課件-夏令營-第13講化學平衡

2023/3/9一、化學反應計量方程式和反應進度

二、化學平衡的熱力學特征和動力學特征三、志向氣體反應的等溫方程式和反應的平衡常數(shù)四、影響化學平衡的因素五、幾種典型化學平衡的計算實例

主要內(nèi)容2023/3/9（1）化學熱力學：推斷變更的可能性一．化學反應計量方程式和反應進度

1．物理化學的兩個主要探討領域解決的問題反應自發(fā)進行探討化學變更的方向能達到的最大限度外界條件對平衡的影響t02023/3/9探討化學反應的速率溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對反應速率的影響反應的機理（2）化學動力學：將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實性t02023/3/9用以描述體系狀態(tài)的物理量稱為“狀態(tài)函數(shù)”狀態(tài)函數(shù)是體系的單值函數(shù)其數(shù)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，而與體系的歷史無關。狀態(tài)函數(shù)的變更僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變更的途徑無關。某一狀態(tài)函數(shù)的變更等于該狀態(tài)函數(shù)的終態(tài)值減去該狀態(tài)函數(shù)的始態(tài)值。2．狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的變更2023/3/9異途同歸，值變相等；周而復始，數(shù)值還原。狀態(tài)函數(shù)的特性：X1X2X=X2-X12023/3/9h2h1h=h2-h1h狀態(tài)函數(shù)的特性：2023/3/9A(F)：亥姆霍茲自由能A=U-TSH：焓

H=U+pVU：熱力學能

(內(nèi)能)U=Q+W幾個常用熱力學狀態(tài)函數(shù)：S：熵G：吉布斯自由能G=H-TS2023/3/9化學反應計量方程式是用以表示一個反應系統(tǒng)的變更關系的定量方程式。一個反應系統(tǒng)的化學反應計量方程式有多數(shù)個。任何一個寫出的化學反應計量方程式都稱為1mol反應。3．化學反應計量方程式2023/3/94．化學反應計量方程式的通式表示2023/3/9nB有量綱，為:mol物質(zhì)B/mol反應B為反應物，nB取負值，B為生成物，nB取正值。nB為任一組分B的化學計量系數(shù)4．化學反應計量方程式的通式表示2023/3/95．反應進度反應進度的定義：

20世紀初比利時的deDonder引進反應進度x

2023/3/9引入反應進度的優(yōu)點：在反應進行到隨意時刻，可以用任一反應物或生成物來表示反應進行的程度，所得的值都是相同的。留意:反應進度必需與化學反應計量方程式相對應。例如:當都等于1mol時，兩個方程所發(fā)生反應的物質(zhì)的量明顯不同。5．反應進度2023/3/9二．化學平衡的熱力學和動力學特征1、化學反應達到平衡時，各物種的濃度維持不變t無凈變更cR反應物cP生成物teq2023/3/9

2、動力學特征達到平衡時，正反應速率和逆反應速率是相等的。tr

正r

逆rteq二．化學平衡的熱力學和動力學特征2023/3/9反應自發(fā)地向右進行反應自發(fā)地向左進行，不可能自發(fā)向右進行反應達到平衡，此時正逆方向上反應的速率相等。前提條件是：等溫、等壓、不做非體積功3、?G判據(jù)二．化學平衡的熱力學和動力學特征2023/3/9三．志向氣體反應等溫方程式和反應的平衡常數(shù)1．化學反應等溫方程式2023/3/9化學反應標準摩爾吉布斯自由能(改)變只是溫度的函數(shù)標準態(tài)，表示物種B處于下1×105Pa101325Pa標準態(tài)沒有規(guī)定溫度的大小一個溫度對應于一個標準態(tài)√2023/3/9反應物和生成物都處于標準態(tài)反應進度為1mol吉布斯自由能反應（reaction）反應溫度化學反應標準摩爾吉布斯自由能變(298.15K)

變化2023/3/91．化學反應等溫方程式2023/3/92023/3/92.志向氣體反應等溫方程式對志向氣體反應2023/3/9為壓力商它為無量綱的純數(shù)2023/3/92023/3/92023/3/9為反應的標準壓力平衡常數(shù)，又稱標準平衡常數(shù)。1、僅與溫度有關，與壓力無關。2、無量綱的純數(shù)。①★

2023/3/9>,則<0,反應可正向自發(fā)進行;=,則=0,反應處于平衡狀態(tài);若：<

,則>0,反應可逆向自發(fā)進行.2023/3/9在標準壓力下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時吉布斯自由能的變更值，稱為該化合物的標準摩爾生成吉布斯自由能。為標準摩爾生成吉布斯自由能②2023/3/9=反應物的鍵焓總和—生成物的鍵焓總和（物質(zhì)B的標準摩爾燃燒焓）（物質(zhì)B的標準摩爾生成焓）③2023/3/9F=96500C·mol-1z的量綱：mol電子/mol反應④例12023/3/93．各種平衡常數(shù)及其相互之間的關系對志向氣體反應壓力平衡常數(shù)

和它僅與溫度有關，且為無量綱的純數(shù)。2023/3/92023/3/9可見，當時，是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關。2023/3/9(2)物質(zhì)的量濃度平衡常數(shù)和2023/3/9可見，僅與溫度有關，且為無量綱的純數(shù)。2023/3/9是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關?？梢姡敃r，2023/3/9(3)物質(zhì)的量分數(shù)平衡常數(shù)可見，是一個無量綱的物理量，且與溫度、壓力有關。2023/3/9(4)物質(zhì)的量平衡常數(shù)是一個有量綱的物理量，且與溫度、壓力和總物質(zhì)的量有關。可見，當時，2023/3/9四．影響化學平衡的因素勒沙特列原理假如變更影響化學平衡的一個條件(如濃度、溫度、壓力等)，平衡就向能夠減弱這種變更的方向移動。2023/3/91．溫度的影響定積分式：不定積分式：為常數(shù)時，有：習題42023/3/91．溫度的影響2023/3/92023/3/9平衡右移平衡向放熱方向移動2023/3/92．壓力的影響（p為反應體系的總壓）平衡左移反應后氣體分子數(shù)的增大平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動2023/3/93．惰性氣體的影響p為反應體系的總壓，n總為反應體系的總的物質(zhì)的量(1)總壓力不變下，加入惰性氣體

(2)總體積不變下，加入惰性氣體

2023/3/9(1)總壓力不變下，加入惰性氣體

等同于降壓效應平衡左移（反應后氣體的體積減小）平衡向體積增大的方向移動p不變，n總2023/3/9平衡不移動(2)總體積不變下，加入惰性氣體

2023/3/9復相化學反應例如，有下述反應，并設氣體為志向氣體：有氣相和凝合相（液相、固體）共同參與的反應稱為復相化學反應。只考慮凝合相是純態(tài)的狀況，純態(tài)的化學勢就是它的標準態(tài)化學勢。復相反應的熱力學平衡常數(shù)只與氣態(tài)物質(zhì)的壓力有關。2023/3/9五．幾種典型化學平衡的計算實例【例題1】在298K下，下面反應的依次為：C8H18(g)+25/2O2(g)→8CO2(g)+9H2O(l)

=-5512.4kJ·mol-1C(石墨)+O2(g)→CO2(g)=-393.5kJ·mol-1H2(g)

+1/2O2(g)→H2O(l)

=-285.8kJ·mol-1正辛烷、氫氣和石墨的標準摩爾熵分別為：463.7、130.6、5.694J·K-1·mol-1。1．志向氣體反應的平衡轉化率等2023/3/9設正辛烷和氫氣為志向氣體，問：（1）298K下，由單質(zhì)生成1摩爾正辛烷的反應的平衡常數(shù)是多少？給出計算過程。返回2023/3/9（2）增加壓力對提高正辛烷的產(chǎn)率是否有利？為什么？（3）上升溫度對提高產(chǎn)率是否有利？為什么？（4）若在298K及101.325kPa下進行，平衡氣相混合物中正辛烷的摩爾分數(shù)能否降到0.1?（5）若希望正辛烷在平衡氣相混合物中的摩爾分數(shù)達到0.5，則在298K時，須要多大的壓力才行?給出計算過程。2023/3/9【例題2】在298K下，Mg(OH)2(s)在水中也發(fā)生電離：Mg(OH)2(s)====Mg2+(aq)+2OH－(aq)其平衡常數(shù)=1.2×10－11，試計算：（1）Mg(OH)2(s)飽和溶液中Mg2+的濃度，該溶液能否使酚酞溶液變紅？（2）已知=1.0×10－33，那么Al(OH)3(s)飽和溶液中Al3+的濃度是多少？2．酸堿反應的酸堿平衡常數(shù)與酸堿強度的定性關系2023/3/9【例題3】難溶化合物的飽和溶液存在溶解平衡。在確定溫度下，難溶化合物的飽和溶液的離子濃度的乘積為一常數(shù)，這個常數(shù)用Ksp表示。已知：＝1.8×10-10，＝1.9×10-12?，F(xiàn)有0.001mol·L－1AgNO3溶液滴定0.001mol·L－1KCl和0.001mol·L－1K2CrO4的混合溶液，試通過計算回答：(1)Cl－和CrO42-中哪種離子先沉淀？(2)當CrO42－以Ag2CrO4形式沉淀時，溶液中Cl－的濃度是多少？Cl-和CrO42-能否達到有效分別？（設當一種離子起先沉淀，另一種離子濃度<10－5mol·L－1時，則認為能有效分別）3．難溶鹽的溶度積2023/3/9習題1．當以5molH2與4molCl2混合，最終生成2molHCl,若以下式為化學計量方程式：H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)，則反應進度為?！敬鸢福?mol】2．能否說：“對于志向氣體反應體系，加入惰性氣體與降低總壓對平衡轉化率的影響總是相像的”？【答案：不能。只有在總壓不變的狀況下，加入惰性氣體等同于降低總壓。而在總體積不變的狀況下，加入惰性氣體對平衡無影響。】2023/3/93．PCl5的分解作用為：PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g)，在523.2K、101325Pa下反應到達平衡后，測得平衡混合物的密度為2.695kg·m－3，試計算該反應在523.2K下的標準平衡常數(shù)。【答案：1.778】2023/3/94．在1000K時，