第五章-化学平衡省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案第五章第五章 化学平衡化学平衡Chapter 5 Chemical Equilibrium无机化学第1页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案(1)反应方向性；反应方向性；(热力学问题热力学问题)(2)反应所需时间，反应速率。反应所需时间，反应速率。(动力学问题动力学问题)(3)反应转化率，化学平衡问题；反应转化率，化学平衡问题；化学反应研究主要问题化学反应研究主要问题第2页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.1 化学反应可逆性和化学平衡化学反应可逆性和化学平衡5.2 化学反应进行方向及化学反应进行方向及平衡常数平衡常数5.3 标准平衡常数标准平衡常数K与与rGm关系关系5.4 化学平衡移动化学平衡移动 基本内容和重点要求基本内容和重点要求 掌握化学平衡概念掌握化学平衡概念,了解经验平衡常数了解经验平衡常数,标准平衡常数物标准平衡常数物理意义理意义,掌握化学平衡移动原理掌握化学平衡移动原理,掌握相关化学平衡及平衡移掌握相关化学平衡及平衡移动计算。动计算。第3页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案1.化学反应可逆性：化学反应可逆性：在一定条件下，一个化学反应既可按反在一定条件下，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：应方程式从左向右进行，又能够从右向左进行。比如：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)2.可逆反应普遍性：可逆反应普遍性：几乎全部化学反应都有可逆性，但各个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，下，表现出可逆性也不一样，第4页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案3.化学平衡是动态平衡：化学平衡是动态平衡：所谓所谓化学平衡状态化学平衡状态就是在可逆反应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。再随时间而改变状态。比如比如 2H2(g)+O2(g)2H2O(g)在在 8731273K，生成水方向，生成水方向 在在42735273K，分解水方向，分解水方向第5页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案8.2.1 经验平衡常数经验平衡常数8.2.2 平衡常数和化学反应程度平衡常数和化学反应程度8.2.3 标准平衡常数标准平衡常数8.2.4 标准平衡常数与化学反应方向标准平衡常数与化学反应方向第6页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.2.1 经验平衡常数经验平衡常数H2(g)+I2(g)=2 HI(g)在一定温度下，在一定温度下，K为常数为常数（1）各种经验平衡常数）各种经验平衡常数第7页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案 对任何可逆反应，在一定温度下达平衡时，生成物浓对任何可逆反应，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式中计量系数为指数幂乘积之比是一常数经验平衡常经验平衡常数数 K。单位。单位浓度平衡常数浓度平衡常数2.若为气相反应若为气相反应压力平衡常数压力平衡常数1.若为溶液中反应，若为溶液中反应，第8页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案Kp与与Kc关系关系反应物生成物都近乎理想气体气态方程反应物生成物都近乎理想气体气态方程 p =cRT 时时(只适合用于单纯气体反应只适合用于单纯气体反应)反反应应物物或或生生成成物物中中同同时时存存在在溶溶液液状状态态、气气体体状状态态、固固体体状状态态时时，纯纯液液相相、纯纯固固相相和和稀稀溶溶液液中中水水不不出出现现在在平平衡衡常常数数表表示示式式中中，该该反反应应平平衡衡常常数数表表示示式式气气体体用用分分压压表表示示，溶溶液液用用浓度表示，平衡常数浓度表示，平衡常数 Kx，称为，称为杂平衡常数杂平衡常数。P3103.若为复相反应若为复相反应第9页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案（2）平衡常数几点说明平衡常数几点说明例：例：N2O4(g)2 NO2(g)T/K 273 323 373 Kc 510-4 2.210-2 3.710-11.平衡常数只是温度函数，而与反应物或产物起始浓度无平衡常数只是温度函数，而与反应物或产物起始浓度无关。关。例：例：N2(g)+3 H2(g)2NH3(g)K1=1.60 10 5 1/2N2(g)+3/2 H2(g)NH3(g)K2=3.87 10 2 K1 K2，K1=K222.平衡常数表示式需与反应方程式相对应平衡常数表示式需与反应方程式相对应。第10页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案K 越大，反应越彻底，反应倾向性越大；越大，反应越彻底，反应倾向性越大；例：例：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)298K时，时，K=3.6 10 243.平衡常数只表现反应进行程度，即可能性问题，而不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，即现实性问题表现抵达平衡所需时间，即现实性问题。例例:2NO(g)+O2(g)2NO2 K1 2NO2(g)N2O4 K2 2NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1 K24.多重平衡规则多重平衡规则：若干方程式相加若干方程式相加(减减)，则总反应平衡常，则总反应平衡常数等于分步平衡常数之乘积数等于分步平衡常数之乘积(商商)。第11页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.2.2 平衡常数和化学反应程度平衡常数和化学反应程度例：例：反应反应 CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)某温某温度时，度时，Kc =9。CO 和和 H2O 起始浓度皆为起始浓度皆为 0.02 moldm3 时时，求，求 CO 平衡平衡转化率转化率。解：解：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)t0 0.02 0.02 0 0 t平平 0.02x 0.02x x x 转化率转化率当当Kc=4 和和1时，转化率分别为时，转化率分别为67和和50%。第12页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.2.3 标准平衡常数标准平衡常数将浓度或分压分别除以各自标准态，即得将浓度或分压分别除以各自标准态，即得相对浓度或相对相对浓度或相对分压分压。例：例：浓度浓度 A =5 mol dm 3 相对浓度为相对浓度为 故相对浓度和相对分压都是没有单位量。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。平衡时，相对浓度和相对分压当然也将保持不变。分压分压pA=10 1.013 10 5 Pa相对分压为相对分压为 第13页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案对溶液反应对溶液反应 a A(aq)+b B(aq)g G(aq)+h H(aq)平衡时平衡时 对气相反应对气相反应 a A(g)+b B(g)g G(g)+h H(g)平衡时平衡时对于复相反应，如对于复相反应，如 CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)平衡时平衡时 K 称为称为标准平衡常数标准平衡常数，是一个相对平衡常数，无量纲。，是一个相对平衡常数，无量纲。第14页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案(1)标准平衡常数书写方法标准平衡常数书写方法l若某组分以气态存在则以相对分压表示；若某组分以气态存在则以相对分压表示；l若某组分以溶质存在则以相对浓度表示；若某组分以溶质存在则以相对浓度表示；l若反应中有纯固体、纯液体参加，则认为若反应中有纯固体、纯液体参加，则认为 xi=1，不写入。，不写入。稀溶液中溶剂视为纯液体，不写入。稀溶液中溶剂视为纯液体，不写入。例：例：第15页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案解：解：例例:反应反应 A(g)2 B(g)在某温度到达平衡时，各在某温度到达平衡时，各组分分压均为组分分压均为 1.013 10 5 Pa，求其经验平衡常数求其经验平衡常数 Kp 和标准和标准平衡常数平衡常数 K 。在液相反应在液相反应 K Kc c 与与 K K在数值上相等，而在气相反应在数值上相等，而在气相反应 K Kp p普通普通不与其不与其K K 数值相等。数值相等。第16页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.2.4 标准平衡常数与化学反应方向标准平衡常数与化学反应方向Q K，逆向进行逆向进行Q=K，平衡状态平衡状态Q:反应商反应商第17页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案Q 与与 K 关系与反应方向关系与反应方向第18页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案8.3.1 化学反应等温式化学反应等温式8.3.2 fGm、rGm和和 rGm关系关系第19页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.3.1 化学反应等温式化学反应等温式化学反应化学反应 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，表明化学热力学中有以下关系式，表明 rGm，Q 和和 rGm 三者之间关系：三者之间关系：rGm=rGm +RTlnQ 这就是这就是化学反应等温式化学反应等温式。用该式能够求出。用该式能够求出 rGm，以做为以做为非标准态下化学反应进行方向判据。非标准态下化学反应进行方向判据。0 非自发非自发第20页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案故由化学反应等温式故由化学反应等温式 rGm=rGm +RTlnQ=0 得得 rGm =RTln K 当体系处于平衡时，当体系处于平衡时，rGm=0，同时同时 Q=K 即即这一公式将两个主要热力学数据这一公式将两个主要热力学数据 rGm 和和 K 联络起来。联络起来。将将 rGm =RTlnK 代入代入化学等温式化学等温式，得，得 rGm=RTlnK +RTlnQ将非标准态下两种判据联络起来将非标准态下两种判据联络起来第21页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案Q K 时，反应正向进行，时，反应正向进行，由公式得由公式得 rGm K 时，反应逆向进行，时，反应逆向进行，由公式得由公式得 rGm 0 ；Q=K 时，反应到达平衡，时，反应到达平衡，由公式得由公式得 rGm=0 。rGm -40 kJ/mol K 10+7 反应自发、完全反应自发、完全 rGm +40 kJ/mol K 107 反应不可能反应不可能-40 rGm +40 107 K 10+7 可逆反应可逆反应经验数据经验数据第22页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.3.2 fGm、rGm和和 rGm关系关系 rG m=i fG m(生成物生成物)i fG m(反应物反应物)rGm=rGm +RTlnQ rGm rHm -T rSm，标准态标准态,T K rGm rHm-T rSm，任何状态任何状态第23页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.4.1 浓度对平衡影响浓度对平衡影响5.4.4 合理生产条件普通标准合理生产条件普通标准5.4.3 温度对平衡影响温度对平衡影响5.4.2 压强对平衡影响压强对平衡影响第24页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案平衡移动：平衡移动：当外界条件改变时，化学反应当外界条件改变时，化学反应从旧平衡状态转到从旧平衡状态转到新平衡状态过程，称为新平衡状态过程，称为平衡移动平衡移动。改变平衡体系条件之一，改变平衡体系条件之一，如如温度、压力或浓度温度、压力或浓度等等。5.4.1 浓度对平衡影响浓度对平衡影响 当化学反应处于平衡时，当化学反应处于平衡时，Q =K 当当c（反应物）增大或反应物）增大或c（生成物）减小时生成物）减小时,Q K，平衡向逆向移动。平衡向逆向移动。第25页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.4.2 压强对平衡影响压强对平衡影响例：某温度下，反应例：某温度下，反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达平衡时：达平衡时：现将体系总压扩大现将体系总压扩大 2 倍，试判断平衡移动方向。倍，试判断平衡移动方向。解：解：pi=p总总 xi，xi不变，不变，p总总 扩大扩大 2 倍，倍，pi 将扩大将扩大 2 倍。倍。故故即即平衡右移平衡右移第26页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案压强改变对没有气体参加反应影响不大，对反应前后气体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。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。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体积改变影响能够归结为浓度或压强改变影响。规律：规律：8.4.3 温度对平衡影响温度对平衡影响 rGm =RTlnK，rGm=rHm T rSm,lnK=rSm/R rHm/RT第27页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案不一样温度不一样温度 T1，T2 时，分别有等式时，分别有等式 (1)(2)在一定在一定T范围内可近似地认为范围内可近似地认为 rHm 和和 rSm 不随不随T改变。改变。两式相减得两式相减得VanVan t Hoff t Hoff 方程式方程式方程式方程式对于吸热反应对于吸热反应，rHm 0，当当T2 T1，K2 K1，平衡向正方向移动；，平衡向正方向移动；当当T2 T1，K2 K1，平衡向逆方向移动。，平衡向逆方向移动。第28页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案对于放热热反应对于放热热反应，rHm T1，K2 K1，平衡向逆方向移动；，平衡向逆方向移动；当当T2 K1，平衡向正方向移动。，平衡向正方向移动。总之，总之，当温度升高时平衡向吸热反应方向移动；温度降低时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。向放热方向移动。Le Chatelier 原理原理 假如改变平衡体系条件之一（浓度、压力和温度），平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。衡就向能减弱这种改变方向移动。1848年，法国科学家年，法国科学家Le Chatelier 提出。提出。适合用于平衡体适合用于平衡体系系催化剂只影响反应动力学，对热力学参数催化剂只影响反应动力学，对热力学参数 rHm，rGm不不影响，不影响化学平衡。影响，不影响化学平衡。第29页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案5.4.4 合理生产条件普通标准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；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。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。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，化剂可提升速度而不影响平衡。用催化剂应注意活化温度，以免以免“中毒中毒”。吸热反应，升温可加紧反应速度又可提升转。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。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。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页无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案无机化学电子教案作业作业P110-112:1,2,3,4,5,10,11,14,16,18 第31页