標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 講課比賽課件

1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)主講：朱連文主講：朱連文嘉興學(xué)院生化學(xué)院嘉興學(xué)院生化學(xué)院生化學(xué)院首屆教師教學(xué)設(shè)計(jì)與技能競賽生化學(xué)院首屆教師教學(xué)設(shè)計(jì)與技能競賽Better chemistry, better life!說課環(huán)節(jié)說課環(huán)節(jié)1. 課程分析課程分析2. 新新課課介紹介紹3. 學(xué)情分析學(xué)情分析4. 教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)課程分析課程分析1. 化學(xué)反應(yīng)的基本原理化學(xué)反應(yīng)的基本原理2. 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論3. 溶液化學(xué)平衡溶液化學(xué)平衡4. 滴定分析滴定分析5. 常用儀器分析常用儀器分析6. 元素化學(xué)元素化學(xué)新新課介紹課介紹標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是衡量化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)重要指標(biāo)，屬于標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是衡量化學(xué)反應(yīng)

2、的一個(gè)重要指標(biāo)，屬于化學(xué)反應(yīng)原理當(dāng)中的動(dòng)力學(xué)部分，是連接熱力學(xué)和動(dòng)化學(xué)反應(yīng)原理當(dāng)中的動(dòng)力學(xué)部分，是連接熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的橋梁。力學(xué)的橋梁。學(xué)情分析學(xué)情分析1. “高中后遺癥高中后遺癥”，考試為目的；，考試為目的；2. “急功近利急功近利”，輕原理，重應(yīng)用；，輕原理，重應(yīng)用；3. “鴉雀無聲鴉雀無聲”，欠缺獨(dú)立思考；，欠缺獨(dú)立思考；4. “雨過地不濕雨過地不濕”，學(xué)而不用則罔。，學(xué)而不用則罔。教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)1. 生活、歷史、科技前沿問題隱秘承載化學(xué)原理，引生活、歷史、科技前沿問題隱秘承載化學(xué)原理，引起學(xué)生好奇心；起學(xué)生好奇心；2. 化學(xué)原理和現(xiàn)實(shí)案例無縫嫁接，展示化學(xué)的趣味性、化學(xué)原理和現(xiàn)實(shí)案例

3、無縫嫁接，展示化學(xué)的趣味性、應(yīng)用性、以及應(yīng)用性、以及邏輯性邏輯性;3. 化學(xué)原理嫁接新聞時(shí)事，化學(xué)原理嫁接新聞時(shí)事，“引誘引誘”學(xué)生獨(dú)立思考，學(xué)生獨(dú)立思考，分析問題，解決問題，勇敢表達(dá)捍衛(wèi)自己的觀點(diǎn)。分析問題，解決問題，勇敢表達(dá)捍衛(wèi)自己的觀點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Better chemistry, better life!主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的概念、表達(dá)式書寫與計(jì)算的概念、表達(dá)式書寫與計(jì)算主要內(nèi)容及目標(biāo)主要內(nèi)容及目標(biāo)知識(shí)知識(shí)目標(biāo)：目標(biāo)：1. 掌握掌握K表達(dá)式的書寫表達(dá)式的書寫2. 掌握掌握K的計(jì)算的計(jì)算能力目標(biāo)：能力目標(biāo)：分析問題、利用原理解釋現(xiàn)象的能力分析問題

4、、利用原理解釋現(xiàn)象的能力為什么我們有飯吃為什么我們有飯吃 ？為什么胡佛為什么胡佛能當(dāng)選能當(dāng)選美國總統(tǒng)美國總統(tǒng) ？為什么為什么“稻草能變成金剛石稻草能變成金剛石” ？ 對任意反應(yīng)對任意反應(yīng)：aA + bB = cC + dD 前情回顧前情回顧反應(yīng)反應(yīng)方向的判斷方向的判斷 rGm 0“金剛石瘋了金剛石瘋了”298.15 K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)反應(yīng)C (金剛石金剛石) = C(石墨石墨) 的的 rGm 為為-2.9 (kJ mol 1) 0,0,金剛石自發(fā)變成石墨金剛石自發(fā)變成石墨金剛石金剛石“發(fā)瘋發(fā)瘋”的的背后隱藏著什么原理？背后隱藏著什么原理？反應(yīng)進(jìn)行的程度反應(yīng)進(jìn)行的程度1.1 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

5、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的概念的概念在一定溫度一定溫度下，某反應(yīng)處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，生成物和反應(yīng)物活度（氣體相對分壓、溶液相對濃度）的化學(xué)計(jì)量數(shù)的冪次方的乘積等于常數(shù)K，稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（無單位，量綱為1）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)平衡常數(shù)是特征常數(shù)，與反應(yīng)本性、溫度相關(guān)，而與濃是特征常數(shù)，與反應(yīng)本性、溫度相關(guān)，而與濃度、壓強(qiáng)無關(guān)度、壓強(qiáng)無關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的平衡常數(shù)的大小可體現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的完全程度大小可體現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的完全程度K 107 反應(yīng)完全進(jìn)行K 107 反應(yīng)幾乎不可能發(fā)生107 K 107 可通過改變條件來促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行 氣相反應(yīng)氣相反應(yīng): : 物質(zhì)物質(zhì)的分壓用相對分壓的分壓用相對分壓( (p p/ /

6、p p) )表示表示 K =p(SO3)/p2p(SO2)/p2 p(O2)/pK =c(H+)/c c(Ac-)/cc(HAc)/c2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)HAc H+ + Ac-1.2 K表達(dá)式的書寫表達(dá)式的書寫p p=100 =100 kPakPa 液相反應(yīng): 物質(zhì)的濃度用相對濃度(c/c) 表示 c c=1 mol/L=1 mol/L反應(yīng)有反應(yīng)有純固體、純液體純固體、純液體參加，或參加，或稀溶液中水稀溶液中水參加的反應(yīng)，其濃度不出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表參加的反應(yīng)，其濃度不出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式中；達(dá)式中；K=p(CO2)/pK =c(CrO42-) )/c2 c(H

7、+)/)/c2 c (Cr2O72-) )/cCaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)Cr2O72-(aq) +H2O (l) 2CrO42-(aq)+2H+(aq)(1) N2 + 3H2 2NH3(2) 1/2N2 + 3/2H2 NH3(3) 2NH3 N2 + 3H2 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)平衡常數(shù)與反應(yīng)式的寫法有關(guān)。與反應(yīng)式的寫法有關(guān)。 1. 定義式法定義式法 (1) 寫出寫出K表達(dá)式表達(dá)式 (2)帶入分壓、帶入分壓、濃度數(shù)值，計(jì)算求解濃度數(shù)值，計(jì)算求解2. 利用利用 rGm與與K的關(guān)系計(jì)算的關(guān)系計(jì)算 rGm = -RTln K 1.3 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的計(jì)算的計(jì)算讓全世

8、界吃飽飯的反應(yīng)讓全世界吃飽飯的反應(yīng) 1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“舌尖上的化學(xué)反應(yīng)舌尖上的化學(xué)反應(yīng)”合成氨反應(yīng)合成氨反應(yīng) N2 + 3H2 2NH3已知已知合成合成NH3反應(yīng)：反應(yīng)： N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 773K平衡時(shí)壓力平衡時(shí)壓力/103kPa 4.17 12.52 3.57 求標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)？求標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)？1.3 K的的計(jì)算計(jì)算定義式法定義式法K =p(NH3)/p2p(N2)/p p(H2)/p3=3.57*103)/10024.17*103)/100 12.52*103)/1003K =1.56*10-5求求298.15 K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反

9、應(yīng)反應(yīng)C (金剛石金剛石) = C(石墨石墨) 的平衡常數(shù)。的平衡常數(shù)?！隘偪竦慕饎偸偪竦慕饎偸苯饎偸褪际枪腆w，無法寫金剛石和石墨都是固體，無法寫出出K表達(dá)式，因此用定義式無法表達(dá)式，因此用定義式無法計(jì)算！計(jì)算！利用利用 rGm = -RTln K 計(jì)算計(jì)算K范特霍夫(Vant Hoff)化學(xué)反應(yīng)等溫式 rGm(T) = rGm (T) + RTlnQ反應(yīng)熵反應(yīng)熵非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的吉布斯函數(shù)變吉布斯函數(shù)變標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的吉布斯函數(shù)變吉布斯函數(shù)變當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)： rGm(T)=00 = rGm (T)+RTlnQeq則： rGm (T) = RTln K(T) rGm =

10、-RTln K的推導(dǎo)的推導(dǎo) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K(T)為系統(tǒng)平衡狀態(tài)的反應(yīng)商Qeq；1.3 利用利用 rGm = -RTln K求求K第一步第一步 求出求出 rGm的值的值方法一：查表獲得方法一：查表獲得 fGm求求 rGm方法二：利用方法二：利用 rGm (T) rHm (298 K)T rSm (298 K)第二步第二步 利用利用 rGm = -RTln K 計(jì)算計(jì)算K赫伯特赫伯特克拉克克拉克胡佛是美國第胡佛是美國第3131任總統(tǒng)；任總統(tǒng)；2424歲來中國河北唐山歲來中國河北唐山“打工打工”；發(fā)現(xiàn)中國開采金礦水平低；發(fā)現(xiàn)中國開采金礦水平低；胡佛利用化學(xué)知識(shí)胡佛利用化學(xué)知識(shí) “ “廢物利用廢物利用

11、”，成了百萬巨富。，成了百萬巨富?！霸炀兔绹偨y(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)造就美國總統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)”鋅把金還原：鋅把金還原：Zn +2NaAu(CN)2 =Na2Zn(CN)4 +2Au氰化鈉把金溶解：氰化鈉把金溶解：2Au + 4NaCN + 1/2O2+ H2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH2Au + 4NaCN + 1/2O2+ H2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH已知已知 rGm (298K) = -190.443 kJmol-1求求 該反應(yīng)在該反應(yīng)在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K = 2.414*1033 “造就美國總統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)造就美國總統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)”解：根據(jù)解：

12、根據(jù) rGm = -RTln Kln K= rGm /-RT=190443/(8.314*298) = 76.87中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的錢逸泰院士實(shí)驗(yàn)室以CCl4和金屬鈉為原料，在973K時(shí)反應(yīng)制造出金剛石粉末和NaCl。反應(yīng)方程式為：求該反應(yīng)在973K下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)？“稻草變黃金稻草變黃金”的背后的背后Science, 1998, 281, 246.“稻草變黃金稻草變黃金”的化學(xué)原理的化學(xué)原理同理可得：同理可得： rSm= -129.983 Jmol-1K-1 rHm(298K)= -1507.205 kJmol-1 rSm(298K)= -129.983 Jmol-1K-1 rGm (973

13、K)= -1380.712 kJmol-1 rGm (973K) rHm (298 K)973 rSm (298 K) = -1507.205*103 Jmol-1 973K*(-129.983 Jmol-1K-1) = -1380712 Jmol-1 rGm (T) rHm (298 K)T rSm (298 K)“稻草變黃金稻草變黃金”的化學(xué)原理的化學(xué)原理根據(jù)根據(jù) rGm = -RTln Kln K= rGm /-RT=1380712/(8.314*973) = 170.7K = 1.333*1074 “稻草變黃金稻草變黃金”的化學(xué)原理的化學(xué)原理 rGm (973K)= -1380712 Jmol-1 化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度小結(jié)小結(jié)1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的概念；的概念；2.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K表達(dá)式的書寫（四個(gè)原則）；表達(dá)式的書寫（四個(gè)