第三章(二).化學(xué)平衡.ppt

1、第十五章：光學(xué)異構(gòu),基礎(chǔ)化學(xué),教學(xué)目的,教學(xué)重點(diǎn),教學(xué)難點(diǎn),教學(xué)安排,講授：錢 偉 Email: Tel:第三章 化學(xué)平衡,本章教學(xué)要求,1熟悉化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡的基本特征； 2掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)方式、意義和計(jì)算； 3理解濃度、壓力、溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響； 4初步認(rèn)識(shí)多重平衡原理和多重平衡常數(shù)的表達(dá)；,第一節(jié)： 胺 類,不可逆反應(yīng)：是可以進(jìn)行到底的反應(yīng)。,可逆反應(yīng)：不能進(jìn)行到底的反應(yīng)。,1、化學(xué)反應(yīng)的可逆性,第一節(jié) 化學(xué)平衡,在同一條件下，某一反應(yīng)既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，這便叫做反應(yīng)的可逆性。幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都具有可逆性，即為可逆

2、反應(yīng)(reversibleleaction)。,一、化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡,與此同時(shí)，氫氣也可與二氧化碳作用生成一氧化碳 和水蒸氣：,以上兩個(gè)反應(yīng)，實(shí)際上可寫成： CO(g) + H2O(g) CO2 (g)+H2(g),以下反應(yīng)均為可逆反應(yīng)：,HAc + H2O Ac- + H3+O 弱酸的電離平衡,AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) 沉淀溶解平衡,Ag+ + 2NH3 Ag(NH3)2+ 配 位 平 衡,Mn+ + ne M 氧化還原平衡,例如：把CO2和H2放在密閉容器中加熱到高溫，它們開始反應(yīng)生成CO和H2O。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CO2和 H2的濃度逐漸降低，正反應(yīng)速率

3、逐漸 減慢。同時(shí)，自生成CO和H2O起，逆反應(yīng)也就開始 了，但這時(shí)逆反應(yīng)速率很慢，隨著正反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物CO和H2O的濃度越來越多，逆反應(yīng)速率逐漸變快。經(jīng)過一定時(shí)間，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等了，CO2、H2、H2O、CO四種氣體的濃度不再隨時(shí)間改變，這時(shí)建立了化學(xué)平衡。,2、化學(xué)平衡,CO2 (g)+H2(g) CO(g) + H2O(g),化學(xué)平衡狀態(tài)具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn),（1）只有在恒溫下，封閉體系中進(jìn)行的可逆反應(yīng) 才能建立化學(xué)平衡，這是建立平衡的前提。 （2）化學(xué)平衡建立的條件：正向反應(yīng)和逆向反應(yīng) 的反應(yīng)速率相等。 （3）化學(xué)建立平衡的標(biāo)志：反應(yīng)物和生成物的濃度 不隨時(shí)間改變。 （4）

4、化學(xué)平衡是相對(duì)的和有條件的動(dòng)態(tài)平衡。,當(dāng)外界因素改變時(shí)，正、逆反應(yīng)速率發(fā)生變化，原有平衡將受到破壞，直至在新條件下又建立起新的化學(xué)平衡。,1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),對(duì)于可逆反應(yīng) aA+bB dD+eE 在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，產(chǎn)物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方乘積之比是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)關(guān)系稱為化學(xué)平衡定律。,二、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與相關(guān)計(jì)算,K是無量綱的量,K稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，A、B、D、E表示相 應(yīng)物種的平衡濃度，單位為molL-1，C=1molL-1,（1）稀溶液中反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度不再隨時(shí)間而變，這時(shí)的濃度稱為平衡濃度。它們之間存在如下定量關(guān)系：,(

5、aq) eE (aq) (aq) + hH (aq),PD、PE、PG、PH分別為各反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡分壓； P為標(biāo)準(zhǔn)壓力， P= 101.325kPa,（2）氣體混合物反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),(g) eE (g) (g) + hH (g),平衡分壓之間存在如下定量關(guān)系：,在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，存在如下定量關(guān)系：,（3）非均相反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),eE (s) + f(aq) dD(l) + hH (g),對(duì)非均相可逆反應(yīng)：,例如：用鹽酸溶解碳酸鈣的離子反應(yīng)： CaCO3(s)+2H+(aq)=Ca2+(aq)+CO2(g)+H2O(l),在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：,課 堂

6、 例 題,（1）有固體、純液體參與反應(yīng)的體系,CaCO3(s)= CaO(s)CO2(g),固體物質(zhì)、純液體或稀溶液中的溶劑，其濃度不隨反應(yīng)而變化，所以可將它們的濃度視為1。,2、書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則,如： Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+ K=CrO42-2H+2/Cr2O72-,（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān),例如：373K時(shí)N2O4和NO2的平衡體系。 N2O4(g) 2NO2(g) K1=NO22/N2O4 2N2O4(g) 4NO2(g) K2=NO24/N2O42 2NO2(g) N2O4(g) K3=N2O4/NO22 即 K12=K2 K1=

7、1/K3 所以平衡常數(shù)必須與反應(yīng)方程式相互對(duì)應(yīng)。,（3）正、逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)互為倒數(shù),2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) （1）K1,2SO3(g) 2SO2(g)O2(g) （2）K2,（4）多重反應(yīng)平衡體系,將兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)相加，所得總反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常 數(shù)等于這兩個(gè)相加反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之乘積。,2NO(g)O2(g) 2NO2(g) （1）,2NO2(g) N2O4(g) （2）,2NO(g)O2(g) N2O4(g) （3）,從反應(yīng)式看（1）+（2）=（3）而且：,=K3,多 重 平 衡 原 理,多重平衡原理,（5）為書寫方便，在K表達(dá)式中可將C省略,K與反應(yīng)物濃度或分壓無關(guān)，

8、但與溫度有關(guān)。,K值越大，可逆反應(yīng)向右進(jìn)行得越徹底； K值越小，可逆反應(yīng)向右進(jìn)行的程度就越小。,K是一定溫度下，可逆反應(yīng)可能進(jìn)行的最大 限度的量度。,某溫度下，反應(yīng)SO2 + 1/2 O2 = SO3的平衡常數(shù) K =50；在同一溫度下，反應(yīng)2SO3 = 2SO2 + O2 的平衡常數(shù)K =( ) A. 2500 B . 410-4 C . 100 D . 210-2,B,課 堂 例 題,課 堂 例 題, HS- H+ + S2-,例： H2S H+ + HS-,請(qǐng)從理論上預(yù)測(cè)下列反應(yīng)的趨勢(shì)：,解：（）=（）+（）（-2）,（）,（）,（）,課 堂 例 題,因此Mg(OH)2在氯化銨溶液中的溶

9、解趨勢(shì)不大，實(shí)際工作中，應(yīng)該用大濃度的氯化銨溶液。,外界條件改變，可逆反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種條件下的平衡狀態(tài)的過程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng)(shift of chemical equilibrium)。,下面我們討論濃度、壓力、溫度等因素對(duì) 化學(xué)平衡的影響。,三、影響化學(xué)平衡的因素,1、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響,一定溫度下，對(duì)于可逆反應(yīng),濃度商,a A + d D gG + h H,、 、 、 是 A、D、G、H 物質(zhì)在任意狀態(tài)下的的濃度。,在平衡體系中，如果其它條件不變，增大(或減小)其中某物質(zhì)的濃度，平衡就向減小(或增大)該物質(zhì)濃度的方向移動(dòng)。,QcK，正反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 Qc = K，反應(yīng)處于

10、平衡狀態(tài) QcK，逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,例：已知反應(yīng) CO+H2O CO2+H2 平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為cCO=0.8mol.L-1, 1.8mol.L-1, 1.2mol.L-1,CO的起始濃度為2mol.L-1,求CO的轉(zhuǎn)化率。如果其他條件不變，使水蒸氣的濃度增至6mol.L-1，再求CO的轉(zhuǎn)化率。,解： CO + H2O = CO2 + H2 平衡： 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,CO的轉(zhuǎn)化率 = 100% = 60.0%,y = 0.37 mol.L-1,CO的轉(zhuǎn)化率 = 100%

11、 = 78.5%,由于壓力對(duì)固體和液體體積的影響極小，所以壓力改變對(duì)固體和液體反應(yīng)的平衡體系幾乎沒有影響。對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，壓力改變可能使平衡發(fā)生移動(dòng)。,壓力改變有兩種情況： 改變某氣體的分壓：則與改變其物質(zhì)濃度的 情況相同。 改變體系的總壓力：只對(duì)那些反應(yīng)前后氣體 子數(shù)目有變化的反應(yīng)有影響。,2、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響,增大體系的總壓力，平衡向氣體分子數(shù)目減少的方向移動(dòng)。 減小體系的總壓力，平衡向氣體分子數(shù)目增多的方向移動(dòng)。,eE (g) + f(g) dD (g) + hH(g),平衡時(shí):,如保持其它條件不變，只改變體系的總壓力使之為原來的m倍，各氣體的分壓也將都變?yōu)樵瓉矸謮旱膍倍，這時(shí)

12、：,式中 m1時(shí)，為增大體系的總壓力； m1時(shí)，為減小體系的總壓力。,不論體系的總壓力如何改變，當(dāng) 0時(shí)， J= K，也就是說，如果反應(yīng)前后的氣體分子總數(shù)相等時(shí)，其平衡狀態(tài)不受體系總壓力改變的影響。,當(dāng) (ef)(dh)時(shí)，為氣體分子數(shù)目減少的反應(yīng)： 若m1時(shí)，J K，平衡向正反應(yīng)方向，即向 氣體分子數(shù)目減少的方向移動(dòng)。 若m1時(shí)， JK，平衡向逆反應(yīng)方向，即向 氣體分子數(shù)目增多的方向移動(dòng)。,當(dāng)(ef)(dh)時(shí)，為氣體分子數(shù)目增多的反應(yīng)： 若m1時(shí)，JK，平衡向逆反應(yīng)方向，即氣體 分子數(shù)目減少的方向移動(dòng)。 若m1時(shí)，JK，平衡向正反應(yīng)方向，即氣體 分子數(shù)目增多的方向移動(dòng)。,2NO2(g) N

13、2O4(g) rH= -57.19kJ.mol-1,(紅棕色),(無色),模擬實(shí)驗(yàn),溫度對(duì)化學(xué)平衡影響的實(shí)驗(yàn),3、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響,濃度和壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響是通過改變體系的反應(yīng)商Q 、J，使之不再等于K來實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)K不變。 溫度的影響則不同，它是通過改變K，導(dǎo)致平衡發(fā)生移動(dòng)的。,（1）若反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，rH則為正值:,升高溫度：T2T1 0 K2 K1,升高溫度使K值增大，平衡將向正反應(yīng)方向, 即向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。,降低溫度：T2 T1 0 K2 K1,降低溫度，K值減小，平衡將向逆反應(yīng)方向， 即放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。,（2）若反應(yīng)是放熱反應(yīng)，rH則為負(fù)值:,略.,總之，升高溫度，有利于

14、吸熱反應(yīng)，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，有利于放熱反應(yīng)，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。,假如改變平衡系統(tǒng)的條件之一，如濃度、壓力、溫 度等，平衡就向能減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。這個(gè) 規(guī)律叫做呂查德里原理，也叫做平衡移動(dòng)原理。,化學(xué)平衡移動(dòng)的規(guī)律,法國(guó)的化學(xué)家呂查德里(Le Chatelier)在1887 年從以上這些結(jié)論中，總結(jié)出一條著名規(guī)律：,1、一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在給定的條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行， 又能向逆反應(yīng)進(jìn)行，這種現(xiàn)象叫做_, 這種反應(yīng)稱為_反應(yīng)。,2、在定壓下升高溫度，雖然正、逆反應(yīng)速率都會(huì)增加，但 利于_反應(yīng)，平衡向_反應(yīng)方向移動(dòng)；降低 溫度，雖然正、逆反應(yīng)速率都會(huì)減小，但有利_反應(yīng)，

15、 平衡向_反應(yīng)方向移動(dòng)。,化學(xué)反應(yīng)的可逆性,可 逆,吸 熱,吸 熱,放 熱,放 熱,課 堂 習(xí) 題,填 空 題,3、催化劑能顯著改變反應(yīng)速率，但不會(huì)影響_。,4、可逆反應(yīng)從一種條件下的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種 條件的平衡狀態(tài)的過程叫做_ 。,5、反應(yīng)Cr2O72- + 14H+ + 6Cl- =2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O 達(dá)到 平衡時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) K 的表達(dá)式為 。,化學(xué)平衡,化學(xué)平衡的移動(dòng),課 堂 習(xí) 題,填 空 題,1、下列方法中，能改變可逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的是( ) A. 改變體系的溫度 B. 改變反應(yīng)物濃度 C. 加入催化劑 D. 改變平衡壓力 2、化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的特征

16、是( ) A.各反應(yīng)物和生成物的濃度相等 B.正逆反應(yīng)物的速率常數(shù)相等 C. 各反應(yīng)物和生成物的濃度等于常數(shù) D. 各物質(zhì)的濃度不隨時(shí)間而變,A,D,課 堂 習(xí) 題,選 擇 題,4、可逆反應(yīng)2NO(g) N2(g)+O2(g) ，rH= -173.4 kJmol。 對(duì)此反應(yīng)的逆反應(yīng)來說，下列說法正確的是( ) A. K與溫度無關(guān) B. 溫度升高，K減小 C. 當(dāng)溫度升高時(shí)，K增大 D. 增大NO的分壓，K將改變,C,3、反應(yīng)A+B C+D 為放熱反應(yīng)，若溫度升高10， 其結(jié)果是( ) A. 對(duì)反應(yīng)沒有影響 B. 使平衡常數(shù)增大一倍 C. 不改變反應(yīng)速率 D. 使平衡常數(shù)減小,D,課 堂 習(xí) 題

17、,選 擇 題,6、反應(yīng)N2（g）+3H2（g） 2NH3（g） ，rH0 ， 理論上采用的反應(yīng)條件是( ) A. 低溫低壓 B. 高溫高壓 C. 低溫高壓 D. 高溫低壓,C,5、可使任何反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)增加產(chǎn)率的措施是( ) A. 升溫 B. 加壓 C. 增加反應(yīng)物濃度 D .加催化劑,C,課 堂 習(xí) 題,選 擇 題,1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)隨起始濃度不同而不同。 ( ) 2、一個(gè)反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是各物質(zhì)濃度不隨時(shí)間而改變。 ( ) 3、當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各反應(yīng)物和生成物的濃度一定 相等。 ( ) 4、對(duì)于沒有氣體參加的可逆反應(yīng)來說，壓力的改變一般不會(huì) 使平衡發(fā)生移動(dòng)。 ( ) 5、只有簡(jiǎn)單反應(yīng)

18、，才能根據(jù)給定的反應(yīng)方程式寫出標(biāo)準(zhǔn)平衡 常數(shù)表達(dá)式。 ( ),課 堂 習(xí) 題,判 斷 題,自測(cè)題：,D,2. 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,C,B,4. 在763.15K時(shí)，H2(g)+I2(g) 2HI(g)的 Kc= 45.9，當(dāng)各物質(zhì)的起始濃度 c(H2) = 0.0600molL-1, c(I2)=0.400molL-1和c(HI) =2.00molL-1進(jìn)行混和，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 的方向是（ ） A. 自發(fā)向右進(jìn)行 B. 自發(fā)向左進(jìn)行 C. 反應(yīng)處于平衡狀態(tài),B,C,計(jì)算題： （1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3的某Na2CO3溶液，密度為1.05gml-1 ，試求溶液c(Na2CO3)、x(Na2CO3)和b(Na2CO3)。 （2）有兩種溶液在同一溫度時(shí)結(jié)冰，已知其中一種溶液為1.5g尿素CO(NH2)