第五章-化学平衡.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 化学平衡,Chapter 5 Chemical Equilibrium,无机化学,第1页,(1)反应方向性；(热力学问题),(2)反应所需时间，反应速率。(动力学问题),(3)反应转化率，化学平衡问题；,化学反应研究主要问题,第2页,5.1,化学反应可逆性和化学平衡,5.2,化学反应进行方向及,平衡常数,5.3,标准平衡常数,K,与,r,G,m,关系,5.4,化学平衡移动,基本内容和重点要求,掌握化学平衡概念,了解经验平衡常数,标准平衡常数物理意义,掌握化学平衡移动原理,掌握相关化学平衡及平衡移动计算。,第3页,1.化学反应可逆性：,在一定条件下，一个化学反应既可按反应方程式从左向右进行，又能够从右向左进行。比如：,CO(g)+H,2,O(g)CO,2,(g)+H,2,(g),Ag,+,(aq)+Cl,-,(aq)AgCl(s),2.,可逆反应普遍性：,几乎全部化学反应都有可逆性，但各个化学反应可逆程度有很大差异。即使同一反应，不一样条件下，表现出可逆性也不一样，,5.1,化学反应可逆性和化学平衡,第4页,3.,化学平衡是动态平衡：,所谓,化学平衡状态,就是在可逆反应体系中，正反应和逆反应速率相等时反应物和生成物浓度不再随时间而改变状态。,比如 2,H,2,(g)+O,2,(g)2H,2,O(g),在 8731273,K,，生成水方向,在42735273,K,，分解水方向,第5页,8.2.1 经验平衡常数,8.2.2 平衡常数和化学反应程度,8.2.3 标准平衡常数,8.2.4 标准平衡常数与化学反应方向,5.2,平衡常数,第6页,5.2.1,经验平衡常数,H,2,(g)+I,2,(g)=2 HI(g),在一定温度下，,K,为常数,（,1,）各种经验平衡常数,第7页,对任何可逆反应，在一定温度下达平衡时，生成物浓度以反应式中计量系数为指数幂乘积与反应物浓度以反应式中计量系数为指数幂乘积之比是一常数,经验平衡常数,K,。单位,浓度平衡常数,2.,若为气相反应,压力平衡常数,1.,若为溶液中反应，,第8页,K,p,与,K,c,关系,反应物生成物都近乎理想气体气态方程,p,=c,RT,时,(,只适合用于单纯气体反应,),反应物或生成物中同时存在溶液状态、气体状态、固体状态时，,纯液相、纯固相和稀溶液中水不出现在平衡常数表示式中,，该反应平衡常数表示式气体用分压表示，溶液用浓度表示，平衡常数,K,x,，称为,杂平衡常数,。,P310,3,.,若为复相反应,第9页,（,2,）平衡常数几点说明,例：,N,2,O,4,(g),2 NO,2,(g),T,/K,273 323 373,K,c,510,-4,2.210,-2,3.710,-1,平衡常数只是温度函数，而与反应物或产物起始浓度无关。,例：,N,2,(g)+3 H,2,(g)2NH,3,(g),K,1,=1.60,10,5,1/2N,2,(g)+3/2 H,2,(g)NH,3,(g),K,2,=3.87,10,2,K,1,K,2,，,K,1,=K,2,2,平衡常数表示式需与反应方程式相对应,。,第10页,K,越大，反应越彻底，反应倾向性越大；,例：2,SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),298K,时，,K,=3.6 10,24,平衡常数只表现反应进行程度，即可能性问题，而不表现抵达平衡所需时间，即现实性问题,。,例:,2,NO(g)+O,2,(g),2NO,2,K,1,2NO,2,(g),N,2,O,4,K,2,2NO(g)+O,2,(g),N,2,O,4,(g),K=K,1,K,2,多重平衡规则,：,若干方程式相加,(,减,),，则总反应平衡常数等于分步平衡常数之乘积,(,商,)。,第11页,5.2.2,平衡常数和化学反应程度,例：,反应,CO(g)+H,2,O(g)H,2,(g)+CO,2,(g),某温度时，,K,c,=9。CO,和,H,2,O,起始浓度皆为,0.02,moldm,3,时，求,CO,平衡,转化率,。,解：,CO(g)+H,2,O(g)H,2,(g)+CO,2,(g),t,0,0.02 0.02 0 0,t,平,0.02,x,0.02,x,x,x,转化率,当,K,c,=4,和,1,时，转化率分别为,67,和,50%,。,第12页,5.2.3,标准平衡常数,将浓度或分压分别除以各自标准态，即得,相对浓度或相对分压,。,例：浓度,A =5 mol dm,3,相对浓度为,故相对浓度和相对分压都是没有单位量。,平衡时，相对浓度和相对分压当然也将保持不变。,分压,p,A,=10,1.013 10,5,Pa,相对分压为,第13页,对溶液反应,a A(aq)+b B(aq)g G(aq)+h H(aq),平衡时,对气相反应,a A(g)+b B(g)g G(g)+h H(g),平衡时,对于复相反应，如,CaCO,3,(s)CaO(s)+CO,2,(g),平衡时,K,称为,标准平衡常数,，是一个相对平衡常数，无量纲。,第14页,(1),标准平衡常数书写方法,若某组分以气态存在则以相对分压表示；,若某组分以溶质存在则以相对浓度表示；,若反应中有纯固体、纯液体参加，则认为,x,i,=1,，不写入。稀溶液中溶剂视为纯液体，不写入。,例：,第15页,解：,例,:,反应,A(g)2 B(g),在某温度到达平衡时，各组分分压均为,1.013 10,5,Pa，,求其经验平衡常数,K,p,和标准平衡常数,K,。,在液相反应,K,c,与,K,在数值上相等，而在气相反应,K,p,普通不与其,K,数值相等。,第16页,5.2.4,标准平衡常数与化学反应方向,Q K,，,逆向进行,Q=K,，,平衡状态,Q:,反应商,第17页,Q,与,K,关系与反应方向,第18页,8.3.1,化学反应等温式,8.3.2,f,G,m,、,r,G,m,和,r,G,m,关系,5.3,标准平衡常数,K,和,r,G,m,关系,第19页,5.3.1,化学反应等温式,化学反应,a A(aq)+b B(aq),g G(aq)+h H(aq),在某时刻，各物质浓度并非标准态，此时反应商为,Q。,化学热力学中有以下关系式，表明,r,G,m,，Q,和,r,G,m,三者之间关系：,r,G,m,=,r,G,m,+RTlnQ,这就是,化学反应等温式,。用该式能够求出,r,G,m,，,以做为非标准态下化学反应进行方向判据。,0 非自发,第20页,故由化学反应等温式,r,G,m,=,r,G,m,+RTlnQ=0,得,r,G,m,=RTln,K,当体系处于平衡时，,r,G,m,=0,，,同时,Q=K,即,这一公式将两个主要热力学数据,r,G,m,和,K,联络起来。,将,r,G,m,=RTln,K,代入,化学等温式,，得,r,G,m,=RTln,K,+RTlnQ,将非标准态下两种判据联络起来,第21页,Q K,时，反应正向进行，由公式得,r,G,m,K,时，反应逆向进行，由公式得,r,G,m,0,；,Q=K,时，反应到达平衡，由公式得,r,G,m,=0,。,r,G,m,-40,kJ/mol K 10,+7,反应自发、完全,r,G,m,+40,kJ/mol K 10,7,反应不可能,-40,r,G,m,+40 10,7,K 10,+,7,可逆反应,经验数据,第22页,5.3.2,f,G,m,、,r,G,m,和,r,G,m,关系,r,G,m,=,i,f,G,m,(,生成物),i,f,G,m,(,反应物),r,G,m,=,r,G,m,+RTlnQ,r,G,m,r,H,m,-,T ,r,S,m,，,标准态,T,K,r,G,m,r,H,m,-,T ,r,S,m,，,任何状态,第23页,5.4.1,浓度对平衡影响,5.4.4,合理生产条件普通标准,5.4.3,温度对平衡影响,5.4.2,压强对平衡影响,5.4,化学平衡移动,第24页,平衡移动：,当外界条件改变时，化学反应,从旧平衡状态转到新平衡状态过程，称为,平衡移动,。,改变平衡体系条件之一，,如,温度、压力或浓度,等,。,5.4.1,浓度对平衡影响,当化学反应处于平衡时，,Q =K,当,c（,反应物）增大或,c（,生成物）减小时,Q K,，,平衡向逆向移动。,第25页,5.4.2,压强对平衡影响,例：某温度下，反应,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),达平衡时：,现将体系总压扩大 2 倍，试判断平衡移动方向。,解：,p,i,=p,总,x,i,，x,i,不变，,p,总,扩大 2 倍，,p,i,将扩大 2 倍。,故,即,平衡右移,第26页,压强改变对没有气体参加反应影响不大，对反应前后气体分子数相同反应，不会影响化学平衡。,恒温下，增大压强平衡向气体分子数降低方向移动；减小压强平衡向气体分子数目增大方向移动。,体积改变影响能够归结为浓度或压强改变影响,。,规律：,8.4.3 温度对平衡影响,r,G,m,=RTlnK,，,r,G,m,=,r,H,m,T,r,S,m,lnK,=,r,S,m,/R,r,H,m,/RT,第27页,不一样温度,T,1,，T,2,时，分别有等式,(1),(2),在一定,T,范围内可近似地认为,r,H,m,和 ,r,S,m,不随,T,改变。,两式相减得,Van,t Hoff,方程式,对于吸热反应,，,r,H,m,0,，,当,T,2,T,1,，,K,2,K,1,，平衡向正方向移动；,当,T,2,T,1,，,K,2,K,1,，平衡向逆方向移动。,第28页,对于放热热反应,，,r,H,m,T,1,，,K,2,K,1,，平衡向逆方向移动；,当,T,2,K,1,，平衡向正方向移动。,总之，,当温度升高时平衡向吸热反应方向移动；温度降低时向放热方向移动。,Le Chatelier,原理,假如改变平衡体系条件之一（浓度、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变方向移动。,1848,年，法国科学家,Le Chatelier,提出。,适合用于平衡体系,催化剂只影响反应动力学，对热力学参数,r,H,m,，,r,G,m,不影响，不影响化学平衡。,第29页,5.4.4,合理生产条件普通标准,生产中常使一个廉价原料适当过量，以提升另一原料转化率；采取不停取出某种反应产物，使反应能连续进行。,对反应后气体分子数降低气相反应，增加压强可使平衡向正向移动，但应考虑设备能力和安全防护问题。,对放热反应，升温可提升反应速度，但会降低转化率，用催化剂可提升速度而不影响平衡。用催化剂应注意活化温度，以免“中毒”。吸热反应，升温可加紧反应速度又可提升转化率，但要防止反应物或产物过热分解，也要注意燃料合理消耗。,选择适当催化剂以确保主反应进行和遏制副反应进行。,第30页,作业,P110-112:1,2,3,4,5,10,11,14,16,18,第31页,