无机化学化学平衡.ppt

第三章化学平衡第三章化学平衡.研究化学平衡的目的实际生产中除了获得优质产品外，还需要知道：如何控制反应条件，使反应按人们所需要的方向进行；在给定条件下，反应进行的最高限度是什么?即高产率、低成本。这就需要找出反应体系达平衡时的温度、压力与各种物质的量及浓度的关系，以指导工业生产，此即研究化学平衡的主要目的。.化学平衡某某个个反反应发生生后后，其其进行行的的程程度度或或限限度，即度，即化学平衡化学平衡。本本章章主主要要介介绍化化学学平平衡衡的的概概念念、平平衡衡常常数数表表达达式式的的书写写、及及诸外外界界因因素素对化化学学平衡的影响。平衡的影响。.第三章化学平衡第三章化学平衡第一第一节标准平衡常数准平衡常数第二第二节可逆反可逆反应与化学平衡与化学平衡标准平衡常数的准平衡常数的测定与定与计算算 第三第三节标准平衡常数的准平衡常数的应用用第四第四节化学平衡的移化学平衡的移动第五第五节.教学目的与要求教学目的与要求了了解解可可逆逆反反应，惰惰性性气气体体对化化学学平平衡衡的的影影响；响；熟悉化学平衡和熟悉化学平衡和标准平衡常数的概念；准平衡常数的概念；掌掌握握标准准平平衡衡常常数数表表达达式式的的书写写；用用热力力学学数数据据或或多多重重平平衡衡规则计算算标准准平平衡衡常常数数；浓度、度、压力、温度力、温度对化学平衡的影响。化学平衡的影响。.本章重点本章重点标准平衡常数的表达式；准平衡常数的表达式；用用热力学数据力学数据计算算标准平衡常数；准平衡常数；用多重平衡用多重平衡规则计算算标准平衡常数；准平衡常数；判断反判断反应进行的限度行的限度浓度度对化学平衡的影响化学平衡的影响标准平衡常数的准平衡常数的测定与定与计算算 本章本章难点点.第一第一节可逆反可逆反应与化学平衡与化学平衡一、可逆反一、可逆反应二、化学平衡二、化学平衡.一、可逆反应有些化学反有些化学反应是可逆的。如：是可逆的。如：可逆反应（reversible reaction）：在在同同一一条条件件下下，反反应既既可可以以按按方方程程式式从从左左向向右右（正反反应）进行行，也也可可以以从从右右向向左左（逆反反应）进行。行。.不可逆反应 有有些些化化学学反反应在在某某一一方方向向上上有有很很大大的的倾向向，我我们常把常把这些反些反应当做不可逆反不可逆反应。如如:实际上上，大大多多数数反反应不不能能进行行到到底底，只只有一部分反有一部分反应物能物能转变为产物。物。.二、化学平衡正正反反应速速率率等于逆逆反反应速速率率时体体系系所所处的状的状态叫做化学平衡叫做化学平衡(Chemical equilibrium)。可逆反可逆反应总是是自发趋向于化学平于化学平衡。衡。.化学平衡的特征平衡条件：正逆反：正逆反应速率相等速率相等，即即v正正=v逆逆；平衡标志：反：反应物和生成物的物和生成物的浓度不随度不随时间的改的改变而改而改变；是一种是一种动态平衡。二、化学平衡.化学平衡定律化学平衡定律在在一一定定温温度度下下，可可逆逆反反应达达化化学学平平衡衡时，体体系系中中各各物物质的的浓度度不不再再随随时间改改变。则产物物的的浓度度以以方方程程式式中中该物物质化化学学式式前前的的计量量系系数数为乘乘幂的的乘乘积与与反反应物物的的浓度度以以其其计量量系系数数为乘乘幂的的乘乘积之之比比是是一一个个常常数数，称称为化化学平衡常数。学平衡常数。.平衡常数表达式平衡常数表达式该比比例例系系数数K叫叫做做反反应在在温温度度T时的的平平衡衡常常数数。由由实验直直接接测定定的的，称称为经验（实验）平平衡衡常常数数。标准准状状态时，由由热力力学学定定律律间接求算的，称接求算的，称为标准平衡常数准平衡常数。.同同一一反反应，温温度度相相等等，K大大小小一一样，即即K与与反反应起始起始起始起始浓浓度度度度无关无关平衡常数平衡常数.化学反化学反应 温度温度 平衡常数平衡常数 2HI(g)H2(g)I2(g)698.1 1.84 10-2 N2O4(g)2NO2(g)373 0.36423 3.2N2(g)O2(g)2NO(g)300 3.84 10-31 1500 6.15 10-6 同一反同一反应，温度不同，温度不同，K大小不同，即大小不同，即K与与温度温度温度温度有关有关 不同反不同反应，K大小不同，即大小不同，即K与与反反反反应应本性本性本性本性有关有关平衡常数平衡常数.平衡常数的物理意平衡常数的物理意义平平衡衡常常数数表表达达了了一一定定温温度度下下反反应进行行的的限限度度。K值越越大大，达达平平衡衡时正正反反应进行行得得越越彻底，底，产物的量越多。物的量越多。.浓度平衡常数度平衡常数Kc对液液体体反反应，溶溶液液浓度度易易测定定，平平衡衡常常数常用数常用浓度平衡常数度平衡常数Kc表示，如表示，如.压力平衡常数力平衡常数Kp对气气体体反反应，多多用用平平衡衡时混混合合气气体体中中各各物物质分分压间的的关关系系来来表表示示，称称为压力力平平衡衡常常数数Kp，如，如.Kc和和Kp关系关系气气体体反反应也也可可用用浓度度平平衡衡常常数数表表示示，如如而而.气气体体反反应的的Kc和和Kp关关系系推推导如如下下，对反反应Kc和和Kp关系关系=Kc.Kc和和Kp关系关系气气体体反反应的的Kc和和Kp关关系系推推导如如下下，对反反应.第二第二节标准平衡常数准平衡常数一、一、标准平衡常数的定准平衡常数的定义二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.化学反化学反应可用通式表示如下：可用通式表示如下：温度温度T时，反，反应的的标准摩准摩尔吉布斯自由能吉布斯自由能变为：在国家在国家标准中，准中，标准平衡常数定准平衡常数定义为：上式常改写上式常改写为：一、标准平衡常数的定义.标准平衡常数的特点 K 的的单位位为1 1。K 只只与与反反应的的本本性性和和温温度度有有关关，与与浓度度或或分分压无关；无关；标准准平平衡衡常常数数与与反反应物物和和产物物的的性性质及及标准准状状态的定的定义有关有关 ；标准平衡常数与化学反准平衡常数与化学反应方程的写法有关；方程的写法有关；一、标准平衡常数的定义.对任意化学反任意化学反应：二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式反反应的摩的摩尔吉布斯自由能吉布斯自由能变为：由上式可得：由上式可得：cB为为任意状任意状态时态时的的浓浓度度 Ceq 为为平衡平衡时时的的浓浓度度式式(3-4).表表示示标准准浓度度，等等表表示相示相对平衡平衡浓度，以后度，以后 略去不写。略去不写。对溶液溶液的反的反应：重要重要二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.表表示示标准准压力力，等等表表示相示相对平衡分平衡分压，常略去不写。常略去不写。对气体气体的反的反应：重要重要二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.书写注意写注意 各各物物质的的浓度度（分分压）均均为化化学学平衡时的的浓度（分度（分压）；）；标准准平平衡衡常常数数对每每一一个个浓度度项（分分压项）作作处理，理，单位位为1。重要重要二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.书写注意写注意 反反应中中有有固体或或纯液体参参加加，其其浓度度视为常数，不写入常数，不写入标准平衡常数表达式中；如准平衡常数表达式中；如重要重要二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.以以水为溶剂的的稀稀溶溶液液反反应中中，水水的的浓度度视为常数常数，不写入，不写入标准平衡常数表达式中准平衡常数表达式中；如；如书写注意写注意二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式.K 表表达达式式必必须与与方方程程式式一一对应，方方程程式写法不同，其表达式也不同；如式写法不同，其表达式也不同；如 书写注意写注意二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式而：而：.正、逆反正、逆反应的的K 互互为倒数；如；如书写注意写注意二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式而：而：例题.例例 3-1 写出下列反写出下列反应的的标准平衡常数表达式：准平衡常数表达式：（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)（2）Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)（3）ZnS(s)+2H3O+(aq)Zn2+(aq)+H2S(g)+2H2O(l)解：上述反解：上述反应的的标准平衡常数表达式分准平衡常数表达式分别为：.标准平衡常数与准平衡常数与经验平衡常数区平衡常数区别 K 表达式中的平衡表达式中的平衡浓度是度是相对浓度，如：，如：pA/p、cA/c K 单位为1，与物，与物质的平衡的平衡浓度度单位无关位无关对对于于多相反应平平衡衡同同样样可可以以表表示示。如如既既有有液相又有气体参液相又有气体参与与的的反反应应二、二、标准平衡常数表达式准平衡常数表达式平平衡衡常常数数其其他他习惯表表示示法法称称为经验平平衡衡常常数，如：数，如：Kc，Kp.一、一、标准平衡常数的准平衡常数的测定定二、二、标准平衡常数的准平衡常数的计算算第三节 标准平衡常数的测定与计算.标准平衡常数可以通准平衡常数可以通过实验测定。利用定。利用实验测定出某温度下反定出某温度下反应物和物和产物的平衡物的平衡浓度或平衡度或平衡分分压，就能，就能计算出算出标准平衡常数。准平衡常数。测定反定反应物和物和产物的平衡物的平衡浓度或平衡分度或平衡分压可可采用采用物理方法物理方法或或化学方法化学方法。物理方法是。物理方法是测定与平定与平衡衡压力或平衡力或平衡浓度成正比的物理量，其度成正比的物理量，其优点是不点是不影响平衡状影响平衡状态，且，且测定速率快。化学方法是直接定速率快。化学方法是直接测定化学平衡的定化学平衡的组成。成。例题一、一、标准平衡常数的准平衡常数的测定定.标准平衡常数与反准平衡常数与反应的的标准摩准摩尔吉布斯自吉布斯自由能由能变的关系的关系计算公式算公式为：利利用用热力力学学数数据据计算算出出温温度度 T 时的的标准准摩摩尔吉吉布布斯斯自自由由能能变，再再利利用用上上式式就就可可求求出出反反应的的标准准平平衡常数。衡常数。二、二、标准平衡常数的准平衡常数的计算算(一)用热力学数据计算反应的标准平衡常数(式式3-7)重要重要.1.用用标准摩准摩尔生成吉布斯自由能生成吉布斯自由能计算算例题二、二、标准平衡常数的准平衡常数的计算算即：即：(一)用热力学数据计算反应的标准平衡常数.2.2.用用标准摩准摩尔焓变和和标准摩准摩尔熵变计算算 二、二、标准平衡常数的准平衡常数的计算算(一)用热力学数据计算反应的标准平衡常数其中：其中：.多多重重平平衡衡规则：反反应相相加加减减，则 相相加加减减，相乘除。相乘除。(二)利用多重平衡规则计算标准平衡常数二、二、标准平衡常数的准平衡常数的计算算多多多多重重重重平平平平衡衡衡衡：在在一一定定条条件件下下，在在一一个个反反应系系统中中一一个个或或多多个个物物种种同同时参参与与两两个个或或两两个个以以上上的化学反的化学反应，并共同达到化学平衡。，并共同达到化学平衡。基基基基本本本本特特特特征征征征：参参与与多多个个反反应的的物物种种的的浓度度或或分分压必必须同同时满足足这些平衡。些平衡。重要重要.多重平衡多重平衡规则 如如:SO2(g)O2(g)SO3(g)NO2(g)NO(g)O2(g)SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)+)=例题.第四第四节标准平衡常数的准平衡常数的应用用一、一、计算平衡算平衡组成成二、判断化学反二、判断化学反应进行的限度行的限度三、三、预测化学反化学反应的方向的方向.标准准平平衡衡常常数数确确定定了了可可逆逆反反应中中反反应物物和和产物物的的平平衡衡浓度度或或平平衡衡分分压之之间的的定定量量关关系系。因因此此，可可利利用用标准准平平衡衡常常数数计算算反反应物物和和产物物的的平衡平衡浓度度或或平衡分平衡分压。例例题一、计算平衡组成.二、判断反二、判断反应进行的限度行的限度 K 反映了在反映了在给定温度下反定温度下反应的限度。的限度。利利用用K 值，可可以以判判断断可可逆逆反反应进行行的的限限度度。若若反反应的的K 很很大大，则平平衡衡时产物物的的浓度度或或分分压比比反反应物物的的浓度度或或分分压大大得得多多，说明明反反应物物已已大大部部分分转化化为产物物，反反应进行行比比较完全完全。.可可逆逆反反应进行行的的限限度度也也常常用用平衡转化率来来表表示示。反反应物物 A 的平衡的平衡转化率定化率定义为：例题平衡转化率标准准平平衡衡常常数数和和平平衡衡转化化率率都都可可以以表表示示反反应进行行的的限限度度。但但平衡转化率受反应物的起始浓度或起始分压的影响，而而标准准平平衡衡常常数数与与反反应物物的的起起始始浓度度或或起起始始分分压无无关关。在在通通常常情情况况下下，标准准平平衡衡常常数数越大，反越大，反应物的平衡物的平衡转化率也越大。化率也越大。.当当 时，化学反化学反应逆向自自发进行。行。当当 时，化学反化学反应正向自自发进行；行；当当 时，化学反化学反应处于于平衡状状态；三、三、预测化学反化学反应的方向的方向 (化学反化学反应等温式）等温式）在在一一定定温温度度下下，比比较标准准平平衡衡常常数数与与反反应商商的的相相对大小，就能大小，就能预测反反应的方向。的方向。例题重要重要.n 经验数据n n 三、三、预测化学反化学反应的方向的方向例题反反应程程度度相相当当小小，可可认为不能不能进行行反反应方方向向需需结合合反反应条件确定条件确定反反应自自发、完全、完全.第五第五节化学平衡的移化学平衡的移动 一、一、浓度度对化学平衡的影响化学平衡的影响二、二、压力和惰性气体力和惰性气体对化学平衡的影响化学平衡的影响三、温度三、温度对化学平衡的影响化学平衡的影响.这种种因因外外界界条条件件的的改改变而而使使可可逆逆反反应从从一一种种平平衡衡状状态转变到到另另一一平平衡衡状状态的的过程程叫叫做做化化化化学学学学平平平平衡衡衡衡的的的的移移移移动动。影影响响化化学学平平衡衡移移动的的外外界界因因素素有有浓浓度度度度、压压力力力力、温度温度温度温度等。等。第五第五节化学平衡的移化学平衡的移动.对反反应 其反其反应商商为：根据反根据反应商判据，当反商判据，当反应达达化学平衡化学平衡：一、一、浓度度对化学平衡的影响化学平衡的影响.浓度度变化化(T(T不不变)反反应商商变化化平衡移平衡移动方向方向增大反增大反应物物浓度度 正正向向减小减小产物物浓度度减小反减小反应物物浓度度逆逆向向增大增大产物物浓度度一、一、浓度度对化学平衡的影响化学平衡的影响.对固固固固体体体体（或或液液液液体体体体）反反应，压压力力力力的的改改变几几乎乎没没有有使使任任何何物物质的的相相对含含量量发生生改改变，所所以以它它对对反反应的化学的化学平衡几乎没有影响平衡几乎没有影响平衡几乎没有影响平衡几乎没有影响。气体反气体反气体反气体反应应有两种情况：有两种情况：某气体分某气体分压或系或系统总压发生改生改变加入惰性气体加入惰性气体二、二、压力和惰性气体力和惰性气体对化学平衡的影响化学平衡的影响.1.1.某气体某气体分分压发生改生改变气气体体分分压可可用用于于表表示示该物物质的的浓度度，所所以以某某气气体体分分压发生生改改变对化化学学平平衡衡的的影影响响与与浓度改度改变的影响一致。的影响一致。二、二、压力和惰性气体力和惰性气体对化学平衡的影响化学平衡的影响.2.2.系系统总压发生改生改变二、二、压力和惰性气体力和惰性气体对化学平衡的影响化学平衡的影响 若若系系统总压增增加加到到原原来来的的N N倍倍，这时各各气气体体分分压也增加也增加N N倍，倍，则有有:若若d+ea+b，则 ,平平衡衡逆逆向向(分子分子总总数减少的数减少的方向方向)移移动。若若d+ea+b，则 ,平平衡衡正正向向(即即气气体体分分子子数数 增增增增 大大大大方方向向)移移动；若若d+e K(T1)，则该则该反反应应（）（）。A、rHm 0 B、rHm 0 C、rHm 0 D、无法判断、无法判断课堂堂练习答案：答案：A.作作业答案答案P756、7、8、12思考思考 P73 1、2.