化学平衡专题培训市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回第四章 化学平衡第1页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回第四章第四章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡条件4.2 化学反应平衡常数和等温方程式4.3 标准平衡常数与温度关系4.4 影响平衡其它原因4.5 平衡常数测定和平衡转化率计算4.6 化学平衡计算应用第2页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回化学反应体系：封闭单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：各物质改变量必须满足：依据反应进度定义，能够得到：4.1 化学平衡条件化学平衡条件第3页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回等温、等压条件下，当时：4.1 化学平衡条件化学平衡条件第4页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回这两个公式适用条件：（1）等温、等压、不作非膨胀功一个化学反应；（2）反应过程中，各物质化学势 保持不变。公式（a)表示有限体系中发生微小改变；公式(b)表示在大量体系中发生了反应进度等于1 mol改变。这时各物质浓度基本不变，化学势也保持不变。4.1 化学平衡条件化学平衡条件第5页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用 判断都是等效。反应自发地向右进行反应自发地向左进行，不可能自发向右进行反应到达平衡4.1 化学平衡条件化学平衡条件第6页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用 判断，这相当于 图上曲线斜率，因为是微小改变，反应进度处于01 mol之间。反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应到达平衡4.1 化学平衡条件化学平衡条件第7页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.1 化学平衡条件化学平衡条件第8页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.2 化学反应平衡常数和等温方程式化学反应平衡常数和等温方程式4.2.1 范特荷夫等温方程式和标准平衡常数4.2.2 标准平衡常数热力学计算4.2.3 复相化学平衡4.2.4 液态混合物和溶液中化学平衡第9页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回将化学势表示式代入计算式，得：式中 为逸度，假如气体是理想气体，则 。4.2.1 范特荷夫等温方程式和标准平衡常数范特荷夫等温方程式和标准平衡常数 称为化学反应标准摩尔Gibbs 自由能改变值，只是温度函数。第10页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回化学反应等温方程式化学反应等温方程式有任意反应这就是化学反应等温方程式。称为“逸度商”，能够经过各物质逸度求算。值也能够经过各种方法计算，从而可得 值。第11页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用化学反应等温式判断反应方向用化学反应等温式判断反应方向理想气体反应等温方程式反应向右自发进行反应向左自发进行反应达平衡液相反应等温方程式实际气体反应等温方程式化学反应等温方程通式：统称为反应商所以第12页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回热力学平衡常数热力学平衡常数当体系到达平衡，则 称为热力学平衡常数，它仅是温度函数。在数值上等于平衡时“逸度商”，是量纲为1量，单位为1。因为它与标准化学势相关，所以又称为标准平衡常数。即第13页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡常数与化学方程式关系平衡常数与化学方程式关系比如：（1）（2）下标 m 表示反应进度为 1 mol 时标准Gibbs函数改变值。显然，化学反应方程中计量系数呈倍数关系，值也呈倍数关系，而 值则呈指数关系。第14页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回标准平衡常数表示式标准平衡常数表示式令：对于理想气体是标准平衡常数，单位为1是经验平衡常数，单位视详细情况而定第15页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数 反应达平衡时，用反应物和生成物实际压力、摩尔分数或浓度代入计算，得到平衡常数称为经验平衡常数，普通有单位。比如，对任意反应：1.用压力表示经验平衡常数当 时，单位为1。第16页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数2.用摩尔分数表示平衡常数对理想气体，符合Dalton分压定律，Dalton第17页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数3用物质量浓度表示平衡常数对理想气体，第18页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数4液相反应用活度表示平衡常数因为 ，则第19页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回计算任意反应在298.15 K时4.2.2 标准平衡常数热力学计算标准平衡常数热力学计算1.依据标准平衡常数定义计算:在标准压力下，由稳定单质生成1 mol化合物时吉布斯函数改变值，称为该化合物标准生成吉布斯函数。通常在298.15 K时值有表可查。称为标准摩尔生成吉布斯函数（B）第20页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回(1)-(2)得（3）2.利用相关反应平衡常数计算：比如，求 平衡常数标准平衡常数热力学计算标准平衡常数热力学计算第21页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 有气相和凝聚相（液相、固体）共同参加反应称为复相化学反应。什么叫复相化学反应？只考虑凝聚相是纯态情况，纯态化学势就是它标准态化学势，所以复相反应热力学平衡常数只与气态物质压力相关。某一反应达化学平衡时有4.2.3 复相化学平衡复相化学平衡第22页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 在参加反应 N 种物质中，有 n 种是气体，其余凝聚相处于纯态,则设全部气体为理想气体，代入其化学势表示式，有 令：代入上式并整理，得：复相化学平衡平衡常数复相化学平衡平衡常数第23页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回对于凝聚相，设 所以复相化学反应热力学平衡常数只与气态物质压力相关，与凝聚相无关。，代入上式，合并可得复相化学平衡平衡常数复相化学平衡平衡常数第24页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回称为 分解压。比如，有下述反应，并设气体为理想气体：该反应经验平衡常数为 某固体物质发生解离反应时，所产生气体压力，称为分解压，显然这压力在定温下有定值。分解压分解压第25页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 假如产生气体不止一个，则全部气体压力总和称为分解压。比如：分解压热力学平衡常数为：分解压分解压第26页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.2.4 液态混合物和溶液中反应化学平衡液态混合物和溶液中反应化学平衡（1）在理想液态混合物中任一组分化学势为：对于非理想液态混合物，利用活度概念不是标准态化学势第27页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回当系统达平衡时忽略压力对液态系统影响，得4.2.4 液态混合物和溶液中反应化学平衡液态混合物和溶液中反应化学平衡第28页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回（2）在理想稀溶液中，溶质服从Henry定律：若对Henry定律发生偏差，得不是标准态化学势4.2.4 液态混合物和溶液中反应化学平衡液态混合物和溶液中反应化学平衡第29页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回假如溶质浓度用质量摩尔浓度表示，得：假如溶质浓度用物质量浓度表示，得：4.2.4 液态混合物和溶液中反应化学平衡液态混合物和溶液中反应化学平衡显然，不过因为对数项中数值也都不相等。第30页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.3 温度对化学平衡影响温度对化学平衡影响这是vant Hoff 等压方程微分式 依据Gibbs-Helmholtz方程，当反应物都处于标准状态时，有代入，得将第31页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡影响温度对化学平衡影响vant Hoff 公式微分式对吸热反应，升高温度，增加，对正反应有利。对放热反应，升高温度，降低，对正反应不利。第32页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡影响温度对化学平衡影响 这公式惯用来从已知一个温度下平衡常数求出另一温度下平衡常数。若温度区间不大，可视为常数，得定积分式为：若 值与温度相关，则将关系式代入微分式进行积分，并利用表值求出积分常数。第33页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡影响温度对化学平衡影响当理想气体用浓度表示时，因为 ，能够得到这个公式在气体反应动力学中有用处。第34页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.4 影响平衡其它原因影响平衡其它原因 依据Le chatelier原理，增加压力，反应向体积减小方向进行。这里能够用压力对平衡常数影响从本质上对原理加以说明。对于理想气体，仅是温度函数第35页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压力压力(或浓度或浓度)对化学平衡影响对化学平衡影响因为所以也仅是温度函数。第36页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压力压力(或浓度或浓度)对化学平衡影响对化学平衡影响 与压力相关，气体分子数降低，加压，反应正向进行，反之亦然。对理想气体第37页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压力压力(或浓度或浓度)对化学平衡影响对化学平衡影响 在压力不太大时，因 值不大，压力影响能够忽略不计。对凝聚相反应，体积增加，增加压力，下降，对正向反应不利，反之亦然。第38页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回惰性气体对化学平衡影响惰性气体对化学平衡影响 惰性气体不影响平衡常数值，当 不等于零时，加入惰性气体会影响平衡组成。对于分子数增加反应，加入水气或氮气，会使反应物转化率提升，使产物含量增加。比如 ，增加惰性气体，值增加，括号项下降。因为 为定值，则 项应增加，产物含量会增加。第39页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.5 化学平衡计算应用化学平衡计算应用 平衡常数测定 平衡组成和平衡转化率计算 同时平衡第40页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡常数测定平衡常数测定 （1）物理方法 直接测定与浓度或压力呈线性关系物理量，如折光率、电导率、颜色、光吸收、定量色谱图谱和磁共振谱等，求出平衡组成。这种方法不干扰体系平衡状态。（2）化学方法 用骤冷、抽去催化剂或冲稀等方法使反应停顿，然后用化学分析方法求出平衡组成。第41页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡转化率计算平衡转化率计算 平衡转化率又称为理论转化率，是到达平衡后，反应物转化为产物百分数。工业生产中称转化率是指反应结束时，反应物转化为产物百分数，因这时反应未必到达平衡，所以实际转化率往往小于平衡转化率。第42页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回6.9 同时平衡同时平衡 在一个反应体系中，假如同时发生几个反应，当抵达平衡态时，这种情况称为同时平衡。在处理同时平衡问题时，要考虑每个物质数量在各个反应中改变，并在各个平衡方程式中同一物质数量应保持一致。第43页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡例题：600 K时，与 发生反应生成，继而又生成，同时存在两个平衡：已知在该温度下，。今以等量 和开始，求 平衡转化率。第44页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡解：设开始时 和 摩尔分数为1.0，抵达平衡时，生成HCl摩尔分数为x，生成 为y，则在平衡时各物量为：第45页上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡将两个方程联立，解得 。转化率为0.048或4.8。因为两个反应 都等于零，所以第46页