大學(xué)化學(xué)-第三章-化學(xué)平衡課件

1、大學(xué)化學(xué) 第三章 化學(xué)平衡學(xué)習(xí)要求：1.掌握不同反應(yīng)類型的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式，并能理解化學(xué)平衡的移動(dòng)2.掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變的關(guān)系3.掌握有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算，包括運(yùn)用多重平衡規(guī)則進(jìn)行的計(jì)算4.掌握溫度、平衡常數(shù)、焓變、熵變和吉布斯自由能變之間的關(guān)系23. 1 化學(xué)平衡一、 可逆反應(yīng) 在同樣的條件下，既可向正方向進(jìn)行 又可向逆方向進(jìn)行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。例： a A + d D gG + hH 3 初始： v正 v逆 平衡： v正 = v逆 平衡態(tài)的特點(diǎn)： 1. v正 = v逆 （動(dòng)態(tài)） 2. 反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度不再改變。平衡態(tài)是反應(yīng)達(dá)到的最大程度。 3.化學(xué)平衡是有條件的平衡。

2、4K =可逆反應(yīng)： a A (g) + d D(aq) gG(g) + h H(aq) 平衡時(shí)，等溫等壓下，熱力學(xué)推導(dǎo)證明：二、 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)5 pA、pG相應(yīng)物質(zhì)的平衡分壓 cD、cH相應(yīng)物質(zhì)的平衡濃度 p / p 相對(duì)分壓 p 標(biāo)準(zhǔn)壓力，p 100kPa c / c 相對(duì)平衡濃度 c 標(biāo)準(zhǔn)濃度，c 1molL-1K =6K 的特點(diǎn)： （1） 僅與反應(yīng)本質(zhì)及反應(yīng)溫度有關(guān)，與物質(zhì)的起始濃度（分壓）及反應(yīng)到達(dá)平衡的方向和時(shí)間無(wú)關(guān)。 （2） 的量綱為1。KK7正確書寫平衡常數(shù)表達(dá)式 c、p分別為平衡狀態(tài)下的濃度和分壓。 平衡常數(shù)與反應(yīng)式的寫法有關(guān)。如N2O4(g ) 2NO2(g)

3、 2NO2(g) N2O4(g ) 1/2 N2O4(g ) NO2(g) K1 = 1/ K2= (K3 )28純固體、純液體的濃度或分壓不寫入平 衡常數(shù)的表 達(dá)式。例： CaCO3 (s) CaO(s) +CO2(g) K = pCO2/p 在稀水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，水的濃度視為常數(shù)，不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式。 例： NH4+ + H2O NH3H2O + H+9例： 800時(shí)，反應(yīng)CO(g)+ H2O(g) = CO2(g)+H2(g),K =1,反應(yīng)開始時(shí)CO的濃度為2mol/L,H2O 的濃度為3mol/L，求平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度及CO的轉(zhuǎn)化率。 解： CO + H2O CO2 + H2初:

4、 2 3 0 0 molL-1平: 2-x 3-x x x10CO 的轉(zhuǎn)化率 = ( 1. 2 / 2 )100% = 60%x = 1.2 (mol/L)= 2 - 1.2 = 0.8 mol/L = 3 - 1.2 = 1.8 mol/L=11例 ：已知氨基甲酸銨NH4CO2NH2 在蒸發(fā)時(shí)完全解離為氨和二氧化碳：NH4CO2NH2（s） 2NH3(g)+CO2(g)，測(cè)得在25平衡時(shí)氣體的總壓力11.75kPa，求反應(yīng) 的平衡常數(shù)K .12解： NH4CO2NH2（s） 2NH3(g) + CO2(g) 根據(jù)反應(yīng)式， 133. 反應(yīng)商Q系統(tǒng)處于任意狀態(tài)時(shí)，可逆反應(yīng)： a A (g) +

5、d D(aq) gG(g) + h H(aq)Q =Q反應(yīng)商pA、pG相應(yīng)物質(zhì)任意時(shí)刻的分壓cD、cH相應(yīng)物質(zhì)任意時(shí)刻的濃度14注意：K 只能表達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)之間的數(shù)量關(guān)系；Q則能表示反應(yīng)進(jìn)行到任意時(shí)刻時(shí)系統(tǒng)內(nèi)各物質(zhì)之間的數(shù)量關(guān)系平衡狀態(tài)時(shí)，K = QK 與Q的關(guān)系是討論化學(xué)平衡移動(dòng)（反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向）的依據(jù)。15三、范托夫等溫方程等溫等壓下：平衡狀態(tài)時(shí)，Q = K ，rGm= 0，則：rGm = - RT ln K此式稱為范托夫等溫方程式。此式為熱力學(xué)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義。16任意狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)：Q K ，G K ，G 0 , 逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。Q = K ，G =

6、0 , 反應(yīng)達(dá)平衡。等溫方程式可寫成： rGm = - RT ln K + RT lnQ =17解：查表 -300.4 0 - 370.4 kJ . mol 1 G = 2(-370.4)2(-300.4)= -140 kJ . mol 1例：求下列反應(yīng)在25時(shí)的K . 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 代入： G = - RT ln K lnK = -1401000 / - 8.314298 = 56.51 K = 3.48 102418例：（1）試判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，380K條件下，Ag2CO3（s）是否分解；（2）計(jì)算Ag2CO3(s)分解反應(yīng)的K (380K)；（3）T=380K，

7、P(CO2)=1KPa時(shí)， Ag2CO3（s）是否分解？19四、多重平衡規(guī)則 如果某反應(yīng)可以由幾個(gè)反應(yīng)相加（或相減）得到，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于幾個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)之積（或商）。這種關(guān)系就稱為多重平衡規(guī)則。20例: 2BrCl(g) Cl2(g) + Br2(g) K1 =0.45 Br2(g) + I2(g) 2IBr(g) K2 =0.051 2BrCl(g) + I2(g) 2IBr(g) + Cl2(g) K3 = ?解： = + K3 = K1 K2 = 0.450.0510.023213.2 化學(xué)平衡的移動(dòng)一、 濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響 a A + d D g G + h HG = - R

8、T ln K + RT ln Q影響平衡的因素有濃度、壓力、溫度。221. 若增大反應(yīng)物的濃度或減少產(chǎn)物的濃度 Q K , G K , G 0 ，反應(yīng)逆向進(jìn)行。 到 Q = K 止.23解： CO + H2O CO2 + H2 平： 0.8 1.8 1.2 1.2 加入水蒸氣： 0.8 6.0 1.2 1.2建立新平衡： 0.8-y 6.0-y 1.2+y 1.2+y 例：已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為CO=0.8mol/L,H2O=1.8mol/L,CO2=H2=1.2mol/L,CO的起始濃度為2mol/L,如果溫度不變，使水蒸氣的濃度

9、增至6mol/L，求CO的轉(zhuǎn)化率。24y = 0.37 mol/LCO的轉(zhuǎn)化率 = 100% = 78.5%25例：合成氨的反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)平衡時(shí)： 若體系的總壓力增大到原來(lái)的2倍, Q K , G K ， G 0 , 反應(yīng)逆向進(jìn)行。直到 Q = K 止。27例：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 平衡時(shí)：無(wú)論增大總壓力還是減小總壓力： 結(jié)論：增大體系的總壓力，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)，反之，減小體系的總壓力，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng).28三、 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響由G = - RT ln KG = H - T S 等量代換得：

10、設(shè) T1、T2 的平衡常數(shù)分別為 K1 、K2 ，29 - K2 H T2 T1 ln = ( ) K1 R T1T230分析：1、吸熱反應(yīng)，H 0, 升高溫度時(shí)等式右邊為正值，說明 K2 K1 ，反應(yīng)正移；降溫 K2 K1 ，反應(yīng)逆移. K2 H T2 T1 ln = ( ) K1 R T1T22、放熱反應(yīng)，H 0, 升高溫度時(shí)等式右邊為負(fù)值，說明K2 K1 ，反應(yīng)正移. 31 結(jié)論：在其它條件不變時(shí)，升溫平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，降溫平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。32 K2 -37.9103 500800 ln = ()= 3.419 4.02 8.314 500800例：在合成氨工業(yè)中，CO的變

11、換反應(yīng) ： CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 的H =-37.9kJmol-1，800K時(shí)的K = 4.02, 求500K時(shí)的K 。解：根據(jù)公式 K2 H T2 T1 ln = ( ) K1 R T1T233四、催化劑與化學(xué)平衡 催化劑使正逆反應(yīng)速度增大的倍數(shù)相同，因此它只能縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，而不能使平衡發(fā)生移動(dòng)。 勒夏特列原理：加入改變平衡系統(tǒng)的平衡條件之一，如溫度、壓力或濃度，平衡將向減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。34本章小結(jié)：1.化學(xué)平衡的特點(diǎn)2.平衡常數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的書寫規(guī)則3.多重平衡規(guī)則4.化學(xué)平衡的移動(dòng)35自測(cè)題：1. 已知500K時(shí)反應(yīng) SO2(g)+1

12、/2 O2(g) SO3(g)的K =50，則同溫度下反應(yīng)2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g)的K 為（ ） A. 410-4 B. 210-2 C. 410-2 D. 2500D362. PCl5的分解反應(yīng)是 PCl5 = PCl3 + Cl2 ， 在200達(dá)到平衡 時(shí)， PCl5有 48.5%分 解，在300達(dá)到平衡時(shí)，PCl5有 97% 分解，則此反應(yīng)為（ ） A. 放熱反應(yīng) B. 既不吸熱也不放熱 C. 吸熱反應(yīng) D. 這兩個(gè)溫度下的平衡常數(shù)相等 C37B3. 下述化學(xué)平衡 A(g)+B(g) C(g)，在相同的溫度下，若體積縮小至 2/3，則反應(yīng)商Q 和平衡常數(shù)K 的關(guān)系為（ ） A. QP=2K B. QP=2/3K C. QP= 3/2K D. QP= K 384. 在763.15K時(shí)，H2(g)+I2(g) 2HI(g)的 K = 45.9，當(dāng)各物質(zhì)的起始濃度 c(H2) = 0.060