大學(xué)無機(jī)化學(xué)之化學(xué)平衡課件

1、3.1 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)3.1.3 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的實驗測定3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式3.1.1 化學(xué)平衡的基本特征化學(xué)反應(yīng)的限度1、高爐中的煉鐵反應(yīng)為： Fe2O3+ 3CO = 2Fe+3CO2 2、合成氨反應(yīng)： N2+3H2 NH3 N2 轉(zhuǎn)化率最大為65.1% 3、KClO3 = 2KCl + O2 0 0.0100 0.0100 0 7.60 02000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 0.204 4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 0.343 反應(yīng)開始 ：c(H2),c(I2) 較大, c(HI) = 0, r正較大,r逆為 0

2、；反應(yīng)進(jìn)行：c(H2),c(I2)減小,r正減小,c(HI)增大,r逆增大；某一時刻：r正= r逆，系統(tǒng)組成不變，達(dá)到平衡狀態(tài)。大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是可逆的。例如：3.1.1 化學(xué)平衡的基本特征t/sr正106 r逆107 r正r逆r/(molL-1s-1)化學(xué)平衡：特征：（1）系統(tǒng)的組成不再隨時間而變。（2）化學(xué)平衡是動態(tài)平衡。（3）平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無關(guān)。 在一定條件下，可逆反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)：r正=r逆0實驗編號起始濃度/(mol/L)平衡濃度/(mol/L)COH2OCO2H2CO2H2COH2OCO2H2COH2O12340.0100.0100.01000.0100.0200.0

3、100000.0010.0020000.0200.00400.00220.00410.00820.00400.01220.00410.00820.00600.00780.00690.01180.00600.00780.00590.01182.32.42.42.4CO2H2COH2O 無論反應(yīng)是從反應(yīng)物開始，還是從產(chǎn)物開始，最后達(dá)到化學(xué)平衡。 起始濃度不同會導(dǎo)致平衡時各物質(zhì)的濃度不同，但平衡濃度按特定組合的 值卻都是2.4。是一個常量，該常量被稱為實驗平衡常數(shù)。 對于許多其他可逆反應(yīng)，由大量實驗結(jié)果也總結(jié)出相同的規(guī)律。(4)可見，化學(xué)平衡狀態(tài)最重要的特點是存在一個平衡常數(shù)，它是反映體系的特性，

4、是反應(yīng)限度的一種表示，其值大小與各物質(zhì)的起始濃度無關(guān)，僅是溫度的函數(shù)。3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式對于溶液中的反應(yīng)：對于氣相反應(yīng)：Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)對于一般的化學(xué)反應(yīng)： 是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關(guān)。* 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式必須與化學(xué)反應(yīng)計量式相對應(yīng)。 是量綱一的量。22HI(g) (g)I21(g)H21+( )1/22HI(g)(g)I(g)H22+=( )-1 /)I( /)H( /)HI(222pppppp=例如：C（石墨）+ O2 = CO2 K總（1）C（石墨）+ 1/2O2 = CO K1（2）CO + 1/2O2 =

5、CO 2 K2K 總 = K1 K2(1)+(2)得總反應(yīng)：C（石墨）+ O2 = CO2 3.1.3 多重平衡原理 如果某一（總）反應(yīng)是由幾個反應(yīng)相加（或 相減）所得，則這個（總）反應(yīng)的平衡數(shù)就等 于相加（或相減）的幾個反應(yīng)的平衡常數(shù)的乘 積（或商），這種關(guān)系稱為多重平衡規(guī)則；即:反應(yīng)M = 反應(yīng)A + 反應(yīng)B + 反應(yīng)C + K(M) =K(A) K(B) K(C)思考：這與蓋斯定律有何區(qū)別(P)？3.2.1 判斷反應(yīng)程度3.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用3.2.3 計算平衡組成3.2.2 預(yù)測反應(yīng)方向3.2.1 判斷反應(yīng)程度K 愈小，反應(yīng)進(jìn)行得愈不完全；K 愈大，反應(yīng)進(jìn)行得愈完全；K 不太大也不

6、太小(如 10-3 K 103), 反應(yīng)物部分地轉(zhuǎn)化為生成物。對于一般的化學(xué)反應(yīng)：3.2.2 預(yù)測反應(yīng)方向任意狀態(tài)下：aA (g)+ bB(aq)+cC(s) xX(g)+yY(aq)+zZ(l)def反應(yīng)商：反應(yīng)商判據(jù)：Q K 反應(yīng)逆向進(jìn)行。例題1：定溫定容下，GeO(g)與W2O6 (g) 反應(yīng)生成GeWO4 (g) ：3.2.3 計算平衡組成 若反應(yīng)開始時，GeO和W2O6 的分壓均為100.0kPa，平衡時 GeWO4 (g) 的分壓為98.0kPa。求平衡時GeO和W2O6的分壓以及反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4 (g) p(W2O6)=10

7、0.0 kPa - kPa=51.0 kPap(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g)平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0- 98.0開始pB/kPa 100.0 100.0 0變化pB/kPa -98.0 - 98.0平衡轉(zhuǎn)化率：解：pV = nRT 因為T 、V 不變，pnBp0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPap0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa反應(yīng)開始時c0(CO)=0.0350molL-1， c0(Cl2)

8、=0.0270molL-1， c0(COCl2)=0。計算373K反應(yīng)達(dá)到平衡時各物種的分壓和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。 例題2：已知反應(yīng)CO(g)+Cl2(g) COCl2(g)在定溫定容條件下進(jìn)行,373K時K =1.5108。開始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0開始pB/kPa 108.5 83.7 0轉(zhuǎn)化量 -(83.7-x) -(83.7-x) 83.7-x平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x解：設(shè)平衡時Cl2的分壓為x CO(g) + Cl2 (g) COCl2(g) 平衡時:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COC

9、l2)=83.7kPa假設(shè) 83.7-x 83.7， 24.8+x 24.8 。因為K 很大，x很小， 例題3：某容器中充有N2O4(g) 和NO2(g)混合物，n(N2O4):n (NO2)=10.0:1.0。在308K， 0.100MPa條件下，發(fā)生反應(yīng)： 計算平衡時各物質(zhì)的分壓； N2O4(g) 2NO2(g)； K (308K)=0.315解：反應(yīng)在定溫定壓條件下進(jìn)行。平衡時pB/kPa平衡時nB/mol 1.00-x 0.10+2x開始時nB/mol 1.00 0.100N2O4(g) 2NO2(g)以1molN2O4為計算基準(zhǔn)。 n總=1.10+x3.3.1 濃度對化學(xué)平衡的影響3

10、.3 化學(xué)平衡的移動3.3.3 溫度對化學(xué)平衡的影響3.3.2 壓力對化學(xué)平衡的影響 化學(xué)平衡的移動：當(dāng)外界條件改變時，化學(xué)反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)的過程。3.3.1 濃度對化學(xué)平衡的影響對于溶液中的化學(xué)反應(yīng)，平衡時，Q = K 當(dāng)c(反應(yīng)物)增大或c(生成物)減小時,當(dāng)c(反應(yīng)物)減小或c(生成物)增大時, Q K 平衡向逆向移動。(1)當(dāng)c(Ag+)=1.00 10-2molL-1, c(Fe2+)=0.100 molL-1, c(Fe3+)= 1.00 10-3molL-1時反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行?(2)平衡時, Ag+ ,Fe2+,Fe3+的濃度各為多少?例題：25oC時，反

11、應(yīng) Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s)的K =3.2。解：(1)計算反應(yīng)商，判斷反應(yīng)方向 QK , 反應(yīng)正向進(jìn)行。開始cB/(molL-1) 0.100 1.0010-2 1.0010-3 變化cB/(molL-1) -x -x x平衡cB/(molL-1) 0.100-x 1.0010-2-x 1.0010-3+x(2) Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s)c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.8410-2 molL-1c(Fe3+)= 2.6 10-3molL-13.2x21.352x2.210-3=0 x

12、=1.610-33.3.2 壓力對化學(xué)平衡的影響 如果保持溫度、體積不變，增大反應(yīng)物的分壓或減小生成物的分壓，使Q減小，導(dǎo)致Q K ，平衡向逆向移動。1.部分物種分壓的變化2.體積改變引起壓力的變化對于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng) aA (g) + bB(g) yY(g) + zZ(g)xQB(g)nS= 對于氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，B(g) 0，x B(g) 1，QK ，平衡向逆向移動，即向氣體分子數(shù)減小的方向移動。 對于氣體分子數(shù)減小的反應(yīng) ，B(g) 0， x B(g) 1， Q K ，平衡向正向移動，即向氣體分子數(shù)減小的方向移動。 對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)， B(g) =0， x B(g) =1， Q = K ，平衡不移動。 在惰性氣體存在下達(dá)到平衡后，再定溫壓縮, B(g) 0，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動, B(g) =0，平衡不移動。 對定溫定壓下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，總壓不變，體積增大，反應(yīng)物和生成物分壓減小，如果 B(g) 0，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動。 對定溫定容下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，反應(yīng)物和生成物pB不變，J= K ，平衡不移動。3.惰性氣體的影響3.3.3 溫度對化學(xué)平衡的影響 K (T)是溫度的函數(shù)。 溫度變化引起K (T)的變化，導(dǎo)致化學(xué)平衡的移動。對于放熱反應(yīng)， K ，平衡