大學(xué)無機化學(xué)化學(xué)平衡PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1大學(xué)無機化學(xué)化學(xué)平衡大學(xué)無機化學(xué)化學(xué)平衡4.1 4.1 化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡4.1.1 化學(xué)反應(yīng)的可逆性化學(xué)反應(yīng)的可逆性4.1.2 化學(xué)平衡化學(xué)平衡第1頁/共33頁4.1.1 化學(xué)反應(yīng)的可逆性化學(xué)反應(yīng)的可逆性1、不可逆反應(yīng)：只能向一個方向進行的反應(yīng)、不可逆反應(yīng)：只能向一個方向進行的反應(yīng)。 2、可逆反應(yīng)、可逆反應(yīng) （1）概念：在同一條件下，既能向一個方向又）概念：在同一條件下，既能向一個方向又能向相反方向進行的化學(xué)反應(yīng)。能向相反方向進行的化學(xué)反應(yīng)。 a.可逆程度不同可逆程度不同,有的徹底向右進行有的徹底向右進行, 有的則不有的則不然然.b. 對于同一反應(yīng)對

2、于同一反應(yīng), 在不同的條件下在不同的條件下,可逆性也會不同可逆性也會不同.例例:2H2 (g) +O2 (g) 2H2O (g) 873K-1273K時時,生成生成水的方向占優(yōu)勢水的方向占優(yōu)勢4273-5273K時時,分解過分解過程占優(yōu)勢程占優(yōu)勢第2頁/共33頁4.1.2 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 N2O4氣氣體體N2O4 (g) 2NO2 (g) 無色無色 棕紅色棕紅色tVV正正V逆逆動態(tài)平衡動態(tài)平衡V正正 V逆逆在可逆反應(yīng)體系中在可逆反應(yīng)體系中,正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等時反應(yīng)正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等時反應(yīng)物和生成物濃度不再隨時間改變的狀態(tài)物和生成物濃度不再隨時間改變的狀態(tài),即即動態(tài)平衡動態(tài)平衡.

3、0第3頁/共33頁平衡類型平衡類型氧化還原氧化還原平衡平衡配位平衡配位平衡沉淀溶解沉淀溶解平衡平衡電離平衡電離平衡第4頁/共33頁4.2 4.2 平衡常數(shù)平衡常數(shù)4.2.1 4.2.1 經(jīng)驗平衡常數(shù)經(jīng)驗平衡常數(shù)4.2.2 4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和 吉布斯自由能改變吉布斯自由能改變4.2.3 4.2.3 多重平衡多重平衡第5頁/共33頁混合氣體總壓力等于各組分氣體的分壓之和混合氣體總壓力等于各組分氣體的分壓之和.VRTnPii P = P1+ P2 + P3 + Pi n = n1+ n2 + n3 + +niCRTVnRTP nnPPii = xi Pi= xi P分壓定律分壓

4、定律第6頁/共33頁4.2.1 經(jīng)驗平衡常數(shù)經(jīng)驗平衡常數(shù)bahgBAHGKc (液相反應(yīng)液相反應(yīng))bBaAhHgGPPPPKp)()()()( (氣相反應(yīng)氣相反應(yīng))若若a+b = g+h, 則則Kc和和Kp都沒有單位都沒有單位;若若a+bg+h, 則則Kc和和Kp都有單位都有單位(一般都省略一般都省略).37. 04222 ONNO在在373K時時：對于任一個可逆反應(yīng)對于任一個可逆反應(yīng)aA + bB gG+ hH (1)定義：在一定溫度下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時定義：在一定溫度下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度冪的乘積與反應(yīng)物濃度冪的乘積之比為常，生成物濃度冪的乘積與反應(yīng)物濃度冪的乘積

5、之比為常數(shù)。數(shù)。濃度平衡常數(shù)：濃度平衡常數(shù)：壓力平衡常數(shù)：壓力平衡常數(shù)：第7頁/共33頁(2) Kc和和Kp的關(guān)系的關(guān)系RTAVRTnPAA RTGVRTnPGG RTHVRTnPHH RTBVRTnPBB )()()()()()(bahgbahgbBaAhHgGRTBAHGPPPPKp Kp = Kc (RT) n , n = g+h - (a+b)。 n是反應(yīng)式中生成物和反應(yīng)物計量系系數(shù)之差。是反應(yīng)式中生成物和反應(yīng)物計量系系數(shù)之差。當(dāng)當(dāng)n=0 時，時， Kp = Kc 當(dāng)當(dāng)n0 時，時， Kp Kc 第8頁/共33頁(3) 平衡常數(shù)表達式地書寫規(guī)則平衡常數(shù)表達式地書寫規(guī)則 純固體純固體,液

6、體和稀溶液中水的濃度不寫入液體和稀溶液中水的濃度不寫入K的表達式的表達式; K值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān):N2O4 (g) 2NO2 (g)36. 042221 ONNOK例：在例：在373K時，時，1/2N2O4 (g) NO2 (g)60. 02/14222 ONNOK1/3N2O4 (g) 2/3NO2 (g)72. 03/1423/223 ONNOKK1 = (K2)2 = (K3)3 K正正K逆逆=1第9頁/共33頁(4) 平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率就是反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)，即：轉(zhuǎn)化率就是反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)，即：%100 反反應(yīng)應(yīng)物物的的起起始始濃濃度

7、度濃濃度度平平衡衡時時已已反反應(yīng)應(yīng)的的反反應(yīng)應(yīng)物物H2 (g) +CO2 (g) CO (g) +H2O (g) 起始濃度起始濃度： 0.02 0.02 0 0 mol/L平衡濃度平衡濃度： 0.005 0.005 0.015 0.015 mol/L轉(zhuǎn)化濃度轉(zhuǎn)化濃度： 0.015 0.015 mol/L%75%10002. 0015. 0 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率第10頁/共33頁【例【例1】反應(yīng)】反應(yīng)CO + H2O H2 + CO2，在某溫度，在某溫度T時，時，Kc9，若，若CO和和H2O的起始濃度均為的起始濃度均為0.02 mol.L-1，求，求CO平衡轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率。解：解： 設(shè)消耗了設(shè)消耗了

8、CO的濃度為的濃度為x mol.L-1 CO + H2O H2 + CO2 起始濃度起始濃度 0.02 0.02 0 0 mol.L-1 平衡濃度平衡濃度 x 0.02-x x x mol.L-19)02. 0)(02. 0(222 xxxxOHCOCOHKcx 0.015 mol.L-1 ，H2 = CO2 = 0.015 mol.L-1轉(zhuǎn)化率為：（）轉(zhuǎn)化率為：（）10075同理，可求得當(dāng)同理，可求得當(dāng)Kc4和和Kc1時，時，CO轉(zhuǎn)化率分別為轉(zhuǎn)化率分別為67和和50。所以，。所以，K越大，轉(zhuǎn)化率越大。越大，轉(zhuǎn)化率越大。第11頁/共33頁4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和吉布斯自由能改變標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和

9、吉布斯自由能改變利用熱力學(xué)有關(guān)公式間接求算得到的平衡常數(shù)利用熱力學(xué)有關(guān)公式間接求算得到的平衡常數(shù)。bahgCBCACHCGKc)/ ()/ ()/ ()/ ( (1) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kc (無量綱的無量綱的) 對于可逆反應(yīng)對于可逆反應(yīng)aA + bB gG+ hH （液相反應(yīng)（液相反應(yīng)） CHCGCBCA/ / ,/ ,/ 和和 稱為相對濃稱為相對濃度，度， 其中其中C 1 mol.L-1 Kc = Kc (C ) a+b-g-h = Kc 第12頁/共33頁 (2) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kp (無量綱的無量綱的)bBaAhHgGpPpPpPpPKp)/ ()/ ()/ ()/ (

10、 對于氣相反應(yīng)對于氣相反應(yīng)aA + bB gG+ hH PPPPPPPPHGBA/ / ,/ ,/ 和和 稱為相對壓稱為相對壓力，力，其中其中P 101325 PaKp = Kp(P ) a+b-g-h第13頁/共33頁99. 0)1001. 1/1000. 1()1001. 1/1000. 1()/ ()/ (552552 PaPaPaPapPpPKpAB 例例2 某溫度下反應(yīng)某溫度下反應(yīng)A(g) 2B(g)達到平衡時，達到平衡時， PA=PB=1.00105Pa, 求求Kp 。解：解：若以分壓直接代入公式，則得經(jīng)驗平衡常數(shù)若以分壓直接代入公式，則得經(jīng)驗平衡常數(shù)： 計算計算Kp 時，一定要代

11、入相對分壓值，不能將時，一定要代入相對分壓值，不能將氣體得分壓值氣體得分壓值Pi直接代入，否則會產(chǎn)生錯誤。直接代入，否則會產(chǎn)生錯誤。PaPaPaPPKpAB552521000. 1)1000. 1()1000. 1( 第14頁/共33頁(3) 化學(xué)平衡與化學(xué)平衡與rG G的關(guān)系的關(guān)系溫故而知新溫故而知新自發(fā)反應(yīng)過程的判斷的依據(jù)自發(fā)反應(yīng)過程的判斷的依據(jù):rG G T,PT,P0 0 反應(yīng)自發(fā)進行反應(yīng)自發(fā)進行rG G T,PT,P 0 0 反應(yīng)是可逆的，處于平衡狀態(tài)反應(yīng)是可逆的，處于平衡狀態(tài)rG G T,PT,P 0 0 反應(yīng)不能自發(fā)進行反應(yīng)不能自發(fā)進行第15頁/共33頁對于液相反應(yīng)對于液相反應(yīng)a

12、A + bB gG+ hH bBaAhHgGCCCCCCCCRTrGrG)/()/()/()/(ln 當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時，當(dāng)體系處于平衡狀態(tài)時， rG = 0，則：，則：bBaAhHgGCCCCCCCCRTrG)/()/()/()/(ln 此時，此時， CA、 CB 、CG和和 CH分別等于平衡濃度。分別等于平衡濃度。 CKRTrGln 化學(xué)等溫式化學(xué)等溫式第16頁/共33頁bBaAhHgGCCCCCCCCCRTKRTrG)/()/()/()/(lnln CbBaAhHgGQCCCCCCCC )/()/()/()/( 令令 CCKQRTrGln 濃度濃度商商第17頁/共33頁bBaAhHgG

13、PPPPPPPPPRTKRTrG)/()/()/()/(lnln 同理，對于氣相反應(yīng)：同理，對于氣相反應(yīng)： PPKQRTrGln Q = K ,rG GT,PT,P0, 0, 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)Q K ,rG GT,PT,P0,0,逆向自發(fā)進行，逆向自發(fā)進行，至至Q = K 為止為止QP為分壓為分壓商商第18頁/共33頁4.2.3 利用多重平衡規(guī)則計算平衡常數(shù)利用多重平衡規(guī)則計算平衡常數(shù) SO2+1/2 O2 SO3 2/12231OSOSOK NO2 NO+ 1/2 O222/122NOONOK SO2+NO2 SO3+NO2233NOSONOSOK 從反應(yīng)式看從反應(yīng)式看: =

14、 + 從經(jīng)驗平衡常數(shù)表達式推導(dǎo)：從經(jīng)驗平衡常數(shù)表達式推導(dǎo)： K3= K1 K2rG G1 1 rG G2 2 rG G3 3 rG G3 3 =rG G1 1 +rG G2 2 CKRTrGln K3 = K1 K2 第19頁/共33頁【例【例3】已知下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：】已知下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：(1) HCN H+ + CN K1 = 4.910-10 (2) NH3 +H2O NH4+ +OH K2 = 1.810-5(3) H2O H+ + OH Kw = 1.010-14 試計算下面反應(yīng)的平衡常數(shù)：試計算下面反應(yīng)的平衡常數(shù)： (4) NH3 + HCN NH4+ + CN 解：解： (

15、4) = (1) + (2)(3) 根據(jù)多重平衡規(guī)則：根據(jù)多重平衡規(guī)則：88. 0100 . 1108 . 1109 . 41451021 WKKKK第20頁/共33頁 化學(xué)平衡的移動化學(xué)平衡的移動 濃度對化學(xué)平衡的影響濃度對化學(xué)平衡的影響 壓力對化學(xué)平衡的影響壓力對化學(xué)平衡的影響 溫度對化學(xué)平衡的影響溫度對化學(xué)平衡的影響 選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則選擇合理生產(chǎn)條件的一般原則第21頁/共33頁4.3.1 濃度對化學(xué)平衡的影響濃度對化學(xué)平衡的影響 (液相反應(yīng)液相反應(yīng))1、增大反應(yīng)物濃度或減少產(chǎn)物濃度，使?jié)舛壬?、增大反?yīng)物濃度或減少產(chǎn)物濃度，使?jié)舛壬蘍減減 小，小， Q 0 0，升高溫度，平衡向正

16、向升高溫度，平衡向正向( (吸熱吸熱) )移移動動; ;降低溫度，平衡向逆向降低溫度，平衡向逆向( (放熱放熱) )移動。移動。 )11(ln2112TTRHKKmr r rG Gm m = = r rH Hm m T T. .r rS Sm m KRTGmrln - RTln- RTlnK K = = r rH Hm m T T. .r rS Sm m RSRTHKmrmr ln(2)(2)當(dāng)當(dāng)r rH Hm m 0 0 0的反的反應(yīng)應(yīng) C. r rH Hm m 0 0的反應(yīng)的反應(yīng) D. 氣體體積減小的反氣體體積減小的反應(yīng)應(yīng)2. 在在1073K，反應(yīng)，反應(yīng)CaO(s)+CO2 (g) CaC

17、O3 (s) K = 3.110-5，則，則CO2的相對平衡分壓為的相對平衡分壓為 A .3.110-5 B. (3.110-5)1/2 C. 1/(3.110-5) D. (3.110-5)2 第29頁/共33頁3. 已知反應(yīng)已知反應(yīng)H2 (g)+Br2 (g) 2HBr(g)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)數(shù) K1 = 410-2，則同溫度下反應(yīng)，則同溫度下反應(yīng) HBr(g) H2 (g)+1/2Br2 (g)的的K2 = A. (410-2 )-1 B. 210-1 C. 410-2 D. (410-2 )-1/2 第30頁/共33頁例：例：P67-9解：解： PCl5(g) PCl3 (g) + Cl2 (g) 平衡濃度：平衡濃度： 1.00 0.204 0.204 （molL1） 反應(yīng)濃度：反應(yīng)濃度： 0.204 0.204