第八章化學(xué)平衡培訓(xùn)課件

第八章化學(xué)反應(yīng)平衡8.1.1可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡8.1.2用等溫式判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度8.1化學(xué)平衡與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)8.1.1可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡一.可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是可逆的。例如:在密閉容器中，可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底。有些反應(yīng)幾乎能進(jìn)行到底。例如：2KClO3（s）2KCl（s）+3O2（g）MnO2在一定條件下，可逆反應(yīng)處于正逆反應(yīng)速率相等的狀態(tài)下。二.化學(xué)平衡特征：（1）從客觀上，系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變。（2）化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡。（3）平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無(wú)關(guān)。三平衡常數(shù)1.實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)對(duì)于反應(yīng)2標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式注意：

（1）實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)有單位，而標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是無(wú)單位的。（2）K值與T有關(guān)，不隨C而變。

例：對(duì)于氣相反應(yīng)對(duì)于溶液中的反應(yīng)Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)（1）K?

是無(wú)量綱的量。（2）K

是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無(wú)關(guān)。（3）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式必需與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)。?

課堂練習(xí)：例：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Cr2O72-(aq)+H2O(l)2CrO42-(aq)+2H+(aq)Zn(s)+2H+(aq)H2(g)+Zn2+(aq)K=PCO2

當(dāng)幾個(gè)反應(yīng)式相加得到另一個(gè)反應(yīng)式時(shí)，其平衡常數(shù)即等于幾個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)的乘積。3、多重平衡規(guī)則

例：

（1）N2(g)+O2(g)2NO(g)；

（2）2NO(g)+O2(g)2NO2(g)

（3）N2(g)+2O2(g)2NO2(g)；

（1）+（2）=（3），K10?K20=K30

（3）-（1）=（2），K30/K10=K20

例題:

已知25℃時(shí)反應(yīng)（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的=0.45（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的=0.051計(jì)算反應(yīng)（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的。解：反應(yīng)（1）+（2）得：2ClBr(g)+I2(g)→

2IBr(g)+Cl2(g)已知下列反應(yīng)在1123K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：(1)C（石墨）+CO2(g)→2CO(g)；K10=1.3?1014(2)CO(g)+Cl2(g)→COCl2(g)；K20=6.0?10-3計(jì)算反應(yīng)(3)2COCl2(g)→C(石墨)+CO2(g)+2Cl2(g)在1123K時(shí)的K0值。課堂練習(xí)：解：（3）=-2*（2）-（1）=-[2*（2）+（1）]8.1.2用等溫式判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度一Gibbs函數(shù)與化學(xué)平衡等溫方程式：Gibbs函數(shù)變判據(jù)與反應(yīng)商判據(jù)例題：P2488.1，8.2，8.3Van’tHoff方程式在溫度變化范圍不大時(shí)???????????????當(dāng)溫度為T(mén)1時(shí)，當(dāng)溫度為T(mén)2時(shí)，兩式相減得：?????????

由此式可見(jiàn)，對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度升高，K

增大;對(duì)于放熱反應(yīng),溫度升高,K

減小。??3、非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)摩爾吉布斯自由能變（ΔrGm）的計(jì)算和反應(yīng)方向的判斷

對(duì)于某一可逆反應(yīng)：mA+nBpC+qD，在恒溫、恒壓下，任意狀態(tài)下，對(duì)于氣相反應(yīng)來(lái)說(shuō)：

例：試判斷下列反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)。（1）在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下能否自發(fā)進(jìn)行；（2）298.15K時(shí)該反應(yīng)的K0；（3）欲使上述反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下自發(fā)地逆向進(jìn)行，計(jì)算所需的最低溫度。解：（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔfG0/(kJ.mol-1)00-16.5ΔG0298.15=2×(-16.5)kJ.mol-1

=-33.0kJ.mol-1<0，故在298.15K、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，合成氨反應(yīng)能自發(fā)正向進(jìn)行。

（2）（3）為使氨在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)條件下自發(fā)分解，則ΔGT<0，即ΔGT

≈ΔH0298.15-TΔS0298.15<0，

2NH3(g)→N2(g)+3H2(g)

ΔfH0/(kJ.mol-1)-46.1100S0/(J.mol-1.K-1)192.3191.5130.59ΔH0=-2×46.11kJ.mol-1=92.22kJ.mol-1ΔS=191.5+(3×130.59)-(2×192.3)=198.7J.mol-1.K-1

即ΔGT

≈ΔH0298.15-TΔS0298.15=92.22-T×198.7×10-3二標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用1判斷反應(yīng)的程度2預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向3計(jì)算平衡的組成

1判斷反應(yīng)的程度K

愈大，反應(yīng)進(jìn)行得愈完全；K

愈小，反應(yīng)進(jìn)行得愈不完全；K

不太大也不太小(如10-3<K

<103),

反應(yīng)物部分地轉(zhuǎn)化為生成物。2預(yù)測(cè)反應(yīng)方向反應(yīng)商對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)：aA(g)+bB(aq)+cC(s)→xX(g)+yY(aq)+zZ(l)任意狀態(tài)下:反應(yīng)商判據(jù)Q<K

反應(yīng)正向進(jìn)行；Q=K

系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；Q>K

反應(yīng)逆向進(jìn)行。???QQQ3計(jì)算平衡組成例1:

反應(yīng)CO(g)+Cl2(g)→COCl2(g)，在恒溫恒容條件下進(jìn)行。已知373K時(shí)K=1.5108。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)：c0(CO)=0.0350mol·L-1，

c0(Cl2)=0.0270mol·L-1，

c0(COCl2)=0。計(jì)算373K反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各物種的分壓和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。?解：

CO(g)+Cl2(g)→COCl2(g)開(kāi)始cB/(mol·L-1)0.03500.02700開(kāi)始pB/kPa108.583.70變化pB/kPa-(83.7-x)-(83.7-x)(83.7-x)平衡pB/kPa24.8+xx(83.7-x)????注：因?yàn)镵

很大,x很小,取：83.7-x83.7,24.8+x24.8平衡時(shí):

p(CO)=24.8kPa

p(Cl2)=2.310-6kPa

p(COCl2)=83.7kPa例2：已知反應(yīng)：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)。若NO2的起始濃度為1.0mol/L，NO2的分解率為3.3ⅹ10-3%。若NO2的起始濃度為1.0mol/L，求平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度和平衡常數(shù)Kc。解：

2NO2(g)2NO(g)+O2(g)

起始濃度(mol/L)1.000

平衡濃度（mol/L）1.03.3ⅹ10-51.6ⅹ10-5

所以：例題：P2488.18.2小結(jié)：1、平衡常數(shù)的計(jì)算（1）（2）多重平衡規(guī)則a（1）+b（2）=（3），(K10)a?(K20)b=K30

(3)2、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用（1）判斷反應(yīng)的程度（2）預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向（3）計(jì)算平衡的組成

Q<K

反應(yīng)正向進(jìn)行；Q=K

系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；Q>K

反應(yīng)逆向進(jìn)行。???K

愈大，反應(yīng)進(jìn)行得愈完全8.2化學(xué)平衡的移動(dòng)及其影響因素8.2.1濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響8.2.2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響8.2.3溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響8.2.4LeChatelier原理8.2.1濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響化學(xué)平衡的移動(dòng)：

當(dāng)外界條件改變時(shí)，化學(xué)反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)的過(guò)程。

因ΔG=ΔG0+RTlnQ=RTln(Q/K0)，由此可知，T、Q值發(fā)生變化，即濃度、壓力、溫度都會(huì)使原來(lái)平衡發(fā)生移動(dòng)。由于ΔG0=-RTlnK0，所以ΔG=-RTlnK0+RTlnQ=RTln(Q/K0)化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式。1、Q<K0，正向移動(dòng)2、Q=K0，平衡3、Q>K0，逆向移動(dòng)當(dāng)c(反應(yīng)物)增大或c(生成物)減小時(shí)：

Q<K

平衡向正向移動(dòng)。當(dāng)c(反應(yīng)物)減小或c(生成物)增大時(shí),

Q>K

平衡向逆向移動(dòng)。對(duì)于溶液中的化學(xué)反應(yīng)：平衡時(shí),Q=K

???例：

25C時(shí)，反應(yīng)Fe2+(aq)+Ag+(aq)→Fe3+(aq)+Ag(s)的K0=3.2。

(1)當(dāng)c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1時(shí)反應(yīng)向哪一方向進(jìn)行?

(2)平衡時(shí),Ag+,Fe2+,Fe3+的濃度各為多少?(3)Ag+的轉(zhuǎn)化率為多少?(4)如果保持Ag+,Fe3+的初始濃度不變,使c(Fe2+)增大至0.300mol·L-1,求Ag+的轉(zhuǎn)化率.解:

(1)計(jì)算反應(yīng)商,判斷反應(yīng)方向

Q<K0

,反應(yīng)正向進(jìn)行.(2)計(jì)算平衡組成

Fe2+(aq)+Ag+(aq)→Fe3+(aq)+Ag(s)開(kāi)始cB/(mol·L-1)

0.1001.00×10-21.00×10-3

變化cB/(mol·L-1)

-x-xx平衡cB/(mol·L-1)

0.100-x1.00×10-2-x1.00×10-3+xc(Ag+)=8.4×10-3mol·L-1c(Fe2+)=9.8410-2

mol·L-1c(Fe3+)=2.6×10-3mol·L-1

3.2x2－1.352x＋2.2×10-3=0

x=1.6×10-3(3)求Ag+的轉(zhuǎn)化率

(4)設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)Ag+的轉(zhuǎn)化率為α2

Fe2+(aq)+Ag+(aq)→

Fe3+(aq)+Ag(s)

平衡

0.300-

1.00×10-2×

1.00×10-3+

cB/(mol·L-1)

1.00×10-2α2

(1-α2)

1.00×10-2α28.2.2壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響

一

對(duì)氣態(tài)物質(zhì)而言的可逆反應(yīng)，在T不變時(shí)，改變P，可能使平衡移動(dòng)，且平衡總是向著壓力改變的方向移動(dòng)。ΔG=RTln(Q/K0)例：體積改變引起壓力的變化對(duì)于有氣體參與的化學(xué)反應(yīng)

aA(g)+bB(g)

yY(g)+zZ(g)即：各物質(zhì)的分壓增大為原來(lái)的x倍Q=x[(y+z)-(a+b)]K02、當(dāng)a+b>y+z時(shí)，即反應(yīng)是體積減小的，則增大壓力，平衡向正方向移動(dòng)。3、當(dāng)a+b<y+z時(shí)，增大壓力，平衡向體積減速小的方向移動(dòng)，即逆向移動(dòng)。1、當(dāng)a+b=y+z時(shí)，P改變，不會(huì)導(dǎo)致平衡移動(dòng)，因?yàn)镼與K0的比值不變，是相等的。即：增大壓力，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。減小壓力，平衡向氣體分子數(shù)增多的方向移動(dòng)。(1)對(duì)恒溫恒容下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，反應(yīng)物和生成物pB不變，Q=K

，平衡不移動(dòng)。(2)對(duì)恒溫恒壓下已達(dá)到平衡的反應(yīng)，引入惰性氣體，總壓不變，體積增大，反應(yīng)物和生成物分壓減小，如果Σ

B≠0，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)。4、當(dāng)加入與體系無(wú)關(guān)的氣體，導(dǎo)致P發(fā)生變化，平衡相應(yīng)移動(dòng)。(3)在惰性氣體存在下達(dá)到平衡后,再恒溫壓縮,Σ

B≠0，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng),Σ

B=0，平衡不移動(dòng)。

例

某容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物，n(N2O4)：n(NO2)=10.0：1.0。在308K，0.100MPa條件下，發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)→2NO2(g)；K0(308k)=0.315(1)計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓；(2)使該反應(yīng)系統(tǒng)體積減小到原來(lái)的1/2，反應(yīng)在308K，0.200MPa條件下進(jìn)行，平衡向何方移動(dòng)？在新的平衡條件下，系統(tǒng)內(nèi)各組分的分壓改變了多少？解：(1)反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進(jìn)行。以1molN2O4為計(jì)算基準(zhǔn)。n總=1.10+x

N2O4(g)→2NO2(g)開(kāi)始時(shí)nB/mol

1.000.100平衡時(shí)nB/mol

1.00-x0.10+2x平衡時(shí)pB/kPa

N2O4(g)→2NO2(g)

開(kāi)始時(shí)nB/mol

1.000.100平衡(Ⅱ)時(shí)nB/mol

1.00-y0.10+2y平衡(Ⅱ)時(shí)pB/kPa

平衡逆向移動(dòng)8.2.3溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

K

(T)是溫度的函數(shù)。溫度變化引起K

(T)的變化，導(dǎo)致化學(xué)平衡的移動(dòng)。平衡時(shí)，ΔG=RTln(Q/K0)=0Q=K0

對(duì)于放熱反應(yīng)，<0，溫度升高，K

減小，Q>K，平衡向逆向移動(dòng)。對(duì)于吸熱反應(yīng)，>0，溫度升高，K

增大，Q<K，平衡向正向移動(dòng)。00即：升高溫度，反應(yīng)向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)；降低溫度，反應(yīng)向放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)。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)。LeChatelier原理只適用于處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，也適用于相平衡系統(tǒng)。

1848年，法國(guó)科學(xué)家LeChatelier提出：例：計(jì)算下列反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)