化學反應方向和程度

1、關(guān)于化學反應方向和程關(guān)于化學反應方向和程度度2022-4-171現(xiàn)在學習的是第一頁，共82頁【本章要點本章要點】1、掌握熵、吉布斯函數(shù)及標準熵、標準生成吉掌握熵、吉布斯函數(shù)及標準熵、標準生成吉布斯函數(shù)等基本概念；理解熵的物理意義。布斯函數(shù)等基本概念；理解熵的物理意義。2、掌握化學反應標準熵變和標準吉布斯函數(shù)變的掌握化學反應標準熵變和標準吉布斯函數(shù)變的計算；掌握化學反應方向的自由能判據(jù)。計算；掌握化學反應方向的自由能判據(jù)。3、明確平衡常數(shù)的意義；掌握標準平衡常數(shù)的有關(guān)計明確平衡常數(shù)的意義；掌握標準平衡常數(shù)的有關(guān)計算；掌握反應熵判據(jù)及標準平衡常數(shù)與標準吉布斯算；掌握反應熵判據(jù)及標準平衡常數(shù)與標準吉

2、布斯函數(shù)變間的關(guān)系式；掌握濃度、壓力、溫度對化學函數(shù)變間的關(guān)系式；掌握濃度、壓力、溫度對化學平衡的影響。平衡的影響。4、掌握多重平衡規(guī)則。掌握多重平衡規(guī)則。2022-4-172現(xiàn)在學習的是第二頁，共82頁2-1 2-1 化學反應的方向和吉布斯函數(shù)變化學反應的方向和吉布斯函數(shù)變 一、化學反應的自發(fā)性一、化學反應的自發(fā)性 經(jīng)驗告訴我們，自然界的許多變化過程都有一定經(jīng)驗告訴我們，自然界的許多變化過程都有一定的方向性，比如：水會自動地從高處流向低處；熱是的方向性，比如：水會自動地從高處流向低處；熱是從高溫的物體傳到低溫的物體。從高溫的物體傳到低溫的物體。 水流動：高處水流動：高處 低處低處熱傳導：高溫

3、熱傳導：高溫 低溫低溫2022-4-173現(xiàn)在學習的是第三頁，共82頁 這些變化都不需要借助外力，一旦啟動就能這些變化都不需要借助外力，一旦啟動就能自發(fā)地進行，故稱為自發(fā)過程。自發(fā)過程的逆過自發(fā)地進行，故稱為自發(fā)過程。自發(fā)過程的逆過程非自發(fā)。程非自發(fā)。 自發(fā)過程的共同特點：它們都是向著能量自發(fā)過程的共同特點：它們都是向著能量降低的方向進行的。這是降低的方向進行的。這是自然界的一條基本變化自然界的一條基本變化規(guī)律：體系傾向于取得最低的能量狀態(tài)。規(guī)律：體系傾向于取得最低的能量狀態(tài)。 2022-4-174現(xiàn)在學習的是第四頁，共82頁 許多化學反應也是自發(fā)進行的，比如：鐵生許多化學反應也是自發(fā)進行的，

4、比如：鐵生銹、碳燃燒、一些沉淀反應等等。它們的逆向反銹、碳燃燒、一些沉淀反應等等。它們的逆向反應也不會自發(fā)進行。那么為什么有的可以自發(fā)進應也不會自發(fā)進行。那么為什么有的可以自發(fā)進行，有的不能？這些自發(fā)反應的推動力是什么呢行，有的不能？這些自發(fā)反應的推動力是什么呢？ 2022-4-175現(xiàn)在學習的是第五頁，共82頁二、熵及二、熵及反應的熵變反應的熵變 熵（熵（S）是一個體系混亂度的量度。）是一個體系混亂度的量度。 熱力學中用熱力學中用熵熵這個函數(shù)來表示體系中物質(zhì)粒子的這個函數(shù)來表示體系中物質(zhì)粒子的混亂度。混亂度。 1 1、熵（、熵（S）(entropy )熵的熵的單位：單位：11molKJ 自然

5、界中一切變化的方向，除了傾向于能量最低自然界中一切變化的方向，除了傾向于能量最低狀態(tài)外，還有一個規(guī)律，就是狀態(tài)外，還有一個規(guī)律，就是傾向于取得最大的傾向于取得最大的混亂度。混亂度。比如，我們將墨水滴入水中，會自動分比如，我們將墨水滴入水中，會自動分散，增加混亂度。散，增加混亂度。2022-4-176現(xiàn)在學習的是第六頁，共82頁體系的混亂度越大，它的熵值就越大體系的混亂度越大，它的熵值就越大。系統(tǒng)內(nèi)組成物質(zhì)的粒子的混亂度與粒子的熱運動有關(guān)系統(tǒng)內(nèi)組成物質(zhì)的粒子的混亂度與粒子的熱運動有關(guān)，隨著溫度的降低，粒子的熱運動逐漸減弱，混亂度，隨著溫度的降低，粒子的熱運動逐漸減弱，混亂度減少，熵值減少。減少，

6、熵值減少。在熱力學溫度0K時，純物質(zhì)最完整晶體中，組成粒子的排列是整齊有序的?？梢哉J為熱運動停止。因此，規(guī)定：可以認為熱運動停止。因此，規(guī)定：逼近 0 K 到達 0 K NeArS00（下標0為0 K）熱力學第三定律。 （The third law of thermodynamics ）2022-4-177現(xiàn)在學習的是第七頁，共82頁（下標下標0為為0K）：在絕對零度（在絕對零度（0 K）時，任何純）時，任何純物質(zhì)的完整晶體，其組分粒子都處于完全有序的排物質(zhì)的完整晶體，其組分粒子都處于完全有序的排列狀態(tài)，規(guī)定它的熵值為列狀態(tài)，規(guī)定它的熵值為0。2022-4-178現(xiàn)在學習的是第八頁，共82頁

7、粒子的數(shù)目越多；粒子的活動范圍越大粒子的數(shù)目越多；粒子的活動范圍越大，體系的微觀狀態(tài)數(shù)越多，體系的混亂度，體系的微觀狀態(tài)數(shù)越多，體系的混亂度越大。越大。2022-4-179現(xiàn)在學習的是第九頁，共82頁SSTS0ST將純物質(zhì)從0K升到T，測量此過程的熵變量S，則：ST 該物質(zhì)在溫度T時的熵值，稱絕對熵值思考：怎樣求任一溫度下物質(zhì)的熵值ST ?（2）在標準態(tài)時，一摩爾純物質(zhì)的熵值叫做摩爾絕對熵，簡稱標準熵，用 表示。 TS熱力學第三定律規(guī)定熱力學第三定律規(guī)定： （1）通過實驗和計算求得的各種物質(zhì)在指定溫度）通過實驗和計算求得的各種物質(zhì)在指定溫度T的熵值稱之為的熵值稱之為絕對熵值。絕對熵值。2022

8、-4-1710現(xiàn)在學習的是第十頁，共82頁物質(zhì)的2022-4-1711現(xiàn)在學習的是第十一頁，共82頁物質(zhì)的2022-4-1712現(xiàn)在學習的是第十二頁，共82頁物質(zhì)的2022-4-1713現(xiàn)在學習的是第十三頁，共82頁2、影響熵值大小的因素、影響熵值大小的因素 ( (1) )同一物質(zhì)，同一物質(zhì)， ( )( )( )TTTSgSlSs( (2)()(體系的體系的) )溫度：物質(zhì)在高溫時的熵值大于低溫度：物質(zhì)在高溫時的熵值大于低溫時的熵值：溫時的熵值：T/K 298 400 500 1000 S298 (JK-1mol-1) 27.3 34.9 41.2 66.7例如：鐵，在下列個溫度下熵值例如：鐵

9、，在下列個溫度下熵值2022-4-1714現(xiàn)在學習的是第十四頁，共82頁( (3) ) 物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)：組成、結(jié)構(gòu)較復雜的分物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)：組成、結(jié)構(gòu)較復雜的分子熵值大于簡單分子的熵值。子熵值大于簡單分子的熵值。 CH4(g) C2H6(g) C3H8(g)186 229 270 S298 (JK-1mol-1)2022-4-1715現(xiàn)在學習的是第十五頁，共82頁3、化學反應熵變的計算、化學反應熵變的計算 反應物反應物產(chǎn)物產(chǎn)物 TiTiTrSvSvS對于任一化學反應：對于任一化學反應： aA+bB=yY+zZ)()()()(BSbASaZSzYSySTTTTTr 統(tǒng)一表示為統(tǒng)一表示為：20

10、22-4-1716現(xiàn)在學習的是第十六頁，共82頁【例例】 計算反應計算反應(g)Cl(g)H2HCl(g)22 在在298K時的標準熵變。時的標準熵變。 解：解： =130.574+222.96- -2186.80 = - -20.07 JK-1mol-1 rS298 =S298 (H2,g)+ S298 (Cl2,g) - -2S298 (HCl,g)2022-4-1717現(xiàn)在學習的是第十七頁，共82頁 213.64 39.75 92.9 /S393.50- 635.09- 1206.92- /)()()( 11298129823 molKJmolkJHgCOsCaOsCaCOf 12983

11、3.178 )92.1206()50.393(09.635H molkJ 112985 .1609 .9264.21375.39S molKJ 【例例】計算反應計算反應的標準焓變的標準焓變H298和標準熵變和標準熵變S298解：解：)()()(23gCOsCaOsCaCO 2022-4-1718現(xiàn)在學習的是第十八頁，共82頁 該反應也是一個該反應也是一個熵增的反應，熵增的反應，反應的結(jié)果是熵值反應的結(jié)果是熵值增大，利于反應自發(fā)進行；增大，利于反應自發(fā)進行； 這個反應到底能不能自發(fā)進行呢這個反應到底能不能自發(fā)進行呢？實驗證明：實驗證明：T T1111 K1111 K時，可以自發(fā)進行；而在時，可以

12、自發(fā)進行；而在1111K1111K以以下，反應是非自發(fā)的。下，反應是非自發(fā)的。 上述的結(jié)果也證明，單靠熵值的變化難以確定上述的結(jié)果也證明，單靠熵值的變化難以確定反應是否能夠自發(fā)進行。反應是否能夠自發(fā)進行。)()()(23gCOsCaOsCaCO 2022-4-1719現(xiàn)在學習的是第十九頁，共82頁三、化學反應的方向和吉布斯函數(shù)變?nèi)⒒瘜W反應的方向和吉布斯函數(shù)變 1. 1. 吉布斯函數(shù)吉布斯函數(shù)（自由能）（自由能） 吉布斯函數(shù)的定義：吉布斯函數(shù)的定義：GHTS 與與H類似，類似，G也是一個狀態(tài)函數(shù)，代表體系的一種也是一個狀態(tài)函數(shù)，代表體系的一種能量狀態(tài)。能量狀態(tài)。2022-4-1720現(xiàn)在學習的

13、是第二十頁，共82頁GHTS 吉布斯吉布斯亥姆霍茲亥姆霍茲公式公式 2. 吉布斯吉布斯亥姆霍茲亥姆霍茲公式公式 G稱之為稱之為吉布斯函數(shù)變（自由能變），吉布斯函數(shù)變（自由能變），在恒溫恒壓在恒溫恒壓條件下進行的化學反應，其吉布斯函數(shù)變可以寫成：條件下進行的化學反應，其吉布斯函數(shù)變可以寫成：標準態(tài)時：標準態(tài)時： GHTS 。改改變變時時其其值值改改變變也也較較大大隨隨溫溫度度變變化化較較大大，溫溫度度的的相相應應值值，時時可可以以使使用用其其變變化化可可以以忽忽略略，計計算算度度改改變變時時隨隨溫溫度度的的變變化化較較小小，溫溫、注注意意： GK298H S2022-4-1721現(xiàn)在學習的是第二

14、十一頁，共82頁解：解： 首先，查表計算反應的首先，查表計算反應的 298H 、298S CaCO3(s)= CaO(s) + CO2(g)fH298 /kJmol-1 -1206.92 -635.09 -393.50 S298 /JK-1mol-1 + 92.9 39.75 213.64 【例例】)g(CO) s (CaO) s (CaCO23 在在298K、1500K時的時的 求求H298 =- -635.09- -393.50- -(- -1206.92)=178.33 kJmol-1S298 =39.75+213.64- -92.9=160.5 JK-1mol-1 G 2022-4-1

15、722現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共82頁再根據(jù)吉布斯公式：再根據(jù)吉布斯公式：olkJ50.130105 .16029833.178STHG 1500K1500K時，時， 1329829815001500150042.62105 .160150033.178 molkJSTHSTHG 2022-4-1723現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共82頁3. 標準生成吉布斯函數(shù)標準生成吉布斯函數(shù) 標準生成吉布斯函數(shù)：在標準態(tài)時，由最穩(wěn)定標準生成吉布斯函數(shù)：在標準態(tài)時，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成單質(zhì)生成1 mol純純物質(zhì)時反應的吉布斯函數(shù)變，叫物質(zhì)時反應的吉布斯函數(shù)變，叫該物質(zhì)的標準生成吉布斯函數(shù)該

16、物質(zhì)的標準生成吉布斯函數(shù)fGT 熱力學規(guī)定： （1）標準態(tài)時，最穩(wěn)定單質(zhì)的標準生成吉布斯函數(shù)fG298為0； （2）標準態(tài)時，水合氫離子的標準生成吉布斯函數(shù)fG298H+,(aq)為0。2022-4-1724現(xiàn)在學習的是第二十四頁，共82頁2022-4-1725現(xiàn)在學習的是第二十五頁，共82頁【例例】)g(CO) s (CaO) s (CaCO23 在在298K的的 298G 求求 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) fG298 /kJmol-1 -1128.84 -604.04 -394.36 1298molkJ130.081128.84)(394.364604.G 解：解

17、：對于化學反應對于化學反應 aA+bB=yY+zZ標準態(tài)時，吉布斯函數(shù)變（自由能變）計算公式為：標準態(tài)時，吉布斯函數(shù)變（自由能變）計算公式為： 反應物反應物產(chǎn)物產(chǎn)物TfiTfiTGvGvG2022-4-1726現(xiàn)在學習的是第二十六頁，共82頁4.4.熱化學反應方向的判斷熱化學反應方向的判斷 G0，反應能自發(fā)進行；，反應能自發(fā)進行； G0，反應不能自發(fā)進行（逆反應自發(fā)進行）；，反應不能自發(fā)進行（逆反應自發(fā)進行）； G=0，反應處于平衡狀態(tài)。，反應處于平衡狀態(tài)。 2022-4-1727現(xiàn)在學習的是第二十七頁，共82頁例如，剛才的例子：例如，剛才的例子：CaCOCaCO3 3(s) = CaO(s)

18、 + CO(s) = CaO(s) + CO2 2(g) (g) 298K298K（低溫）（低溫）： 反應不能自發(fā)進行。反應不能自發(fā)進行。 1500K（高（高溫溫）： 反應能自發(fā)進行。反應能自發(fā)進行。 0molkJ501301298.G 0molkJ62.42G115002022-4-1728現(xiàn)在學習的是第二十八頁，共82頁實際上，只要溫度高到使實際上，只要溫度高到使 0G 反應就可以自發(fā)進行，即：反應就可以自發(fā)進行，即： 溫度必須達到溫度必須達到1111K1111K以上，分解反應才能自發(fā)進行。以上，分解反應才能自發(fā)進行。 計算自發(fā)反應的最低溫度：計算自發(fā)反應的最低溫度：KSHSTSTHG11

19、11105 .16033.178HT 0S 03 2022-4-1729現(xiàn)在學習的是第二十九頁，共82頁例：在室溫下，金屬銅線暴露于空氣中時，其表面逐漸覆蓋一層黑色氧化銅CuO。當此時銅線被加熱超過一定溫度時，黑色氧化物就轉(zhuǎn)化為紅色氧化物Cu2O，在更高溫度時，氧化物覆蓋層會逐漸消失，若反應是在標準壓力條件下進行的。試從化學熱力學觀點簡單說明此實驗在加熱后所發(fā)生的現(xiàn)象。 解：解：依題意有依題意有： 2CuO(s) Cu2O(s) + 1/2 O2(g) (1) fH 298/kJmol-1 -157.3 -168.6 0 S 298/JK-1mol-1 42.63 93.14 205.03 C

20、u2O(s) 2Cu + 1/2 O2(g) (2) -168.6 0 0 93.14 33.15 205.032022-4-1730現(xiàn)在學習的是第三十頁，共82頁 H 1 = -168.6 + 0 - 2(-157.3) = 146.0 kJmol-1 H 2 = 0 + 0 - (-168.6) = 168.6 kJmol-1 S 1 = 110.40 (JK-1mol-1) S 2 = 75.68 (JK-1mol-1) 。 G 0為自發(fā)反應的條件，為自發(fā)反應的條件，0STHGSHT隨著溫度的升高，第一隨著溫度的升高，第一步反應先達到步反應先達到 G 0，故黑色氧化銅先分解為紅故黑色氧化

21、銅先分解為紅色氧化物色氧化物Cu2O，當在更，當在更高溫度下時，第二步反應高溫度下時，第二步反應亦達到自發(fā)進行條件，此亦達到自發(fā)進行條件，此時紅色氧化物便分解生成時紅色氧化物便分解生成單質(zhì)單質(zhì)Cu。 K 222875.6810168.6TK 132240.110100 .1463231 T2022-4-1731現(xiàn)在學習的是第三十一頁，共82頁例：煤燃燒時含硫的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為SO2和SO3，造成對大氣的污染。試用熱力學數(shù)據(jù)說明可以用CaO吸收SO3，以消除煙道廢氣的污染。解：解：107 256.6 39.75 molKJ/S1434.1- 395.7- 635.09- molJ/)()(SOCaO(

22、s) 29811143 kHsCaSOgKf時時-189.35256.6-39.75-107 ),(),(),(kJ/mol -403.31(-395.7)-(-635.09)-1434.1 ),(),(),(3434 gSOSsCaOSsCaSOSSgSOHsCaOHsCaSOHHfff 2022-4-1732現(xiàn)在學習的是第三十二頁，共82頁kJ/mol88.346J/mol346884 )35.189(29810-403.31 2983 STHGK時時G G0, 0 , 0 , S S 298298 0, 0 如果將 CO2 + CH4 2CO + 2H2 ，則會減小溫室效應及解決世界能源

23、短缺的問題，反應能否實現(xiàn)？反應不能自發(fā)進行&溫室效應問題-CO2有效利用中的化學問題方案二？計算一下什么溫度條件下可以轉(zhuǎn)化2022-4-1736現(xiàn)在學習的是第三十六頁，共82頁？計算一下什么溫度條件下可以轉(zhuǎn)化解：解：130.574 197.56 186.19 213.64 molKJ S0 110.52- 74.848- 393.50- kJ/mol 2H 2CO CH CO -11298298242 HmolkJH/308.247)848.74()50.393()52.110(2298 1-1298molKJ 438.256 64.21319.18656.1972574.1302 S

24、K 964438.25610308.24703298298298298 SHTSTHG溫度高于溫度高于964K（691），反應可以自發(fā)進行。），反應可以自發(fā)進行。2022-4-1737現(xiàn)在學習的是第三十七頁，共82頁2022-4-1738現(xiàn)在學習的是第三十八頁，共82頁2-2 2-2 化學反應的程度和化學平衡化學反應的程度和化學平衡 絕大多數(shù)的化學反應都不會進行到底，反應絕大多數(shù)的化學反應都不會進行到底，反應進行到一定程度，就不會再繼續(xù)了，這一類的反進行到一定程度，就不會再繼續(xù)了，這一類的反應，都是可逆反應。應，都是可逆反應。 2022-4-1739現(xiàn)在學習的是第三十九頁，共82頁一、可逆反應

25、和化學平衡一、可逆反應和化學平衡1 1、可逆反應、可逆反應(reversible reaction) 在同一條件下，既能向一個方向進行，又能向相在同一條件下，既能向一個方向進行，又能向相反方向進行的反應，稱為可逆反應。反方向進行的反應，稱為可逆反應。 嚴格地說，可以認為所有的化學反應都具有一定的可嚴格地說，可以認為所有的化學反應都具有一定的可逆性，從微觀的角度來看，反應物分子可以發(fā)生有效逆性，從微觀的角度來看，反應物分子可以發(fā)生有效碰撞，結(jié)合成產(chǎn)物分子；同時，產(chǎn)物分子也可以發(fā)生碰撞，結(jié)合成產(chǎn)物分子；同時，產(chǎn)物分子也可以發(fā)生碰撞，再結(jié)合成反應物分子，這兩個過程同時在進行：碰撞，再結(jié)合成反應物分子

26、，這兩個過程同時在進行：反應物反應物 產(chǎn)物。產(chǎn)物。（“”“”正反應；正反應；“”“”逆反應）逆反應）2022-4-1740現(xiàn)在學習的是第四十頁，共82頁開始反應時，還沒有開始反應時，還沒有NHNH3 3產(chǎn)生，產(chǎn)生，N N2 2和和H H2 2的濃度是的濃度是最大的，這個時候正反應的速率也最大：最大的，這個時候正反應的速率也最大： ）（）（正正正正22cckHNyx 隨著反應的進行，反應物不斷轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，隨著反應的進行，反應物不斷轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，N N2 2和和H H2 2的濃度不斷減小，正反應的速率越來越小，而的濃度不斷減小，正反應的速率越來越小，而NHNH3 3的濃度不斷增大，所以逆反應的速率越

27、來越大：的濃度不斷增大，所以逆反應的速率越來越大：）（逆逆3zHNck 最典型的可逆反應的例子是合成氨的反應：773K，300atm下223HN 32NH產(chǎn)率26.4 2022-4-1741現(xiàn)在學習的是第四十一頁，共82頁當反應進行到某一程度，正好達到：當反應進行到某一程度，正好達到： 逆正 即在相同的時間內(nèi)，有多少即在相同的時間內(nèi)，有多少N N2 2和和H H2 2分子反應生成分子反應生成NHNH3 3分子，就有多少分子，就有多少NHNH3 3分子分解產(chǎn)生相同數(shù)目的分子分解產(chǎn)生相同數(shù)目的N N2 2和和H H2 2分子。因此，反應物和產(chǎn)物的濃度都不再隨時分子。因此，反應物和產(chǎn)物的濃度都不再隨

28、時間而改變。那么，可逆反應的這種狀態(tài)，就稱為間而改變。那么，可逆反應的這種狀態(tài)，就稱為化學平衡狀態(tài)：正逆反應速率相等時，反應體系所處化學平衡狀態(tài)：正逆反應速率相等時，反應體系所處的狀態(tài)的狀態(tài)，此時，此時，G = 0。 2022-4-1742現(xiàn)在學習的是第四十二頁，共82頁（1） 0G 逆逆正正（2）動態(tài)平衡）動態(tài)平衡 從表面看，處于化學平衡狀態(tài)的體系反應似乎從表面看，處于化學平衡狀態(tài)的體系反應似乎停止了，實際上，正逆反應仍在進行，只不過速率停止了，實際上，正逆反應仍在進行，只不過速率相等，宏觀上看上去體系沒有變化。因此，化學平相等，宏觀上看上去體系沒有變化。因此，化學平衡是一種動態(tài)的平衡狀態(tài)，

29、不是靜止的。衡是一種動態(tài)的平衡狀態(tài)，不是靜止的。 2 2、化學平衡、化學平衡(Chemical Equilibrium) 【特點特點】223HN 32NH2022-4-1743現(xiàn)在學習的是第四十三頁，共82頁（3）有條件的、相對的平衡）有條件的、相對的平衡 （條件改變，平衡改變）條件改變，平衡改變） 如果反應的溫度、壓力或者濃度發(fā)生了變化，平衡如果反應的溫度、壓力或者濃度發(fā)生了變化，平衡將被打破，反應會朝著某個方向繼續(xù)進行，一直到新的將被打破，反應會朝著某個方向繼續(xù)進行，一直到新的平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)。 2022-4-1744現(xiàn)在學習的是第四十四頁，共82頁二、平衡常數(shù)二、平衡常數(shù)( ( Equ

30、ilibrium Constant Equilibrium Constant ) ) 1 1、平衡常數(shù)、平衡常數(shù)BA baDG dg)B()A()D()G(badgcccccKKc濃度平衡常數(shù)（濃度平衡常數(shù)（c：平衡濃度，單位：平衡濃度，單位moldmmoldm-3-3） 可逆反應在一定溫度下達到平衡時，產(chǎn)物濃度可逆反應在一定溫度下達到平衡時，產(chǎn)物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應物濃度的系數(shù)次方的乘的系數(shù)次方的乘積與反應物濃度的系數(shù)次方的乘積之比是一個常數(shù)，這個常數(shù)就叫做平衡常數(shù)。積之比是一個常數(shù)，這個常數(shù)就叫做平衡常數(shù)。2022-4-1745現(xiàn)在學習的是第四十五頁，共82頁 如果是氣體反應，可以用

31、平衡時各組分氣體的如果是氣體反應，可以用平衡時各組分氣體的分壓來代替濃度，這時的平衡常數(shù)叫做分壓來代替濃度，這時的平衡常數(shù)叫做壓力平衡常壓力平衡常數(shù)：數(shù)： )B()A()D()G(badgpppppKp平衡分壓，單位：平衡分壓，單位：Pa Pa )(b)(agBgA )(d)(ggDgG 壓力平衡常數(shù)壓力平衡常數(shù) pK2022-4-1746現(xiàn)在學習的是第四十六頁，共82頁)(H)(N)(NH23232ccccK)(H)(N)(NH23232ppppK注意注意：K Kc c、K Kp p一般都有單位，但習慣上不寫出來（一般都有單位，但習慣上不寫出來（K Kc c一般不等于一般不等于K Kp p）

32、。）。 【例例】 一定條件下達到平衡，濃度平衡常數(shù)和壓力平一定條件下達到平衡，濃度平衡常數(shù)和壓力平衡常數(shù)如下：衡常數(shù)如下： )g(H3)g(N22 )g(NH232022-4-1747現(xiàn)在學習的是第四十七頁，共82頁對于任一可逆反應：對于任一可逆反應：平衡時，標準平衡常數(shù)表示為：平衡時，標準平衡常數(shù)表示為： DGBAdgba ( )/ ()/ ( )/ ( )/gdabc Gcc DcKc Acc Bc c平衡濃度，單位平衡濃度，單位moldmmoldm-3-32 2、標準平衡常數(shù)：、標準平衡常數(shù)： K規(guī)定：規(guī)定：-3dmmol1c 實際上，在標準平衡常數(shù)表達式中，濃度采用了相實際上，在標準平

33、衡常數(shù)表達式中，濃度采用了相對濃度對濃度c/c2022-4-1748現(xiàn)在學習的是第四十八頁，共82頁422232 () () () ()c Sncc FecKc Sncc Fec 32Fe2Sn 24Fe2Sn數(shù)數(shù)值值相相同同。與與所所以以的的單單位位是是因因為為c/c,mol,mol1c33 cdmcdm 因此：因此：ckk 2022-4-1749現(xiàn)在學習的是第四十九頁，共82頁若是氣體分壓，都除以標準態(tài)壓力：若是氣體分壓，都除以標準態(tài)壓力： pp Pa1001325. 1p 5 其其中中： 從上面的規(guī)定可以看到，所謂的相對濃度實際上是：將濃度轉(zhuǎn)換為從上面的規(guī)定可以看到，所謂的相對濃度實際上

34、是：將濃度轉(zhuǎn)換為1mol1mol的倍數(shù)的倍數(shù)，相對分壓就是將壓力轉(zhuǎn)化為，相對分壓就是將壓力轉(zhuǎn)化為1atm1atm（1 1個標準大氣壓）的倍數(shù)。個標準大氣壓）的倍數(shù)。)g(H3)g(N22 )g(NH23（用（用K來表示平衡常數(shù)時，氣體都用來表示平衡常數(shù)時，氣體都用 pp 而不用而不用 )cc 32223p)/(pp)/(pp)/(pKHNNH 來表示來表示2022-4-1750現(xiàn)在學習的是第五十頁，共82頁在在Kp中，中，p的單位是的單位是Pa，K中壓強為一個標準大氣壓的中壓強為一個標準大氣壓的倍數(shù)，因倍數(shù)，因P=1.01325105Pa,因此：因此：pkk 2022-4-1751現(xiàn)在學習的是

35、第五十一頁，共82頁注意注意：1 1）計算時使用的濃度和分壓為計算時使用的濃度和分壓為平衡濃度、平衡分壓。平衡濃度、平衡分壓。 K K是一個無量綱的量。是一個無量綱的量。2 2）一般如果不作說明，提到的平衡常數(shù)都是標準）一般如果不作說明，提到的平衡常數(shù)都是標準 平衡常數(shù)。平衡常數(shù)。3 3）對有）對有固體或純液體固體或純液體參加的反應，參加的反應，固體或純液體的濃度固體或純液體的濃度視為常數(shù)視為常數(shù)1 1，不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達式中。，不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達式中。 (g)COCaO(s)(s)CaCO23) l (OH)g(CO)g(H)g(CO222 2)/(COppK )/(H)/(CO(C

36、O)/22ppppppK2022-4-1752現(xiàn)在學習的是第五十二頁，共82頁 H2CrO2OHOCr242272-2722224)/O(Cr)/(H)/(CrOccccccK4) 溶劑的濃度視為常數(shù)溶劑的濃度視為常數(shù)1，不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表，不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表 達式中。達式中。5 5）對于既有氣體，又有溶液的情況，溶液中的組分一定）對于既有氣體，又有溶液的情況，溶液中的組分一定用相對濃度表示，氣相一定要用相對分壓表示。用相對濃度表示，氣相一定要用相對分壓表示。(g)OO2HO2H22222222)/O(H)/(OccppK 2022-4-1753現(xiàn)在學習的是第五十三頁，共82頁6 6）平衡

37、常數(shù)表達式必須與反應方程式一一對應：）平衡常數(shù)表達式必須與反應方程式一一對應： (g)3H(g)N22(g)NH23322231)/(H)/(N)/(NHppppppK(g)H23(g)N2122(g)NH32113/221/2232)()/(H)/(N)/(NHKppppppK(g)2NH3(g)3H(g)N22 12332231/ )(/ )(/ )(KpNHppHppNpK 1()KK 正正逆逆2022-4-1754現(xiàn)在學習的是第五十四頁，共82頁3 3、平衡常數(shù)的意義、平衡常數(shù)的意義平衡常數(shù)是反應進行程度的標志平衡常數(shù)是反應進行程度的標志 據(jù)其表達式可知：據(jù)其表達式可知：K K 值越大

38、，表明該反應到達平衡時產(chǎn)值越大，表明該反應到達平衡時產(chǎn)物的平衡濃度越大，反應物的濃度越小，說明正反應的程度物的平衡濃度越大，反應物的濃度越小，說明正反應的程度越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越大；相反，平衡常數(shù)越小，說明正越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越大；相反，平衡常數(shù)越小，說明正反應程度越小，反應物的轉(zhuǎn)化率越小。反應程度越小，反應物的轉(zhuǎn)化率越小。 平衡常數(shù)是反應的特征常數(shù)，是溫度的單值平衡常數(shù)是反應的特征常數(shù)，是溫度的單值 函函數(shù)數(shù) 對于給定的反應，只要溫度一定，平衡常數(shù)就對于給定的反應，只要溫度一定，平衡常數(shù)就是定值是定值，與反應物初始濃度、反應途徑無關(guān)，稱之為，與反應物初始濃度、反應途徑無關(guān)，稱之為熱力學常

39、數(shù)熱力學常數(shù)。2022-4-1755現(xiàn)在學習的是第五十五頁，共82頁badgcBccAccDccGcQ/ )(/ )(/ )(/ )( 反應商 dDgGbBaA 對于可逆反應對于可逆反應： ，c為任意狀態(tài)濃度反應商判據(jù)： 反反應應處處于于平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)反反應應向向逆逆方方向向進進行行反反應應向向正正方方向向進進行行 KQKQKQ4 4、反應商、反應商 (reaction quotient)(reaction quotient)2022-4-1756現(xiàn)在學習的是第五十六頁，共82頁5.熱力學等溫方程熱力學等溫方程根據(jù)熱力學的推導：根據(jù)熱力學的推導： 2.303lgGGRTQ 熱力學等溫方程熱力

40、學等溫方程 G -反應的吉布斯函數(shù)變，反應的吉布斯函數(shù)變，Jmol-1G - 反應的標準吉布斯函數(shù)變，反應的標準吉布斯函數(shù)變，Jmol-1；R-標準氣體摩爾常數(shù)，標準氣體摩爾常數(shù)，8.314 JK-1mol-1T-絕對溫度，絕對溫度，K；Q-反應商。反應商。2022-4-1757現(xiàn)在學習的是第五十七頁，共82頁2.303lgGGRTQ 當反應達平衡時：當反應達平衡時： G=0 G=0則：則： 2.303lg2.303lg0GGRTQGRTK 6 6、標準平衡常數(shù)與標準吉布斯函數(shù)變的關(guān)系、標準平衡常數(shù)與標準吉布斯函數(shù)變的關(guān)系 KcBccAccDccGcQbadg / )(/ )(/ )(/ )(

41、dDgGbBaA 2022-4-1758現(xiàn)在學習的是第五十八頁，共82頁將上式代入熱力學等溫方程：將上式代入熱力學等溫方程： 2.303lg2.303lg2.303lg2.303lgGGRTQQRTKRTQRTK Q K反應逆向進行反應逆向進行Q = K反應達平衡反應達平衡 000GGG從上式，不難看出：從上式，不難看出：2022-4-1759現(xiàn)在學習的是第五十九頁，共82頁【例】【例】 某一溫度下，一反應體系處于標準態(tài)，某一溫度下，一反應體系處于標準態(tài)，其其K K1 1，判斷該反應的方向。，判斷該反應的方向。 解：解： 2.303lg0GRTK 反應正向進行。反應正向進行。 2022-4-1

42、760現(xiàn)在學習的是第六十頁，共82頁7 7、有關(guān)平衡常數(shù)的計算、有關(guān)平衡常數(shù)的計算 反應的反應的K； N2、H2的的起始量起始量 N2和和H2的的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 【例例】 合成氨反應合成氨反應 223HN 3NH2體系總壓為體系總壓為9.12106 Pa。求該溫度下求該溫度下： mol,2)(N2nmol,3)(H2nmol4)(NH3n 在某溫度下，封閉體系中在某溫度下，封閉體系中N N2 2和和H H2 2以一定比例以一定比例混合達到平衡后，測得各物質(zhì)的物質(zhì)的量為混合達到平衡后，測得各物質(zhì)的物質(zhì)的量為： 2022-4-1761現(xiàn)在學習的是第六十一頁，共82頁解：（解：（1）n n總總=2+3

43、+4=9 =2+3+4=9 總總總總總總p92n)(Nnp)(Np22 總總總總總總p93n)(Hnp)(Hp22 總總總總總總p94n)(NHnp)(NHp33 335656256322231096. 2)10013. 11012. 993(101.0131012. 992)10013. 11012. 994(/p)(Hp/p)(Np/p)(NHpK 2022-4-1762現(xiàn)在學習的是第六十二頁，共82頁（2）起始量平衡量消耗量。根據(jù)反應計量比：）起始量平衡量消耗量。根據(jù)反應計量比： 消耗量：消耗量： mol2421)(NH21)(N32nnmol6423)(NH23)(H32nn起始量：起

44、始量： mol422)(N2nmol963)(H2n（3） 轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率： 該反應物的起始量該反應物的起始量某反應物已轉(zhuǎn)化的量某反應物已轉(zhuǎn)化的量100 %50%10042)(N2%67%10096)(H23222NH3HN 2022-4-1763現(xiàn)在學習的是第六十三頁，共82頁已知：已知：fG(SO2,g)=- -300.19 kJmol-1， fG(O2,g)=0 kJmol-1 fG(SO3,g)=- -371.08 kJmol-1 3141.78 10lg24.842.3032.303 8.314 298GKRT 246.92 10K 【例例】計算反應計算反應 在在298K時的平衡常數(shù)

45、時的平衡常數(shù)K。)g(O)g(SO222 )g(SO23rG= 2fG(SO3,g)- - 2fG(SO2,g) =2(- -371.08)- -2(- -300.19)=- -141.78 kJmol-1解：解：2022-4-1764現(xiàn)在學習的是第六十四頁，共82頁解：解：)(kJ 5 .1720)5 .393()5 .110(2),(),(),(212 molsCOHsCHgCOHmolHfff )K(J 9 .1757 . 56 .2136 .1972),(),(),(211-2 molgCOSsCSgCOSS )mol(kJ 06.120109 .17515.2985 .172-131

46、5.298 G2.303lglg2.303GGRTKKRT 298.15K時時120.061000=-2.3038.314298.15lgK1K1=9.3110-222022-4-1765現(xiàn)在學習的是第六十五頁，共82頁同理，同理，1173K時時)mol(kJ 31.338109 .17511735 .172-131173 G-338.311000=-2.3038.314298.15lgK2K2=1.161016溫度升高，有利于反應進行。溫度升高，有利于反應進行。2022-4-1766現(xiàn)在學習的是第六十六頁，共82頁三、多重平衡三、多重平衡 碳燃燒：碳燃燒： )()(221gOsC )g(CO

47、（1）)g(O)g(CO221 )g(CO2（2）)g(O) s (C2 )g(CO2（3）1/221/p)(Op/p(CO)pK 21222/p)(Op/p(CO)p/p)(COpK ppppK/ )(/ )(223OCO可以看出：（可以看出：（1）（）（2）（）（3） 3221/2222/1221K/ )(/ )()/pp(Op(CO)/p/ )(/ )(/ )(KK pOppCOppCOppOppCOp2022-4-1767現(xiàn)在學習的是第六十七頁，共82頁【例例】 已知下列反應在已知下列反應在1123K1123K時的標準平衡常數(shù)時的標準平衡常數(shù)： （1） )g(CO) s (C2 )g(

48、CO21411.3 10K （2） )g(Cl)g(CO2 )g(COCl2326.0 10K計算反應計算反應：（：（3） )g(COCl22)g(Cl2)g(CO) s (C22 在在1123K時的時的K 。解：該反應實際上是一個多重平衡體系解：該反應實際上是一個多重平衡體系 ( (3)=)=(1)+()+(2) )2 102143212112.1 10()(1.3 10 ) (6.0 10 )KKK2022-4-1768現(xiàn)在學習的是第六十八頁，共82頁四、化學平衡的移動四、化學平衡的移動 （一）濃度對化學平衡的影響（一）濃度對化學平衡的影響 在一定溫度下，增加反應物的濃度或減小在一定溫度下

49、，增加反應物的濃度或減小產(chǎn)物的濃度，平衡向正反應方向移動；相反，產(chǎn)物的濃度，平衡向正反應方向移動；相反，減小反應物濃度或增大產(chǎn)物濃度，平衡向逆反減小反應物濃度或增大產(chǎn)物濃度，平衡向逆反應方向移動。應方向移動。 2022-4-1769現(xiàn)在學習的是第六十九頁，共82頁對于任一可逆反應對于任一可逆反應： BAba DGdg一定條件下達到平衡時一定條件下達到平衡時： （方便起見，我們用（方便起見，我們用Qc、Kc來討論）。來討論）。 badgccccccccKQ(B)/(A)/(D)/(G)/ (B)(A)(D)(G)ccbadgccccKQ（1 1） 若增加反應物濃度：若增加反應物濃度： )B()A

50、(c ,c或減小生成物濃度：或減小生成物濃度： )()(DGc,c則：則： ccKQ（溫度不變，（溫度不變，K Kc c不變）不變） 反應向反應向正反應方向移動正反應方向移動，至，至Q Qc cK Kc c。在新的平衡。在新的平衡狀態(tài)下，各物質(zhì)濃度都發(fā)生了改變，與原平衡狀態(tài)狀態(tài)下，各物質(zhì)濃度都發(fā)生了改變，與原平衡狀態(tài)不同了。不同了。2022-4-1770現(xiàn)在學習的是第七十頁，共82頁( (2) )若減小反應物濃度：若減小反應物濃度： )B()A(c ,c或增大產(chǎn)物濃度或增大產(chǎn)物濃度： )()(DGc,c則：則： ccKQ 反應向反應向逆反應反向移動逆反應反向移動，至，至Q Qc c= =K K

51、c c。同樣，新平。同樣，新平衡建立時，各物質(zhì)濃度也與原平衡狀態(tài)不同。衡建立時，各物質(zhì)濃度也與原平衡狀態(tài)不同。 badgccccccccKQ(B)/(A)/(D)/(G)/ (B)(A)(D)(G)ccbadgccccKQBAba DGdg2022-4-1771現(xiàn)在學習的是第七十一頁，共82頁【例例】 反應：反應：)()(2gOHgCO )g(H)g(CO22 在某溫度下達到平衡時，體系中各物質(zhì)濃度為：在某溫度下達到平衡時，體系中各物質(zhì)濃度為： -32-3dmmol81O)(Hdmmol80(CO).c ,.c322dmmol1.2)(CO)(Hcc若在此平衡體系中加入若在此平衡體系中加入H

52、H2 2O(g)O(g)，使其濃度增大為，使其濃度增大為3dmmol3.0求：（求：（1 1）反應達到新平衡時各物質(zhì)濃度為多少？）反應達到新平衡時各物質(zhì)濃度為多少？(2)(2)計算在兩種平衡狀態(tài)下，計算在兩種平衡狀態(tài)下，COCO的轉(zhuǎn)化率為多少？的轉(zhuǎn)化率為多少？（設(shè)反應起始時，產(chǎn)物濃度為（設(shè)反應起始時，產(chǎn)物濃度為0 0）2022-4-1772現(xiàn)在學習的是第七十二頁，共82頁11.80.81.21.2O)(H(CO)(H)(CO222cccccK設(shè)反應達新平衡時，設(shè)反應達新平衡時， 322dmmol)(CO)(Hxcc則：則： 3dmmol)(2.01.2)(0.8(CO)xxc32dmmol)(

53、4.21.2)(3.0O)(Hxxc則：則： 1)x)(4.2x(2.0 xO)(Hc(CO)c)(Hc)(COc2222 cK解解( (1) )： )( )(2gOHgCO )g(H)g(CO22 1.21.20.8 1.80.8-（x-1.2) 3.0-（x-1.2) x x2022-4-1773現(xiàn)在學習的是第七十三頁，共82頁反應達到新平衡時反應達到新平衡時： 322dmmol1.35)(COc)(Hc 3dmmol65. 035. 10 . 2(CO)c 32dmmol2.851.354.2O)(Hc 解得解得： 3dmmol351 .x2022-4-1774現(xiàn)在學習的是第七十四頁，共82頁(2)(2)計算在兩種平衡狀態(tài)下，計算在兩種平衡狀態(tài)下，COCO的轉(zhuǎn)化率為多少？的轉(zhuǎn)化率為多少？（設(shè)反應起始時，產(chǎn)物濃度為（設(shè)反應起始時，產(chǎn)物濃度為0 0） COCO的起始濃度：的起始濃度：0.8+1.20.8+1.22.0 2.0 3dmmol %60%1000 . 22 . 1 %5 .67%1000 . 235. 1 ，COCO的轉(zhuǎn)化率提高了。的轉(zhuǎn)化率提高了。 所以增加某種反應物的濃度，會提高另一種反所以增加某種反應物的濃度，會提高另一種反應物的轉(zhuǎn)化