第8章4 化學(xué)平衡的移動(dòng)1

第四節(jié)化學(xué)平衡的移動(dòng)無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第八章化學(xué)平衡第四節(jié)化學(xué)平衡的移動(dòng)2/1/2023化學(xué)平衡的移動(dòng)因?yàn)橥饨鐥l件改變,舊的平衡被破壞,引起混合物中各物質(zhì)百分含量隨之改變,從而達(dá)到新平衡狀態(tài)的過程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng).可逆反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)

ΔrGm＝0、Q=K因此一切能導(dǎo)致ΔrGm

或Q值發(fā)生變化的外界條件(濃度、壓力、溫度)都會(huì)使平衡發(fā)生移動(dòng)。2/1/20232-4-1濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-1濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響可逆反應(yīng)：aA+bB

yY+zZ根據(jù)rGm=rGm+RT

ln

QrGm=-RTlnK得化學(xué)反應(yīng)等溫方程式

QΔrGm＝RTln

K2/1/20232-4-2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響

Q<K

,rGm<0Q=K

,rGm=0Q>K

,rGm>08-4-1濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響化學(xué)反應(yīng)等溫方程式

QΔrGm＝RTln

K增加反應(yīng)物濃度或減小產(chǎn)物濃度減小反應(yīng)物濃度或增加產(chǎn)物濃度平衡移動(dòng)方向的判斷平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)平衡狀態(tài)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)均向減小相應(yīng)變化的方向移動(dòng)2/1/2023例含0.100mol·L-1Ag+、0.100mol·L-1Fe2+、0.010mol·L-1Fe3+溶液中發(fā)生反應(yīng)：

Fe2++Ag+Fe3++Ag，K=2.98。判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；Q

<

K反應(yīng)向右進(jìn)行

[c(Fe3+)/c][c(Fe2+)/c][c(Ag+)/c

]解：(1)Q===1.000.0100.100×0.1002/1/2023例

含0.100mol·L-1Ag+、0.100mol·L-1Fe2+、0.010mol·L-1Fe3+溶液中發(fā)生反應(yīng)：

Fe2++Ag+Fe3++Ag，K=2.98。(2)計(jì)算平衡時(shí)Ag+、Fe2+、Fe3+的濃度；解：Fe2++Ag+Fe3++Ag開始濃度/(mol·L-1)0.1000.1000.010濃度變化/(mol·L-1)

-x-x+x平衡濃度/(mol·L-1)0.100-x0.100-x0.010+x

K===2.980.010+x(0.100-x)2

[c(Fe3+)/c][c(Fe2+)/c][c(Ag+)/c

]x=0.013c(Fe3+)=(0.010+0.013)mol·L-1=0.023mol·L-1

c(Fe2+)=c(Ag+)=(0.100-0.013)mol·L-1=0.087mol·L-1

2/1/2023例含0.100mol·L-1Ag+、0.100mol·L-1Fe2+、0.010mol·L-1Fe3+溶液中發(fā)生反應(yīng)：

Fe2++Ag+Fe3++Ag，K=2.98。(3)Ag+的轉(zhuǎn)化率；解：α(Ag+)==×100%=13%

x0.0130.1000.1002/1/2023例

含0.100mol·L-1Ag+、0.100mol·L-1Fe2+、0.010mol·L-1Fe3+溶液中發(fā)生反應(yīng)：

Fe2++Ag+Fe3++Ag，K=2.98。(4)計(jì)算c(Ag+)、c(Fe3+)不變，c(Fe2+)=0.300mol·L-1

時(shí)Ag+的轉(zhuǎn)化率。解：Fe2++Ag+Fe3++Ag新平衡濃度/(mol·L-1)0.300-0.100-0.010+0.1000.100

0.100α′ααααK==2.98

0.010+0.100(0.100-0.100)(0.300-0.100)α=38.1%增大反應(yīng)物濃度，平衡向正方向移動(dòng)。′′′′′′α2/1/20232-4-2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響

8-4-2壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響可逆反應(yīng)：aA(g)+bB(g)

yY(g)+z

Z(g)前提：必須有氣態(tài)物質(zhì)參加反應(yīng)或生成。等溫下，P總增加x倍，2/1/20232-4-2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響

8-4-2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響△n＝[(y+z)-(a+b)]≠0n>0,氣體分子總數(shù)增加的反應(yīng)n<0,氣體分子總數(shù)減少的反應(yīng)壓縮體積增加總壓J>K,平衡逆向移動(dòng)J<K

,平衡正向移動(dòng)均向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)增大體積降低總壓J<K

,平衡正向移動(dòng)J>K

,平衡逆向移動(dòng)均向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)2/1/2023

△n＝[(y+z)-(a+b)]=0可逆反應(yīng)：aA+bB

yY+zZ體系總壓力的改變，同等倍數(shù)地降低或增加了反應(yīng)物和生成物的分壓，J

值不變(仍等于K)，故對(duì)平衡不發(fā)生移動(dòng)。=K2/1/2023

例一密閉容器中含1.0molN2O4，反應(yīng)：N2O4(g)→2NO2(g)在25℃、100kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α=50%,計(jì)算:(1)反應(yīng)的K；解：N2O4(g)→2NO2(g)始態(tài)物質(zhì)的量/mol1.00變化物質(zhì)的量/mol－1.0α

+2(1.0α)

平衡物質(zhì)的量/mol1.0-1.0α2.0α平衡分壓

2.0α1.0(1+α)p(NO2)=p總p(N2O4)=p總

=p總

1.0(1-α)1.0(1-α)1.0-1.0α+2.0α1.0(1+α)2/1/2023

例一密閉容器中含1.0molN2O4，反應(yīng)：N2O4(g)→2NO2(g)在25℃、100kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α=50%,計(jì)算:(1)反應(yīng)的K；解：N2O4(g)→2NO2(g)平衡分壓

2.0α1.0(1+α)p總1.0(1-α)1.0(1+α)p總K==[p(NO2)/p]2[p(N2O4)/p]p總p1.0(1-α)1.0(1+α){[][]}p總p

2.0α1.0(1+α){[][]}2

4.0α21.0(1-α2)=[][]p總p4(0.50)21.0(1-0.52)=()×1.0=1.32/1/2023

例

4.0α210001.0(1-α2)100′1.3=[][]α=0.18=18%′′一密閉容器中含1.0molN2O4，反應(yīng)：N2O4(g)→2NO2(g)在25℃、100kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α=50%，計(jì)算：(2)25℃、1000kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α,N2O4和NO2的分壓。解：T不變，K

不變

4.0α21.0(1-α2)K=[][]p總p′′′2/1/2023

例

一密閉容器中含1.0molN2O4，反應(yīng)：N2O4(g)→2NO2(g)在25℃、100kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α=50%，計(jì)算：(2)25℃、1000kPa下達(dá)到平衡時(shí)N2O4的α,N2O4和NO2的分壓。解：α=0.18=18%′平衡分壓

2.0α1.0(1+α)p(NO2)=p總

=×1000kPa=694.9kPa2.0×0.181.0(1+0.18)′′p(N2O4)=p總=

×1000kPa

1.0(1-α)1.0(1-0.18)1.0(1+α)1.0(1+0.18)′′=305.1kPa總壓由100kPa增至1000kPa，N2O4的α由50%降至18%，說明平衡向左方向移動(dòng)，即向氣體分子數(shù)少的方向移動(dòng)?！洹?/1/2023反應(yīng)過程中與平衡后，在體系中加入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)平衡的影響如何？Key:

溫度不變，平衡常數(shù)不變。2-4-3

溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-3

溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響反應(yīng)：rGm=-RTlnK

;

rGm=rHm-T

rSmlnK

(T)=-rSm(T)rHm(T)

RRTlnK

(T)≈

-rSm(298.15K)rHm(298.15K)

RRTlnK1

(T1)≈

-rSm(298.15K)rHm(298.15K)

RRT1lnK2

(T2)≈

-rSm(298.15K)rHm(298.15K)

RRT2K2rHm(298.15K)T2-T1

K1RT1T2ln=()2/1/20232-4-3

溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-3

溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響K2rHm(298.15K)T2-T1

K1RT1T2ln=()溫度變化rHm

<0放熱反應(yīng)rHm

>0

吸熱反應(yīng)升高溫度K值變小,逆向移動(dòng)K值增大,正向移動(dòng)向吸熱方向移動(dòng)降低溫度K值增大,正向移動(dòng)K值變小,逆向移動(dòng)向放熱方向移動(dòng)2/1/2023例反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在298.15K時(shí),K=6.8×1024、rHm=-197.78kJ·mol-1,試計(jì)算723K時(shí)的K,并判斷平衡移動(dòng)方向。K2

rHm(298.15K)T2-T1

K1RT1T2ln=()解：

K(723K)

-197780723-298.156.8×1024

8.314

198.15×723

ln=()=-20.3K(723K)=2.95×104K(723K)=2.95×104<6.8×1024=K(298.15K)升高溫度平衡向左(吸熱)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。2/1/20232-4-４催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-4催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響

催化劑不影響化學(xué)平衡狀態(tài)對(duì)可逆反應(yīng)來說，由于反應(yīng)前后催化劑的化學(xué)組成、質(zhì)量不變，因此無論是否使用催化劑，反應(yīng)的始終態(tài)都是一樣的，即反應(yīng)rGm的不變，K也不變,則催化劑不會(huì)影響化學(xué)平衡狀態(tài)。催化劑能改變反應(yīng)速率，可縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，有利于生產(chǎn)效率的提高。2/1/2023呂·查德里原理當(dāng)體系達(dá)到平衡后,若改變平衡狀態(tài)的任一條件(如濃度,壓力,溫度),平衡就向著能減弱其改變的方向移動(dòng)。平衡移動(dòng)的規(guī)律增加反應(yīng)物的濃度或減少產(chǎn)物的濃度，平衡向正反應(yīng)的方向移動(dòng)；增加生成物的濃度或減少反應(yīng)物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；2/1/2023呂·查德里原理當(dāng)體系達(dá)到平衡后,若改變平衡狀態(tài)的任一條件(如濃度,壓力,溫度),平衡就向著能減弱其改變的方向移動(dòng)。平衡移動(dòng)的規(guī)律增加(或減少)體系總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少(或增大)的方向移動(dòng)；濃度或壓力變化，是改變了體系的組成，使J≠K，從而引起平衡的移動(dòng)。2/1/2023呂·查德里原理當(dāng)體系達(dá)到平衡后,若改變平衡狀態(tài)的任一條件(如濃度,壓力,溫度),平衡就向著能減弱其改變的方向移動(dòng)。平衡移動(dòng)的規(guī)律升高(或降低)體系反應(yīng)溫度，平衡將向吸熱(或放熱)方向移動(dòng)；溫度變化是引起了K的改變，從而使平衡發(fā)生移動(dòng)。2/1/2023呂·查德里原理當(dāng)體系達(dá)到平衡后,若改變平衡狀態(tài)的任一條件(如濃度,壓力,溫度),平衡就向著能減弱其改變的方向移動(dòng)。平衡移動(dòng)的規(guī)律催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)無影響，它只能縮短或改變達(dá)到化學(xué)平衡的時(shí)間。2/1/2023呂·查德里原理當(dāng)體系達(dá)到平衡后,若改變平衡狀態(tài)的任一條件(如濃度,壓力,溫度),平衡就向著能減弱其改變的方向移動(dòng)。此原理既適用于化學(xué)平衡體系，也適用于物理平衡體系。平衡移動(dòng)的規(guī)律注意：平衡移動(dòng)原理只適用于已達(dá)平衡的體系，而不適用于非平衡體系。2/1/20232-4-４催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-5選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則化學(xué)平衡研究了反應(yīng)限度的問題。實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)兼顧反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)問題。反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物（價(jià)廉易得）的濃度，可提高轉(zhuǎn)化速率及另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。但應(yīng)注意設(shè)備的利用率及原料氣的安全問題等。2/1/20232-4-４催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-5選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則反應(yīng)壓強(qiáng)對(duì)于△n<0的反應(yīng)，如合成氨，從反應(yīng)速率及平衡角度考慮，加壓均有利于氨的生成；在1000×105Pa下，無催化劑即可反應(yīng)。但此時(shí)反應(yīng)器材質(zhì)很難合乎要求，且操作危險(xiǎn)性很大。故一般采用600×105~700×

105Pa。2/1/20232-4-４催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-5選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則反應(yīng)溫度對(duì)于放熱反應(yīng)，如合成氨反應(yīng)，從平衡角度考慮，低溫有利于氨的生成；但從反應(yīng)速率角度看，溫度低，反應(yīng)速率小，達(dá)到平衡的時(shí)間長(zhǎng)。解決該矛盾的一般方法是使用適當(dāng)活性的催化劑。但應(yīng)注意“活化溫度”，防催化劑中毒。對(duì)吸熱反應(yīng)，避免反應(yīng)物質(zhì)的過熱分解。2/1/20232-4-４催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響8-4-5選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則濃度壓強(qiáng)溫度催化劑選擇合適的催化劑，提高反應(yīng)的選擇性，即保證主反應(yīng)的進(jìn)行，遏制副反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)考慮其他因素。2/1/2023第四節(jié)結(jié)束第四節(jié)

結(jié)束第八章化學(xué)平衡無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第六～八章

基本要求1.能用活化分子和活化能的概念說明濃度(壓力)、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。2.掌握化學(xué)平衡的特征、移動(dòng)規(guī)律及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算。3.會(huì)判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度及有關(guān)計(jì)算。2/1/2023

例

325K時(shí)，設(shè)反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)平衡總壓為1.00105Pa，N2O4的分解率為5