()g ,NO()g ,ON(解：解：202242NOONcKRTppRTpRTp2122NOON)(2422122122242)()g ,NO()

10、g ,ON(ppppppppppppKRTPVn 212242NOONccKp注意：注意：Kc的單位是的單位是(moldm-3)-1，而，而Kp 是量綱為是量綱為1的量，的量，R的的取值應(yīng)為取值應(yīng)為8.314 103 Pa dm3 mol-1 K-1。212212ppRTpppRTppKKc標(biāo)準(zhǔn)濃度標(biāo)準(zhǔn)濃度c (= 1 mol dm-3)只適用于只適用于液相反應(yīng)液相反應(yīng)，不能，不能用于氣相反應(yīng)。用于氣相反應(yīng)。221 -31 -1 -33moldm 94.24 Pa 1000100K 300KmoldmPa 10314. 8 pRTKKpc所以1 -31 -1 -3moldm 94.24 kPa

11、 100K 300KmoldmkPa 314. 8 pRTKKpc或者23 某溫度下，某溫度下，100kPa時反應(yīng)時反應(yīng) 2NO2(g) N2O4(g) 的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K=3.06，求，求NO2的平衡轉(zhuǎn)化率。的平衡轉(zhuǎn)化率。例題例題2：24 2NO2(g) N2O4(g) 反應(yīng)前反應(yīng)前/mol 1 0平衡時平衡時/mol x (1-x) 平衡時平衡時n總總= x + (1-x) = (1+x) xxxxppxxxxpxxxxxxxiii11 12 )1 ()1 (kPa 100 )1 (2 kPa 100 11)1 (21)1 (21 )1 (21 平衡時平衡時解：解：25%5 .

12、72%100mol 1mol)275. 01 ( NO275. 0 124.13 06. 3 4)1)(1 (1211)g ,NO()g ,ON(22222242平衡轉(zhuǎn)化率為解得整理得xxxxxxxxxppppK26例題例題3v某溫度下，反應(yīng)某溫度下，反應(yīng)N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) 的的Kc=0.77mol-2.dm-3。v用計算結(jié)果判斷，當(dāng)用計算結(jié)果判斷，當(dāng)cN2=0.81mol.dm-3, cH2=0.32mol.dm-3, cNH3=0.15mol.dm-3時，時，反應(yīng)進(jìn)行的方向。反應(yīng)進(jìn)行的方向。27解：解： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) t時刻濃度時刻濃

13、度(mol dm-3) 0.81 0.32 0.1562-333233HN2NHdmmol 85. 0 )dmmol32. 0()dmmol81. 0()dmmol15. 0( 223cccQc28在比較反應(yīng)商在比較反應(yīng)商Q與平衡常數(shù)的大小時，要與平衡常數(shù)的大小時，要注意：注意：Qc與與Kc比較，比較，Qp與與Kp比較，比較，Q 與與K 比較。比較。因為因為Qc (= 0.85 mol-2 dm6) Kc (= 0.77 mol-2 dm6)，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行。，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行。29例題例題4v一定量的氯化銨受熱分解一定量的氯化銨受熱分解NH4Cl(s)vNH3(g)+HCl(g)。已知反應(yīng)

14、的。已知反應(yīng)的 rHm=161kJmol-1, rSm =250Jmol-1K-1, 求在求在700K達(dá)到平衡時體系的總壓強(qiáng)。達(dá)到平衡時體系的總壓強(qiáng)。30解：解：依題設(shè)條件可得依題設(shè)條件可得 rGm = rHm T rSm= 161 1000 Jmol-1 700 K 250 Jmol-1K-1= 14000 Jmol-1由于由于 rGm = RTlnK ，所以，所以lnK = rGm /RT= 14000 Jmol-1/(8.314 Jmol-1K-1 700 K)= 2.41故故 K = 1131kPa 103 . 33 . 3)g ,NH( 3 . 3)g ,NH( 11)g ,NH(

15、),g HCl,()g ,NH( 11)g HCl,()g ,NH(2332333ppppppppppppK所以故有因為kPa 106 . 6kPa 103 . 32 )g ,NH(2)g HCl,()g ,NH( 2233pppp總32例題例題5v某溫度時將某溫度時將2.00molPCl5與與1.00molPCl3相混合，相混合，發(fā)生反應(yīng)發(fā)生反應(yīng)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g),平衡時平衡時總壓為總壓為202kPa, PCl5(g) 轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為91%。求該。求該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp和和K。33解：解： PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

16、起始時的量起始時的量/mol 2.00 1.00 0平衡時的量平衡時的量/mol 2.00(1-0.91) 1.00+2.00 0.91 2.00 0.91 = 0.18 = 2.82 = 1.82 xi摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù) 0.18/4.82 2.82/4.82 1.82/4.82 pi /kPa 0.18 202/4.82 2.82 202/4.82 1.82 202/4.82 相對相對pi 10082. 420218. 010082. 420282. 210082. 420282. 134kPa 1020. 1 kPa82. 420218. 0kPa82. 420282. 2kPa82. 4

17、20282. 13pK所以所以1210082. 420218. 010082. 420282. 2 10082. 420282. 1K35例題例題6v反應(yīng)反應(yīng)3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 200oC時時的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)K1=0.64, 400oC時的平衡常數(shù)時的平衡常數(shù) K2=6.010-4，據(jù)此求該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反，據(jù)此求該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱應(yīng)熱rHm和和NH3(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱fHm。36解：解： 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)141 -1 -121221mr2112mr12molkJ 92K20064. 0100 . 6lnKmol

18、8.314JK673K473 ln ln TTKKRTTHTTTTRHKK所以，因為37 rHm = 2 fHm (NH3, g) fHm (NH3, g) = 1/2 rHm =1/2 ( 92 kJ mol-1) = 46 kJ mol-1 38某化合物某化合物A的水合晶體的水合晶體A3H2O脫水反應(yīng)過程：脫水反應(yīng)過程： A3H2O(s) = A2H2O(s) + H2O(g) K1 A2H2O(s) = AH2O(s) + H2O(g) K2 AH2O(s) = A (s) + H2O(g) K3 為使為使A2H2O晶體保持穩(wěn)定晶體保持穩(wěn)定(不發(fā)生潮解或風(fēng)化不發(fā)生潮解或風(fēng)化)，則容器中水蒸氣壓則容器中水蒸氣壓p(H2O)與平衡常數(shù)的關(guān)系應(yīng)滿與平衡常數(shù)的關(guān)系應(yīng)滿足足(A) K2 p(