第八章化學(xué)平衡(chemicalequilibrium)

第八章化學(xué)平衡(chemicalequilibrium)本章要求了解化學(xué)平衡的概念，理解平衡常數(shù)的意義。掌握有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算。熟悉有關(guān)化學(xué)平衡移動(dòng)原理?！?-1化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡一、可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡可逆反應(yīng)：在同樣的條件下，既可向正向進(jìn)行又可向逆向進(jìn)行的反應(yīng)。幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是可逆的。但可逆程度不同（可逆反應(yīng)、不可逆反應(yīng)）?；瘜W(xué)平衡：在一定條件下，可逆反應(yīng)處于v(正)=v(逆)的狀態(tài)。化學(xué)平衡的特征：（1）系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變。平衡態(tài)是反應(yīng)達(dá)到的最大程度。（2）動(dòng)態(tài)平衡。V正=V逆≠0（3）平衡是相對(duì)的。0.020.01例:H2+I2===2HI§8-2平衡常數(shù)可逆反應(yīng)：aA+bB=cC+dD一定溫度下達(dá)平衡時(shí)，以下表達(dá)式為一常數(shù)，一、經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)(experimentequilibriumconstant)Kc、Kp稱（濃度或壓力）經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)，單位：[mol·L-1](d+e-a-b)或[Pa](d+e-a-b)若均為氣體時(shí)，除可用Kc表示外，還可表示為Kp。[Pa]等為平衡分壓[A]等為平衡時(shí)的濃度三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(Kθ)(standardequilibriumconstant)相對(duì)濃度：濃度除以標(biāo)準(zhǔn)濃度（C°=1mlo/L）

C/C°

無(wú)量綱相對(duì)分壓：分壓除以標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)（P°=100KPa）

P/P°無(wú)量綱標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(Kθ)表達(dá)式的書寫：1、用相對(duì)濃度、相對(duì)分壓替換經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)表達(dá)式中的濃度。2、氣體物質(zhì)一律用相對(duì)分壓，而不能用相對(duì)濃度。注意：書寫表達(dá)式時(shí)，純固體、純液體、稀溶液中的溶劑不寫進(jìn)表達(dá)式中。實(shí)例：

H2(g)+I2(g)2HI(g)注意：書寫表達(dá)式時(shí)，純固體、純液體、稀溶液中的溶劑不寫進(jìn)表達(dá)式中。Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)CaCO3(s)+2H+(aq)Ca2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)平衡常數(shù)意義：一定溫度下，該反應(yīng)進(jìn)行的最大程度。即平衡點(diǎn)反映了在給定溫度下，反應(yīng)的限度。平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無(wú)關(guān)。的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為一無(wú)量綱的常數(shù)。而經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)一般都有單位.在液相反應(yīng)的Kc與Kθ在數(shù)值上相等，而在氣相反應(yīng)的Kp一般不與其Kθ的數(shù)值相等。平衡轉(zhuǎn)化率=————————————×100%平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量四、平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的方向反應(yīng)商Q：將化學(xué)反應(yīng)任意時(shí)刻（含平衡時(shí)刻）的濃度或分壓帶到平衡常數(shù)（K°KcKp）表達(dá)式中所得的值。Q<Kθ(或Kc或Kp)，正向進(jìn)行Q>Kθ(或Kc或Kp)

，逆向進(jìn)行Q=Kθ(或Kc或Kp)

，平衡狀態(tài)V(正)=V(逆)V(正)＞V(逆)V(正)＜V(逆)實(shí)例：

H2(g)+I2(g)2HI(g)§8-3標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與的關(guān)系熱力學(xué)可以證明，得一、化學(xué)反應(yīng)等溫方程：

當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時(shí)，ΔrGm=0,同時(shí)Q=KΘ，此時(shí)Q<Kθ時(shí)ΔrGm<0

正反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行Q=Kθ時(shí)ΔrGm=0

反應(yīng)達(dá)到平衡Q>Kθ時(shí)ΔrGm>0

逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)等溫方程提供了用熱力學(xué)數(shù)據(jù)求標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K°的方法。初時(shí)濃度:0.0200.02000平衡濃度:0.020-x0.20-xxxK=————=9x2(0.020-x)2解得:x=0.015(mol·L-1)轉(zhuǎn)化率=——×100=75%0.0150.020解：設(shè)平衡時(shí)CO2和H2的濃度為xmol·LCO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)例：一氧化碳變換反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在773K時(shí),平衡常數(shù)Kc=9，如反應(yīng)開始時(shí)CO和H2O的濃度都是0.020mol·L，計(jì)算在這條件下，CO的轉(zhuǎn)化率最大是多少？平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算：【例】500K時(shí)，將2.0mol的PCl5放入10L的容器中，下列反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，有1.5mol的Cl2生成；計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K°和最大轉(zhuǎn)化率。解：PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)起始（mol）2.000平衡（mol）(2.0-1.5)1.51.5最大轉(zhuǎn)化率=1.5/2.0=75%【例】500K時(shí)，將2.0mol的PCl5放入10L的容器中，下列反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，有1.5mol的Cl2生成；計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K°和最大轉(zhuǎn)化率。解：PCl5(g)==PCl3(g)+Cl2(g)平衡（mol）(2.0-1.5)1.51.5平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓為:P(PCl5)=(nRT)/V=(0.5×8.315×500)/(10×10-3)=207.9×103(Pa)=207.9(KPa)P(PCl3)=P(Cl2)=(1.5×8.315×500)/(10×10-3)=623.6×103(Pa)=623.6(KPa)例:

已知CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在298K時(shí)△H=178kJ·mol

–1,△S=161J/mol·K，

計(jì)算在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。解：298K時(shí)，根據(jù)△G=△H-T△S△G=178-298×161×10-3=130(kJ/mol)又根據(jù)

△G=-RTlnKlnKP=130×1000/-8.314×298=-52.47KP=1.65×10-23§8-4化學(xué)平衡的移動(dòng)(shiftofchemicalequilibrium)定義：平衡態(tài)的化學(xué)反應(yīng)（V正=V逆），改變條件（V正≠V逆），反應(yīng)向正向（或逆向）移動(dòng)，至到建立新平衡（V正=V逆）的過程。勒夏特列（LeChatelier）原理如果改變平衡系統(tǒng)的條件之一（濃度、壓力和溫度），平衡就向能減弱這種改變的方向移動(dòng)。結(jié)論：（以3H2(g)+N2(g)===2NH3(g)說明）1、若增大反應(yīng)物的濃度或減少產(chǎn)物的濃度，反應(yīng)正向進(jìn)行。反之反應(yīng)逆向進(jìn)行。2、有氣體參加的反應(yīng)，增大體系的總壓力（改變體積），平衡向氣體分子數(shù)減