第三章 化學(xué)平衡.ppt

1、第五章 化學(xué)平衡,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡,一、可逆反應(yīng)：在同一條件下，某一反應(yīng)既能向正反應(yīng)方向又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。 二、化學(xué)平衡： 化學(xué)平衡：當(dāng)可逆反應(yīng)進(jìn)行到正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)的狀態(tài)。,化學(xué)平衡是指在一定條件下的可逆反應(yīng)，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。,化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)的平衡。,什么是化學(xué)平衡？,問(wèn)題1：,注意,2.化學(xué)平衡狀態(tài)具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)： （1）正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的反應(yīng)速率相等是化 學(xué)平衡建立的條件。V正=V逆0 （2）化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)進(jìn)行的最大限度。反應(yīng)物與生成物的濃度不再隨時(shí)間改變，這是建立平衡的標(biāo)志。（平衡濃度確定不變）,

2、（3）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。（化學(xué)平衡是一個(gè)有條件的動(dòng)態(tài)平衡）,可逆程度顯著的反應(yīng)：,逆向的傾向較弱的反應(yīng)：,不可逆反應(yīng)（極少數(shù)）：,前提：恒溫條件下，封閉體系中進(jìn)行的可逆反應(yīng),條件：正、逆反應(yīng)速率相等,標(biāo)志：各物質(zhì)濃度不隨時(shí)間改變,化學(xué)平衡是相對(duì)的有條件的平衡,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及其計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系而得到的平衡常數(shù)稱為熱力學(xué)平衡常數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（K）。,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及其計(jì)算,一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 的表達(dá)式,相對(duì)平衡濃度,物質(zhì)B的化學(xué)計(jì)量數(shù),

3、標(biāo)準(zhǔn)濃度,產(chǎn)物,反應(yīng)物,稀溶液中反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),稀溶液中反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表示方法,標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量濃度,B的相對(duì)平衡濃度,該式表明：在一定溫度下，稀溶液中的可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和生成物的相對(duì)平衡濃度以化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積是一個(gè)常數(shù)。,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及其計(jì)算,相對(duì)平衡分壓,物質(zhì)B的化學(xué)計(jì)量數(shù),標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng),產(chǎn)物,反應(yīng)物,氣體混合物反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),氣體混合物反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),標(biāo)準(zhǔn)壓力,B的相對(duì)平衡分壓,該式表明：在一定溫度下，氣體混合物中的可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和生成物的相對(duì)平衡分壓以化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積是一個(gè)常數(shù)。,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

4、及其計(jì)算,非均相反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，各物質(zhì)均已各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為參考態(tài)。物質(zhì)為氣體，則以標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)作參考；物質(zhì)是溶液中的溶質(zhì)，則以標(biāo)準(zhǔn)濃度為參考；若是液體或固體，其參考態(tài)為純液體或純固體，所以液體和固體狀態(tài)可以不出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達(dá)式中（稀溶液中的溶劑經(jīng)常也這么處理）。,非均相反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù),注意,純固體、純液體和稀溶液中的溶劑的濃度不應(yīng)出現(xiàn)在反應(yīng)式中。,練習(xí)一：寫出下面可逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)關(guān)系式：,Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq),多重平衡規(guī)則,將兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)相加（減），所得總反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)等于這兩個(gè)相加（減）反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平

5、衡常數(shù)之積（商）。,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及其計(jì)算,使用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng),? 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的值與濃度無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān),? 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式和值與方程式的寫法及系數(shù)有關(guān),? 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式中的濃度為平衡濃度,( )1/2,=( )-1,標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的意義：,1.表明化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行限度的物理量。 2.在一定的溫度下，不同的化學(xué)反應(yīng)各有其特定的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。 3.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值越大，達(dá)到平衡時(shí)生成物的分壓或濃度越大，而反應(yīng)物的分壓或濃度越小，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度就越大；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值越小，達(dá)到平衡時(shí)生成物的分壓或濃度越小，而反應(yīng)物的分壓或濃度越大，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度就越小。,化學(xué)

6、平衡的計(jì)算,例一：某溫度時(shí)，反應(yīng),中的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為9。若用0.020molCO(g)和0.020molH2O(g)作用于1L容器中，計(jì)算在這種條件下，CO的轉(zhuǎn)化率最大是多少？,平衡轉(zhuǎn)化率是在一定條件下理論上所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)化率。,解：設(shè)平衡時(shí)有xmol的CO2和H2生成,x=0.015mol,例題：定溫定容下，GeO(g)與W2O6 (g) 反應(yīng)生成GeWO4 (g) ：,若反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，GeO和W2O6 的分壓均為100.0kPa，平衡時(shí) GeWO4 (g) 的分壓為98.0kPa。求平衡時(shí)GeO和W2O6的分壓以及反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。,2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4

7、(g),p(W2O6)=100.0 kPa - kPa=51.0 kPa,p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa,解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g),平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0- 98.0,開(kāi)始pB/kPa 100.0 100.0 0,變化pB/kPa -98.0 - 98.0,平衡轉(zhuǎn)化率：,解：pV = nRT 因?yàn)門 、V 不變，pnB,p0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPa p0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa,反應(yīng)開(kāi)始時(shí)c0(C

8、O)=0.0350molL-1， c0(Cl2)=0.0270molL-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。,例題：已知反應(yīng)CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) 在定溫定容條件下進(jìn)行,373K時(shí)K =1.5108。,開(kāi)始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0 開(kāi)始pB/kPa 108.5 83.7 0 假設(shè)Cl2全部轉(zhuǎn)化 108.5-83.7 0 83.7 又設(shè)COCl 2轉(zhuǎn)化x x x -x 平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x,解： CO(g)+Cl2 (g) COCl 2(g),平衡時(shí):p(CO)=24

9、.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa,假設(shè) 83.7-x 83.7， 24.8+x 24.8 。,因?yàn)镵 很大，x很小，,第三節(jié) 化學(xué)平衡的移動(dòng),當(dāng)外界條件發(fā)生改變，可逆反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另外一種條件下的平衡狀態(tài)的過(guò)程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng)。,反應(yīng)商,任意稀溶液中反應(yīng)的濃度商的表示方法,濃度商,cD、cH、cE和cF為任意時(shí)刻D、H、E、F的物質(zhì)的量濃度,濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響：,定性：在平衡體系中，如果其他條件不變，增大（或減小）其中某物質(zhì)的濃度，平衡就向減?。ɑ蛟龃螅┰撐镔|(zhì)濃度的方向移動(dòng)。 定量：,用濃度商判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向,反應(yīng)處于平衡狀

10、態(tài),正方向自發(fā)進(jìn)行,逆方向自發(fā)進(jìn)行,反應(yīng)商判據(jù)：,JK 反應(yīng)正向進(jìn)行；,J = K 系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)；,J K 反應(yīng)逆向進(jìn)行。,(1)當(dāng)c(Ag+)=1.00 10-2molL-1, c(Fe2+)=0.100 molL-1, c(Fe3+)= 1.00 10-3molL-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0.300 molL-1,求Ag+ 的轉(zhuǎn)化率。,例題：25oC時(shí)，反應(yīng) Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag

11、(s) 的K =3.2。,解：(1)計(jì)算反應(yīng)商，判斷反應(yīng)方向,JK , 反應(yīng)正向進(jìn)行。,開(kāi)始cB/(molL-1) 0.100 1.0010-2 1.0010-3 變化cB/(molL-1) -x -x x 平衡cB/(molL-1) 0.100-x 1.0010-2-x 1.0010-3+x,(2) Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s),c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.8410-2 molL-1 c(Fe3+)= 2.6 10-3molL-1,3.2x21.352x2.210-3=0 x=1.610-3,(3)求 Ag+ 的轉(zhuǎn)化率,平

12、衡 0.300- 1.0010-2 1.0010-3+ cB/(molL-1) 1.0010-22 (1- 2) 1.0010-2 2,(4) 設(shè)達(dá)到新的平衡時(shí)Ag+ 的轉(zhuǎn)化率為2,Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s),壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響 1.壓力的改變有兩種情況： （1）改變氣體的分壓； （2）改變體系的總壓力。 2.改變氣體的分壓： 與改變其物質(zhì)的濃度情況相同。 3.改變體系的總壓力:,對(duì)于氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，B(g) 0， x B(g) 1，JK ，平衡向逆向移動(dòng)，即向氣 體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。,對(duì)于氣體分子數(shù)減小的反應(yīng) ，B(g) 0， x B(g

13、) 1， J K ，平衡向正向移動(dòng)，即 向氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)。,對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)， B(g) =0， x B(g) =1， J = K ，平衡不 移動(dòng)。,任意氣體混合物反應(yīng)的壓力商,壓力商,分別為D、H、E、F在任意時(shí)刻的分壓。,用反應(yīng)商判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向,反應(yīng)處于平衡狀態(tài),正方向自發(fā)進(jìn)行,逆方向自發(fā)進(jìn)行,解釋1：,為什么增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行？,正方向自發(fā)進(jìn)行,解釋2：,為什么單一增大反應(yīng)物分壓或單一減小生成物分壓使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行？,正方向自發(fā)進(jìn)行,解釋3：,為什么在恒溫恒容的氣體混合物反應(yīng)中充入惰性氣體，不影響平衡？,平衡狀態(tài),解釋

14、4：,為什么在恒溫恒壓的氣體混合物反應(yīng)中充入惰性氣體，平衡向分子數(shù)目增大的方向進(jìn)行？,在惰性氣體存在下達(dá)到平衡后，再定 溫壓縮, B(g) 0，平衡向氣體分子數(shù)減小 的方向移動(dòng), B(g) =0，平衡不移動(dòng)。,對(duì)定溫定壓下已達(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 B(g) 0，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)。,對(duì)定溫定容下已達(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， J= K ，平衡不移動(dòng)。,惰性氣體的影響,解釋5：,為什么增大氣體反應(yīng)的總壓力，會(huì)使反應(yīng)向氣體分子數(shù)目減小的方向移動(dòng)？,現(xiàn)使體系壓力增大m倍，則氣體的分壓也增大m倍,如果(d+h)(e+f)0,如果(d+h)(e+f)0,逆方向,正方向,溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響：,定性：升高溫度，有利于吸熱反應(yīng)，這時(shí)，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