-夏令營-第13講化學(xué)平衡ppt課件

1、第十三講第十三講一、化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式和反應(yīng)進(jìn)度一、化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式和反應(yīng)進(jìn)度 二、化學(xué)平衡的熱力學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征二、化學(xué)平衡的熱力學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征三、理想氣體反應(yīng)的等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)三、理想氣體反應(yīng)的等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)四、影響化學(xué)平衡的因素四、影響化學(xué)平衡的因素五、幾種典型化學(xué)平衡的計(jì)算實(shí)例五、幾種典型化學(xué)平衡的計(jì)算實(shí)例 主要內(nèi)容主要內(nèi)容（1化學(xué)熱力學(xué)：判斷變化的可能性一化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式和反應(yīng)進(jìn)度一化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式和反應(yīng)進(jìn)度 1 1物理化學(xué)的兩個(gè)主要研究領(lǐng)域解決的問題物理化學(xué)的兩個(gè)主要研究領(lǐng)域解決的問題)(OH2)(O)(2H222lggrm,()0T pG反應(yīng)自發(fā)

2、進(jìn)行研究化學(xué)變化的方向研究化學(xué)變化的方向能達(dá)到的最大限度能達(dá)到的最大限度外界條件對(duì)平衡的影響外界條件對(duì)平衡的影響t0 研究化學(xué)反應(yīng)的速率研究化學(xué)反應(yīng)的速率溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響因素對(duì)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)的機(jī)理反應(yīng)的機(jī)理（2化學(xué)動(dòng)力學(xué)：將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性)(OH2)(O)(2H222lggt0 用以描述體系狀態(tài)的物理量稱為用以描述體系狀態(tài)的物理量稱為“狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)” ” 狀態(tài)函數(shù)是體系的單值函數(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(guān)。的歷史無關(guān)。 狀

3、態(tài)函數(shù)的改變狀態(tài)函數(shù)的改變 僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)。某一狀態(tài)函數(shù)的改變等于該狀態(tài)函數(shù)的徑無關(guān)。某一狀態(tài)函數(shù)的改變等于該狀態(tài)函數(shù)的終態(tài)值減去該狀態(tài)函數(shù)的始態(tài)值。終態(tài)值減去該狀態(tài)函數(shù)的始態(tài)值。 2 2狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的改變狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的改變異途同歸，值變相等；異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，數(shù)值還原。周而復(fù)始，數(shù)值還原。狀態(tài)函數(shù)的特性：狀態(tài)函數(shù)的特性：X1X2 X = X2 - X1h2h1 h = h2 - h1h狀態(tài)函數(shù)的特性：狀態(tài)函數(shù)的特性：A(F)：亥姆霍茲自由能：亥姆霍茲自由能 A = U - TSH：焓：焓 H = U

4、+ pVU：熱力學(xué)能：熱力學(xué)能 (內(nèi)能內(nèi)能) U = Q + W幾個(gè)常用熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)：幾個(gè)常用熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)：S：熵：熵G：吉布斯自由能：吉布斯自由能 G = H - TS環(huán)環(huán)TQdSR 化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式是用以表示一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的變化關(guān)系的定量方程式。 一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式有無數(shù)個(gè)。 任何一個(gè)寫出的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式都稱為1mol 反響。 3 3化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式)(OH2)(O)(2H222lgg)O(2H-OH20222222(-1)O(-2)HOH2BBBB0BBninninbbbbaaaa1211214化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式的通式表示化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式的通式

5、表示 B有量綱，為: mol物質(zhì)B/mol反應(yīng)BB0BB B為反應(yīng)物，為反應(yīng)物，n Bn B取負(fù)值，取負(fù)值，B B為生成物，為生成物，n Bn B取正值。取正值。 B B為任一組分為任一組分B B的化學(xué)計(jì)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)量系數(shù)4化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式的通式表示化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式的通式表示5反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度BB0B反應(yīng)進(jìn)度的定義：反應(yīng)進(jìn)度的定義：BBn 20世紀(jì)初比利時(shí)的de Donder引進(jìn)反應(yīng)進(jìn)度x 引入反應(yīng)進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)：引入反應(yīng)進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)： 在反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻，可以用任一反應(yīng)物或生成物來表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，所得的值都是相同的。留意留意: :221122HClHClHCl2ClH22反應(yīng)進(jìn)度必須與

6、化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式相對(duì)應(yīng)。反應(yīng)進(jìn)度必須與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式相對(duì)應(yīng)。例如例如: :當(dāng)當(dāng) 都等于都等于1 mol 1 mol 時(shí)，兩個(gè)時(shí)，兩個(gè)方程所發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量顯方程所發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量顯然不同。然不同。5反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征1、化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物種的濃度維持不變、化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物種的濃度維持不變Bct無凈變化無凈變化cR 反應(yīng)物反應(yīng)物cP 生成物生成物teq 2、動(dòng)力學(xué)特征、動(dòng)力學(xué)特征 達(dá)到平衡時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率是相等的。達(dá)到平衡時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率是相等的。tr 正正r 逆逆rteq二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)

7、力學(xué)特征二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征rm,()0T pG反應(yīng)自發(fā)地向右進(jìn)行rm,()0T pG反應(yīng)自發(fā)地向左進(jìn)行，不可能自發(fā)向右進(jìn)行rm,()0T pG反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)正逆方向上反應(yīng)的速率相等。此時(shí)正逆方向上反應(yīng)的速率相等。 前提條件是：等溫、等壓、不做非體積功前提條件是：等溫、等壓、不做非體積功3 3、GG判據(jù)判據(jù)二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征二化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征三理想氣體反應(yīng)等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)三理想氣體反應(yīng)等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)BBB0amrmrQRTGGln1化學(xué)反應(yīng)等溫方程化學(xué)反應(yīng)等溫方程式式?mrG化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉

8、布斯自由能( (改改) )變變mrG只是溫度的函數(shù)只是溫度的函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，表示物種標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，表示物種B B處于處于 下下p1105 Pa101325 Pa標(biāo)準(zhǔn)態(tài)沒有規(guī)定溫度的大小標(biāo)準(zhǔn)態(tài)沒有規(guī)定溫度的大小一個(gè)溫度對(duì)應(yīng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)一個(gè)溫度對(duì)應(yīng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)amrmrQRTGGlnmrG反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)進(jìn)度為1 mol吉布斯自由能反響reaction）反應(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能變化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能變 (298.15K) mrGmrG變化變化amrmrQRTGGlnBBBaaaQQ為活度商3activity1BBBBacaccmol dm為活度（）活度因子，為1化學(xué)反應(yīng)等溫

9、方程式化學(xué)反應(yīng)等溫方程式BBBBBBfpappf對(duì)于氣體為逸度逸度因子)(0pgBBBpmrmrQRTGGln2. 2.理想氣體反應(yīng)等溫方程式理想氣體反應(yīng)等溫方程式對(duì)理想氣體反應(yīng)對(duì)理想氣體反應(yīng) pQBBBpppQ為壓力商為壓力商它為無量綱的純數(shù)它為無量綱的純數(shù)paQQ?pBBBBaBBBBQppaQppppaBB1pgB，對(duì)于pKBBeqBpppK,為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡常數(shù)，為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡常數(shù)，又稱標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。又稱標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。1、僅與溫度有關(guān)，與壓力無關(guān)。、僅與溫度有關(guān)，與壓力無關(guān)。2、無量綱的純數(shù)。、無量綱的純數(shù)。 pKpKmrGpQ , 那么那么 0, 反應(yīng)可正向自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)可正

10、向自發(fā)進(jìn)行;= , 那么那么 = 0, 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)處于平衡狀態(tài);假設(shè)：假設(shè)： 0, 反應(yīng)可逆向自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)可逆向自發(fā)進(jìn)行.pKmrGpQpKmrGpQ 在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1 mol化合物時(shí)吉布斯自由能的變化值，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能。為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能)(BGmf),OH(2lGGmfmrGHTSBmcBBH)(BmfBmrBHH)(= = 反應(yīng)物的鍵焓總和反應(yīng)物的鍵焓總和 生成物的鍵焓總和生成物的鍵焓總和BmBmrBSS)(（物質(zhì)（物質(zhì)B B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓）（物質(zhì)（物質(zhì)B B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾

11、生成焓）EEEF = 96500 Cmol-1z的量綱：的量綱：mol電子電子/mol反應(yīng)反應(yīng)例例1 13各種平衡常數(shù)及其相互之間的關(guān)系各種平衡常數(shù)及其相互之間的關(guān)系)(0pgBBBpKpK對(duì)理想氣體反應(yīng)對(duì)理想氣體反應(yīng) 壓力平衡常數(shù) 和BBeqBpppK,它僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。它僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。BBeqBppK,BBeqBpppK,BBeqBBBpp1,BBp1pKBBpppKK10BBpK可見，當(dāng)可見，當(dāng)時(shí)，時(shí)，是一個(gè)有量綱的物理量，是一個(gè)有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)。且僅與溫度有關(guān)。(2)物質(zhì)的量濃度平衡常數(shù) 和BBeqBcccK,cKcKRTcVRTnpBB

12、BBBBBBBBcBBeqBBBeqBBeqBppRTcKpRTcccpRTcppK,BBcppRTcKKcK可見，可見，僅與溫度有關(guān)，僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。且為無量綱的純數(shù)。BBcppRTKKcK是一個(gè)有量綱的物理量，且僅與溫度是一個(gè)有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)。有關(guān)。0BB可見，當(dāng)可見，當(dāng)時(shí)，時(shí)，BBeqBccK,(3)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)yKBBeqByyK,BBypppKK可見，可見，yK是一個(gè)無量綱的物理量，是一個(gè)無量綱的物理量，且與溫度、壓力有關(guān)。且與溫度、壓力有關(guān)。pypnnyBBBB，總(4)物質(zhì)的量平衡常數(shù)物質(zhì)的量平衡常數(shù)nKBBeqBnnK,

13、BBnppnpKK總nK是一個(gè)有量綱的物理量，是一個(gè)有量綱的物理量，且與溫度、壓力和總物質(zhì)的量有關(guān)。且與溫度、壓力和總物質(zhì)的量有關(guān)。0BB可見，當(dāng)可見，當(dāng)時(shí)，時(shí)，pnnpypBBB總四影響化學(xué)平衡的因素四影響化學(xué)平衡的因素勒沙特列原理勒沙特列原理 如果改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)條件如果改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)條件( (如濃度如濃度、溫度、壓力等、溫度、壓力等) )，平衡就向能夠減弱這種改，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。變的方向移動(dòng)。1溫度的影響溫度的影響2lnRTHdTKdmrpCRTHKmrpln定積分式：定積分式：不定積分式：不定積分式：mrH為常數(shù)時(shí)，有：為常數(shù)時(shí)，有：習(xí)題習(xí)題4 4ca

14、xyCRTHKmrplnRHmrpKlnT/11溫度的影響溫度的影響RHamrT/1pKln0mrH0mrH0mrH放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)對(duì)于0mrHT/1pKlnpKT平衡右移平衡右移平衡向放熱平衡向放熱方向移動(dòng)方向移動(dòng)T/1pKln0mrH2壓力的影響壓力的影響B(tài)B0BBppKKyp（p為反應(yīng)體系的總壓）為反應(yīng)體系的總壓）不變pKp平衡左移平衡左移反應(yīng)后氣體分子數(shù)的增大反應(yīng)后氣體分子數(shù)的增大BBppyK平衡向氣體分子數(shù)減平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)小的方向移動(dòng)3惰性氣體的影響惰性氣體的影響B(tài)BpnpKKnp總p為反應(yīng)體系的總壓，為反應(yīng)體系的總壓，n總為反應(yīng)體系的總的物質(zhì)的量總為反應(yīng)體系的總的

15、物質(zhì)的量(1)(1)總壓力不變下，加入惰性氣體總壓力不變下，加入惰性氣體 (2)(2)總體積不變下，加入惰性氣體總體積不變下，加入惰性氣體 (1)(1)總壓力不變下，加入惰性氣體總壓力不變下，加入惰性氣體 等同于降壓效應(yīng)等同于降壓效應(yīng)BB0不變pK平衡左移平衡左移（反應(yīng)后氣體的體積減小）（反應(yīng)后氣體的體積減?。﹏K平衡向體積增平衡向體積增大的方向移動(dòng)大的方向移動(dòng)BBpnpKKnp總BBpnp總p p不變，不變，n n總總平衡不移動(dòng)平衡不移動(dòng)(2)(2)總體積不變下，加入惰性氣體總體積不變下，加入惰性氣體 常數(shù)總VRTnpBBpnpKKnp總不變nK復(fù)相化學(xué)反應(yīng)復(fù)相化學(xué)反應(yīng)例如，有下述反應(yīng)，并設(shè)

16、氣體為理想氣體： 有氣相和凝聚相液相、固體共同參與的反應(yīng)稱為復(fù)相化學(xué)反應(yīng)。只考慮凝聚相是純態(tài)的情況，純態(tài)的化學(xué)勢(shì)就是它的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)。 復(fù)相反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)只與氣態(tài)物質(zhì)的壓力有關(guān)。五幾種典型化學(xué)平衡的計(jì)算實(shí)例五幾種典型化學(xué)平衡的計(jì)算實(shí)例【例題【例題1】 在在298K下，下面反應(yīng)的下，下面反應(yīng)的 依次為：依次為：C8H18(g)+25/2O2(g) 8CO2(g)+9H2O(l) = -5512.4 kJmol-1C(石墨石墨)+ O2(g) CO2 (g) = -393.5 kJmol-1H2 (g) +1/2O2 (g) H2O (l) = -285.8 kJmol-1正辛烷、氫氣和石墨

17、的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵分別為：正辛烷、氫氣和石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵分別為：463.7 、 130.6、 5.694 JK-1mol-1。1理想氣體反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率等理想氣體反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率等3 ,mrH2,mrH 1,mrH mrH 設(shè)正辛烷和氫氣為理想氣體，問：設(shè)正辛烷和氫氣為理想氣體，問：（1298K下，由單質(zhì)生成下，由單質(zhì)生成1摩爾正辛烷的反應(yīng)的摩爾正辛烷的反應(yīng)的平衡常數(shù)平衡常數(shù) 是多少？給出計(jì)算過程。是多少？給出計(jì)算過程。pKBmcBmrBHH)(BmBmrBSS)(前往前往（2增加壓力對(duì)提高正辛烷的產(chǎn)率是否有利？增加壓力對(duì)提高正辛烷的產(chǎn)率是否有利？為什么？為什么？（3升高溫度對(duì)提高產(chǎn)率是否有利？為什

18、么？升高溫度對(duì)提高產(chǎn)率是否有利？為什么？（4若在若在298K及及101.325 kPa下進(jìn)行，平衡氣相下進(jìn)行，平衡氣相混合物中正辛烷的摩爾分?jǐn)?shù)能否降到混合物中正辛烷的摩爾分?jǐn)?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若希望正辛烷在平衡氣相混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5，則在，則在298 K時(shí)，需要多大的壓力時(shí)，需要多大的壓力才行才行?給出計(jì)算過程。給出計(jì)算過程。【例題【例題2】 在在298K下，下，Mg(OH)2(s)在水中也發(fā)生電離：在水中也發(fā)生電離：Mg(OH)2(s)=Mg2+(aq) + 2OH(aq)其平衡常數(shù)其平衡常數(shù) =1.21011，試計(jì)算：，試計(jì)算：（1M

19、g(OH)2(s)飽和溶液中飽和溶液中Mg2+的濃度，該溶的濃度，該溶液能否使酚酞溶液變紅？液能否使酚酞溶液變紅？（2知知 =1.01033，那么，那么Al(OH)3(s)飽和溶液中飽和溶液中Al3+的濃度是多少？的濃度是多少？2酸堿反應(yīng)的酸堿平衡常數(shù)與酸堿強(qiáng)度的定性關(guān)系酸堿反應(yīng)的酸堿平衡常數(shù)與酸堿強(qiáng)度的定性關(guān)系)()()(222OHcMgcOHMgKsp)(3OHAlKsp【例題【例題3】 難溶化合物的飽和溶液存在溶解平衡。在一定溫度難溶化合物的飽和溶液存在溶解平衡。在一定溫度下，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(gè)常數(shù)用個(gè)常

20、數(shù)用Ksp表示。知：表示。知： 1.810-10， 1.910-12。現(xiàn)有現(xiàn)有0.001molL1 AgNO3溶液滴定溶液滴定0.001molL1 KCl和和0.001molL1 K2CrO4的混合溶液，試通過計(jì)算回答：的混合溶液，試通過計(jì)算回答：(1) Cl和和CrO4 2-中哪種離子先沉淀？中哪種離子先沉淀？(2) 當(dāng)當(dāng)CrO42以以Ag2CrO4形式沉淀時(shí)，溶液中形式沉淀時(shí)，溶液中Cl的濃度是的濃度是多少？多少？Cl-和和CrO42-能否達(dá)到有效分離？（設(shè)當(dāng)一種離子開能否達(dá)到有效分離？（設(shè)當(dāng)一種離子開始沉淀，另一種離子濃度始沉淀，另一種離子濃度105 molL1時(shí)，則認(rèn)為能有時(shí)，則認(rèn)為能有效分離）效分離）3難溶鹽的溶度積難溶鹽的溶度積)()()(ClcAgcAgClKsp)()()(24242CrOcAgcCrOAgKsp習(xí)題1當(dāng)以當(dāng)以5mol H2與與4mol Cl2混合，最后生成混合，最后生成2mol HCl, 若以下式為化學(xué)計(jì)量方程式：若以下式為化學(xué)計(jì)量方程式： H2(g)+ Cl2(g) =2HCl(g