2024年大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)之化學(xué)平衡

大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)之化學(xué)平衡12024/2/29目錄contents化學(xué)平衡概述沉淀溶解平衡酸堿平衡氧化還原平衡配位化合物與配位平衡影響化學(xué)平衡因素及移動(dòng)原理22024/2/2901化學(xué)平衡概述32024/2/29定義在一定條件下，可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再發(fā)生變化的狀態(tài)。特點(diǎn)動(dòng)態(tài)平衡，即平衡時(shí)正逆反應(yīng)仍在進(jìn)行，但速率相等；條件性，平衡狀態(tài)受溫度、壓力、濃度等條件影響；可逆性，平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物同時(shí)存在?；瘜W(xué)平衡定義與特點(diǎn)42024/2/29123通過(guò)化學(xué)平衡研究，可以了解反應(yīng)進(jìn)行的程度以及反應(yīng)物和生成物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。揭示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度和方向在化工生產(chǎn)中，需要控制反應(yīng)條件以實(shí)現(xiàn)所需的化學(xué)平衡，從而提高產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。指導(dǎo)化工生產(chǎn)化學(xué)平衡研究有助于深入了解物質(zhì)的性質(zhì)和行為，為材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域提供理論支持。深化對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡研究意義52024/2/2903堿的電離平衡常數(shù)（Kb）表達(dá)式為等于生成物濃度的冪之積除以反應(yīng)物濃度，例如Kb(NH3·H2O)=[NH4+][OH-]/[NH3·H2O]。01沉淀溶解平衡常數(shù)（Ksp）表達(dá)式為等于等于生成物濃度的冪之積，例如Ksp(AgCl)=[Ag+][Cl-]。02酸的電離平衡常數(shù)（Ka）表達(dá)式為等于生成物濃度的冪之積除以反應(yīng)物濃度，例如Ka(CH3COOH)=[H+][CH3COO-]/[CH3COOH]?；瘜W(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式62024/2/2902沉淀溶解平衡72024/2/29

沉淀溶解平衡原理沉淀溶解平衡的定義在一定條件下，難溶電解質(zhì)在溶液中的沉淀與溶解達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。平衡常數(shù)的表達(dá)式Ksp，稱(chēng)為溶度積常數(shù)，與沉淀的類(lèi)型和溫度有關(guān)。平衡的移動(dòng)受濃度、溫度等因素的影響，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。82024/2/29溶度積常數(shù)的應(yīng)用通過(guò)比較溶度積常數(shù)與溶液中離子濃度的乘積，可以判斷沉淀的生成和溶解情況。溶度積常數(shù)與溶解度的關(guān)系兩者在一定條件下可以相互換算，但需注意單位換算和溫度的影響。溶度積常數(shù)的意義反映了難溶電解質(zhì)在水中的溶解能力，是判斷沉淀生成和溶解的重要依據(jù)。溶度積常數(shù)及其應(yīng)用92024/2/29當(dāng)溶液中離子濃度的乘積大于溶度積常數(shù)時(shí)，會(huì)生成沉淀。沉淀生成的條件當(dāng)溶液中離子濃度的乘積小于溶度積常數(shù)時(shí)，沉淀會(huì)溶解。沉淀溶解的條件在含有難溶電解質(zhì)離子的溶液中，加入含有相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)，會(huì)使難溶電解質(zhì)的溶解度降低。同離子效應(yīng)對(duì)沉淀溶解平衡的影響溫度、pH值、配合物的形成等也會(huì)影響沉淀的生成和溶解。其他影響因素沉淀生成與溶解條件102024/2/2903酸堿平衡112024/2/29酸堿質(zhì)子理論酸堿反應(yīng)強(qiáng)酸與強(qiáng)堿弱酸與弱堿酸堿質(zhì)子理論及酸堿反應(yīng)凡是能給出質(zhì)子的分子或離子為酸，凡是能接受質(zhì)子的分子或離子為堿。在水中完全電離的酸和堿，如硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等。酸與堿之間的反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，可以生成水或其他較弱的酸或堿。在水中部分電離的酸和堿，如醋酸、氨水等。122024/2/29表示酸堿反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和生成物濃度之間的關(guān)系，通常用Ka、Kb、Kh等表示。酸堿平衡常數(shù)通過(guò)測(cè)定反應(yīng)物和生成物的濃度，可以計(jì)算出平衡常數(shù)，進(jìn)而判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度和方向。平衡常數(shù)的計(jì)算在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以通過(guò)控制反應(yīng)條件，使平衡向所需的方向移動(dòng)，從而得到所需的產(chǎn)物。平衡常數(shù)的應(yīng)用酸堿平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用132024/2/29能在酸堿溶液中顯示不同顏色的物質(zhì)，如酚酞、甲基橙等，用于指示酸堿滴定反應(yīng)的終點(diǎn)。酸堿指示劑酸堿滴定滴定曲線的繪制通過(guò)向待測(cè)溶液中加入已知濃度的酸或堿溶液，使反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)，從而測(cè)定待測(cè)溶液的濃度。記錄滴定過(guò)程中溶液pH值的變化，可以繪制出滴定曲線，進(jìn)而確定滴定終點(diǎn)和計(jì)算待測(cè)溶液的濃度。030201酸堿指示劑與酸堿滴定142024/2/2904氧化還原平衡152024/2/29氧化數(shù)表示原子在化合物中的氧化態(tài)，反映了原子得失電子的情況。氧化劑與還原劑在氧化還原反應(yīng)中，得電子的物質(zhì)被稱(chēng)為氧化劑，失電子的物質(zhì)被稱(chēng)為還原劑。氧化還原反應(yīng)指有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，包括還原過(guò)程和氧化過(guò)程兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的半反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)基本概念162024/2/29氧化數(shù)法01通過(guò)比較反應(yīng)前后各元素氧化數(shù)的變化，確定電子轉(zhuǎn)移數(shù)目，從而配平反應(yīng)方程式。離子-電子法02將氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)，分別配平氧化劑和還原劑的離子-電子方程式，再將兩個(gè)半反應(yīng)組合成完整的反應(yīng)方程式。逐步配平法03從反應(yīng)物或生成物中氧化數(shù)變化最大的元素入手，逐步配平其他元素的原子數(shù)目和電子轉(zhuǎn)移數(shù)目。氧化還原反應(yīng)方程式配平172024/2/29原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，由兩個(gè)電極和電解質(zhì)溶液組成。在原電池中，自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流。電解池與原電池相反，電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。在電解池中，外加電源驅(qū)動(dòng)非自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。應(yīng)用原電池和電解池在化學(xué)電源、金屬腐蝕與防護(hù)、電解精煉和電鍍等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。例如，干電池、蓄電池等化學(xué)電源利用原電池原理工作；而電解精煉則利用電解池原理提純金屬。原電池與電解池原理及應(yīng)用182024/2/2905配位化合物與配位平衡192024/2/29由中心原子（或離子）和配體組成。中心原子通常是金屬元素，配體則可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)分子或離子。組成配位化合物的命名遵循一定的規(guī)則，包括確定中心原子和配體的名稱(chēng)、配位數(shù)和配體的排列方式等。命名規(guī)則配位化合物組成及命名規(guī)則202024/2/29表達(dá)配位反應(yīng)平衡狀態(tài)的物理量，與沉淀溶解平衡常數(shù)（Ksp）：表達(dá)式相似，沉淀溶解平衡常數(shù)的表達(dá)式中各離子濃度項(xiàng)的次方數(shù)即為該離子的系數(shù)；而配位平衡常數(shù)的表達(dá)式中各離子濃度項(xiàng)的次方數(shù)則為該離子配體數(shù)的負(fù)數(shù)。配位平衡常數(shù)可用于預(yù)測(cè)和解釋配位反應(yīng)的結(jié)果，以及指導(dǎo)合成具有特定性質(zhì)的配位化合物。應(yīng)用配位平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用212024/2/29許多工業(yè)催化劑都是配位化合物，如合成氨工業(yè)中使用的鐵觸媒等。催化劑分析化學(xué)生物化學(xué)材料科學(xué)配位反應(yīng)在分析化學(xué)中有廣泛應(yīng)用，如EDTA滴定法測(cè)定水的硬度等。生物體內(nèi)的許多重要物質(zhì)都是配位化合物，如血紅蛋白中的鐵與卟啉的配位化合物等。配位化合物在材料科學(xué)中也有重要應(yīng)用，如用于制備熒光材料、磁性材料等。配位反應(yīng)在生活生產(chǎn)中應(yīng)用222024/2/2906影響化學(xué)平衡因素及移動(dòng)原理232024/2/29當(dāng)溶液中存在難溶電解質(zhì)時(shí)，其離子濃度的乘積會(huì)達(dá)到一個(gè)定值，稱(chēng)為溶度積常數(shù)。當(dāng)離子濃度改變時(shí)，沉淀溶解平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。沉淀溶解平衡弱電解質(zhì)在水中部分電離，形成弱電解質(zhì)分子和離子的平衡。當(dāng)離子濃度改變時(shí)，弱電解質(zhì)的電離平衡也會(huì)發(fā)生移動(dòng)。弱電解質(zhì)電離平衡配位化合物在水中部分離解，形成配離子和中心離子的平衡。當(dāng)配體或中心離子的濃度改變時(shí)，配位平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。配位平衡濃度對(duì)化學(xué)平衡影響242024/2/29對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，壓力的改變會(huì)影響化學(xué)平衡。增大壓力，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；減小壓力，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)。對(duì)于沒(méi)有氣體參與的反應(yīng)，壓力的改變對(duì)化學(xué)平衡的影響可以忽略不計(jì)。壓力對(duì)化學(xué)平衡影響固體、液體反應(yīng)平衡氣體反應(yīng)平衡252024/2/29焓變與熵變化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變與溫度有關(guān)。升高溫度，焓變?cè)龃?，熵變也增大。因此，升高溫度有利?/p>