第6章化学平衡.ppt

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1、第6章 化学平衡第6章化学平衡 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第6章 化学平衡第第6 6章章 化学平衡化学平衡学习学习要点要点1.1.平衡常数及其意义平衡常数及其意义2.2.等温方程式及其应用等温方程式及其应用3.3.化学平衡移动规律化学平衡移动规律第6章 化学平衡第第1节节 化学平衡常数化学平衡常数一、化学平衡：一定条件下，一、化学平衡：一定条件下，可逆反应可逆反应进进行到正、逆反应速率相等，反应物与产物行到正、逆反应速率相等，反应物与产物浓度或

2、分压不随时间而变化的状态。浓度或分压不随时间而变化的状态。第6章 化学平衡 rGm(T)=0 共同点共同点第6章 化学平衡 浓度、分压等宏观性质不随时间变化浓度、分压等宏观性质不随时间变化暂时的、有条件的、相对的暂时的、有条件的、相对的共共 同同 点点动动态态平平衡衡增大反应物浓度增大反应物浓度正反应速率加快正反应速率加快减小反应物浓度减小反应物浓度正反应速率减慢正反应速率减慢第6章 化学平衡e-equilibrium“平衡平衡”二、二、平衡常数平衡常数(equilibrium constant)1 1、实验（经验）平衡常数、实验（经验）平衡常数（1 1）气相反应的经验平衡常数）气相反应的经验

3、平衡常数Kp 平衡分压平衡分压 pe(A)pe(B)pe(D)pe(E)反应反应 aA(g)+bB(g)dD(g)+eE(g)第6章 化学平衡 Kp 的单位为的单位为 (kPa)or(Pa)=(d+e)-(a+b)ped(D)pee(E)定义：定义：Kp=pea(A)peb(B)第6章 化学平衡例、例、一定温度下，反应：一定温度下，反应：H2(g)I2(g)2HI(g)第6章 化学平衡 （2）溶液反应的经验平衡常数）溶液反应的经验平衡常数Kc Kc 的单位为的单位为(mol.L-1)，=(d+e)-(a+b)。平衡浓度：平衡浓度：ce(A)ce(B)ce(D)ce(E)定义定义 ced(D)c

4、ee(E)K c=cea(A)ceb(B)aA +bB dD +eE第6章 化学平衡 pe /p =pr,e，ce /c =c r,e（纯数）（纯数）将相对平衡浓度或相对平衡分压代入平衡常数将相对平衡浓度或相对平衡分压代入平衡常数表达式得标准平衡常数表达式得标准平衡常数（无单位，量纲为（无单位，量纲为1）。2、标准平衡常数标准平衡常数(K)下标r,e表示相对平衡量。第6章 化学平衡或：或：气相反应气相反应第6章 化学平衡溶液中的反应溶液中的反应或：或：aA(aq)+bB(aq)dD(aq)+eE(aq)第6章 化学平衡当当 =(d+e)(a+b)=0时，标准平衡常数与经验平衡常数数值相等标准平

5、衡常数与经验平衡常数数值相等。K =Kp（p）-K =Kc（c）-，标准平衡常数无单位标准平衡常数无单位第6章 化学平衡（1 1）表达式与方程式书写形式一一对应；）表达式与方程式书写形式一一对应；3、关于平衡常数关于平衡常数第6章 化学平衡=5.7 104=(5.7104)1/2=2.4 102如某温度下：如某温度下：N2(g)+3 H2(g)2NH3(g)1/2 N2(g)+3/2 H2(g)NH3(g)第6章 化学平衡（2）特征常数，与反应本性、温度相关，而与浓度、）特征常数，与反应本性、温度相关，而与浓度、压强无关；压强无关；（3）K 值大小可体现反应进行的完全程度值大小可体现反应进行的

6、完全程度(108 )；（4）纯固体、纯液体参与反应，其浓度视为）纯固体、纯液体参与反应，其浓度视为1，凡未列，凡未列入平衡常数表达式中的各物质均不影响平衡。入平衡常数表达式中的各物质均不影响平衡。(5)稀溶液中，溶剂参与反应，其浓度视为稀溶液中，溶剂参与反应，其浓度视为1。第6章 化学平衡但但:Fe3O4(s)+4 H2(g)3 Fe(s)+4 H2O(g)r,r,固体物质不写入表达式固体物质不写入表达式Mg2+2OH-Mg(OH)2(s)K 表达式表达式?Ksp-即标准溶度积常数即标准溶度积常数第6章 化学平衡 Cr2O72-H2O 2CrO42-2H+水不要写入表达式水不要写入表达式第6章

7、 化学平衡4 4、rGm(T)与与K 的关系的关系 引入范特霍夫等温方程：引入范特霍夫等温方程：rGm(T)=rGm(T)+RT ln Q rGm(T)：非标准状态下的自由能变非标准状态下的自由能变rGm(T)：标准状态下的自由能变标准状态下的自由能变aA +bB dD +eE第6章 化学平衡气相反应：气相反应：任一状任一状态下的态下的反应商反应商第6章 化学平衡平衡时：平衡时：rGm(T)=0即：即：rGm(T)+RT ln Q 平衡平衡=0平衡平衡第6章 化学平衡rGm(T)=-RT ln K 第6章 化学平衡溶液中的反应溶液中的反应 rGm(T)=rGm(T)+RT ln Q 第6章 化

8、学平衡平衡时：平衡时：平衡平衡rGm(T)=-RT ln K第6章 化学平衡等温方程变换为等温方程变换为:利用等温方程利用等温方程,判断反应方向判断反应方向Q K ，rGm(T)0，反，反应逆向自逆向自发进行。行。Q=K，rGm(T)=0，反反应处于平衡于平衡态。Q K，rGm(T)0，反反应正向自正向自发进行。行。第6章 化学平衡教材教材 133 面例面例2：反反应应 2H2(g)+O2(g)2H2O(g),在在2000K时时，K =1.249108，(1)在在H2(g)和和O2(g)分分压压均均为为1.0104 Pa，水蒸气的分，水蒸气的分压为压为1.0105 Pa的的混合体系中，反混合体

9、系中，反应应的的rGm为为多少？判断在多少？判断在该该条条件下反件下反应应自自发发方向方向(2)若若H2(g)和和O2(g)的分的分压压保持不保持不变变，水蒸气的分，水蒸气的分压压最小最小为为多大多大时时，反，反应应才不能自才不能自发进发进行？行？第6章 化学平衡解：解：2H2(g)+O2(g)2H2O(g)(1)pr 1.0104/105=0.1 1.0105/105=1.0(2)pr 1.0104/105=0.1 p(H2O)/105(1)=195.1 kJmol-1Q K，rGm(2000K)0，反反应正向自正向自发进行。行。第6章 化学平衡（2）当当QK 时时,反应正向非自发反应正向非

10、自发,即：即：1.25108即：即：pr(H2O)353.4 p(H2O)353.41.0105Pa =3.534107 Pa 反反应应不能正向自不能正向自发进发进行行 第6章 化学平衡 处理实际问题时，亦可用直接计算处理实际问题时，亦可用直接计算分压商或浓度商，将其与经验平衡分压商或浓度商，将其与经验平衡常数常数Kp 或或 Kc 比较，可得相同结论。比较，可得相同结论。第6章 化学平衡例例3（教材（教材133面）面）、反应、反应 N2O4(g)2NO2(g)在在25时时Kp=11.5kPa,通过计算判断通过计算判断下列情况下反应向什么方向进行？下列情况下反应向什么方向进行？(1)在在300L

11、的密闭容器中加入的密闭容器中加入1mol N2O4(g)和和10mol NO2(g)；(2)(2)在在300L的密闭容器中加入的密闭容器中加入1mol N2O4(g)和和1mol NO2(g)。第6章 化学平衡解：(1)根据根据 pV=nRT =826.3kPa QpKp=11.5 kPa 反应逆向自发。反应逆向自发。第6章 化学平衡(2)Q p=8.263 kPa Qp Kp=11.5 kPa 反应正向自发。反应正向自发。第6章 化学平衡已知焓、熵、自由能等热力学数据，由：已知焓、熵、自由能等热力学数据，由：rGm(T)=-RT ln K 关系求关系求K 例例4 4、求求298K 2SO2(

12、g)+O2(g)2SO3的的K 解：解：2SO2(g)+O2(g)2 SO3(g)fGm /kJ.mol-1-300.37 0 370.37rGm(298.15K)=2(-370.37-2(-300.37)=-140 kJ.mol-1第6章 化学平衡由由 rGm (T)=-RTln K 得得查查56.5的反对数的反对数，得，得 K =3.41024133面例面例6.4解题思路及结果说明的问题？解题思路及结果说明的问题？第6章 化学平衡 如果一个反应体系中进行的反应可如果一个反应体系中进行的反应可以拆分成多个独立反应，则所建立的平以拆分成多个独立反应，则所建立的平衡系统为多重平衡系统。各独立反应

13、所衡系统为多重平衡系统。各独立反应所建立的平衡称为子平衡，而由多个独立建立的平衡称为子平衡，而由多个独立反应组合的总平衡称为多重平衡。反应组合的总平衡称为多重平衡。5、多重平衡及其平衡常数、多重平衡及其平衡常数竞争平衡、偶联平衡、复杂平衡竞争平衡、偶联平衡、复杂平衡第6章 化学平衡C（s）+1/2O2 CO（g）K1+)CO（g）+1/2O2 CO2(g)K2 C（s）+O2 CO2（g）K3 =?由由rGm(1)=-RTln K1 rGm(2)=-RTlnK2 rGm(3)=rGm (1)+rGm (2)=-RTln K1 +（-RTln K2）=-RTln K3 K3 =K1 K2 第6章

14、 化学平衡同理，若有同理，若有 2+=则：则：K3 =（K1）2 K2 若有若有 2-=则：则：K3 =（K1）2/K2 第6章 化学平衡例例5：已知氨水解离常数为：已知氨水解离常数为Kb，Mg(OH)2的溶的溶度积为度积为Ksp，计算相同温度下，计算相同温度下Mg(OH)2溶于氯化溶于氯化铵溶液反应的铵溶液反应的K。总总.Mg(OH)2(s)+2NH4+Mg2+2NH3H2O(2)NH3H2ONH4+OH-Kb(1)Mg(OH)2(s)Mg2+2OH-Ksp反应（反应（1）反应（反应（2）2总反应总反应K=Ksp/(Kb)2第6章 化学平衡总总.Mg(OH)2(s)+2NH4+Mg2+2NH

15、3H2O(2)NH3H2ONH4+OH-Kb(1)Mg(OH)2(s)Mg2+2OH-Ksp=K =cr,e2(OH-)cr,e2(OH-)cr,e(Mg2+)cr,e 2(NH3H2O)cr,e2(NH4+)Ksp(Kb)2第6章 化学平衡6、有关计算、有关计算平衡浓度、转化率等的计算平衡浓度、转化率等的计算 解题基本步骤解题基本步骤:（1）正确写出化学平衡方程式）正确写出化学平衡方程式（2）由）由题意分意分别确定各物的起始量与平衡量确定各物的起始量与平衡量（浓度、分度、分压、物、物质的量等）；的量等）；（3）写出平衡常数表达式并代入平衡）写出平衡常数表达式并代入平衡浓度（分度（分压）或其表

16、达式；）或其表达式；（4）求未知量。）求未知量。第6章 化学平衡CO(g)+H2(g)例例6.反应反应 C(s)+H2O(g)在在1000K时时K =1.00,于密闭反应器中通入于密闭反应器中通入100kPa压力的水蒸气压力的水蒸气,使之与足量的红热的碳反应使之与足量的红热的碳反应,求求反应达平衡时各气体的分压。反应达平衡时各气体的分压。解：解：设平衡时设平衡时CO的相对分压为的相对分压为x pr 1 0 0 p pr,er,e 1x x x C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)第6章 化学平衡K=x=0.62 平衡时各气体分压为平衡时各气体分压为:pe(H2)=pe(CO)=xp =

17、0.62100kPa=62 kPa pe(H2O)=(1-0.62)p =0.38100kPa=38 kPa 第6章 化学平衡 该反反应物物浓度的改度的改变量量 =100%某反某反应物起始物起始浓度度转化率（转化率（）=100%该反反应物的物的转化量化量n某反某反应物的起始量物的起始量n第6章 化学平衡例例7:已知已知HAc的的Ka 为为1.7610-5,分别计算分别计算0.1和和0.2mol/L HAc 解离度及各组分平衡浓度。解离度及各组分平衡浓度。解：解：HAcH+Ac-平衡浓度平衡浓度0.1(1-)0.10.1起始浓度起始浓度0.100由由Ka =cr,e(H+)cr,e(Ac-)cr

18、,e(HAc)=(0.1)20.1(1-)因因Ka 很小很小,故可认为故可认为(1-)=1=1.7610-5第6章 化学平衡解得:=1.34%cr,e(H+)=cr,e(Ac-)=1.34 10-3pH=-lgcr,e(H+)=2.88同法可计算出同法可计算出0.2mol/L HAc 的的=0.94%可知转化率与浓度有关，而平衡常数与浓度无关。可知转化率与浓度有关，而平衡常数与浓度无关。第6章 化学平衡K 与与的区别的区别(1)均体现反应进行的完全程度。均体现反应进行的完全程度。不不是是特特征征常常数数，大大小小与与反反应应物物起起始始量有关。量有关。(2)K 是特征常数是特征常数,与浓度无关

19、。与浓度无关。第6章 化学平衡第第 2 节节 化学平衡的移动化学平衡的移动 Le Chatelier原理原理:改变平衡体系的条件之一，平衡向着改变平衡体系的条件之一，平衡向着削弱削弱这一改变的方向移动。这一改变的方向移动。第6章 化学平衡1 1、浓度或气体分压对化学平衡的影响、浓度或气体分压对化学平衡的影响第6章 化学平衡K 不不变，但但Q减小减小，则Q K ，rG(T)0，应用：提高某些原料的用：提高某些原料的转化率。化率。浓度浓度（1 1）对于一个已达平衡的反应，当增大反应物）对于一个已达平衡的反应，当增大反应物浓度或减小产物浓度时，反应正向自发进行。浓度或减小产物浓度时，反应正向自发进行

20、。第6章 化学平衡应用：控制某些副反用：控制某些副反应的的发生。如三生。如三氯化化铁、氯化化亚锡、三、三氯化化锑溶液的配制溶液的配制。（2 2）对于一个已达平衡的反应，当增大产物浓）对于一个已达平衡的反应，当增大产物浓度或减小反应物浓度时，反应逆向移动度或减小反应物浓度时，反应逆向移动K不不变，Q增大增大，则QK，rGm(T)0，第6章 化学平衡H2和和I2 化合的反应商化合的反应商Q 和反应的方向和反应的方向状态状态状态状态起始浓度起始浓度起始浓度起始浓度(mol/dm(mol/dm3 3)(H(H2 2)(I)(I2 2)(HI)(HI)Q QQ Q与与与与K K自发反自发反自发反自发反应

21、方向应方向应方向应方向转化率转化率转化率转化率(%)*(%)*HH2 2,I,I2 2（1）1.00 1.00 1.001.00Q K正向正向67 67（2）1.00 1.00 0.0011.010-6Q K逆向逆向（5）1.22 0.22 1.569.07Q K正向正向13 73例如：例如：H2(g)+I2(g)=2HI(g)713 K 时，时，Kc=50.3第6章 化学平衡结结 论论1、Q/K 的比值，决定反应进行的方向；的比值，决定反应进行的方向；2、Q 与与 K 的差距，预示了平衡移动的多少；的差距，预示了平衡移动的多少；3、增加一种反应物的浓度，可提高另一种反增加一种反应物的浓度，可

22、提高另一种反应应 物的转化率；物的转化率；4、标准状态下标准状态下,Q=1，但，但 K 不一定等于不一定等于1。第6章 化学平衡例例7:醋酸的醋酸的Ka 为为1.7610-5,往往0.1mol/L醋酸中加醋酸中加醋酸钠固体醋酸钠固体,当醋酸钠浓度达当醋酸钠浓度达0.1时时,醋酸的解离醋酸的解离度及组分平衡浓度分别为多少度及组分平衡浓度分别为多少?HAcH+Ac-平衡浓度平衡浓度 0.1(1-)0.10.10.1+0.1 0.1起始浓度起始浓度0.100.1由由Ka=cr,e(H+)cr,e(Ac-)cr,e(HAc)=0.10.10.1=1.7610-5解：设解：设HAc的解离度为的解离度为第

23、6章 化学平衡解得:=0.0176%cr,e(H+)=1.7610-5pH=-lgcr,e(H+)=4.74同离子效应-缓冲溶液第6章 化学平衡2、压强变化对化学平衡的影响、压强变化对化学平衡的影响已达平衡的反应体系已达平衡的反应体系，总压增至原压力的，总压增至原压力的s倍倍时，反应商为：时，反应商为：=K s ,=(d+e)-(a+b)。sPr，e(D)dsPr,e(E)eQ=sPr,e(A)a sPr,e(B)b第6章 化学平衡（1）0，则QK ，平衡逆向移，平衡逆向移动；（2）=0，则Q=K ，平衡不移，平衡不移动；（3）0，则QK ，平衡正向移，平衡正向移动；即；即；增增压，向气体分子

24、数减少（降，向气体分子数减少（降压）的）的方向移方向移动。第6章 化学平衡例题：教材例题：教材138面面6.9、6.10第6章 化学平衡 3 3、温度对化学平衡移动的影响、温度对化学平衡移动的影响 吉布斯吉布斯-赫姆霍兹公式；赫姆霍兹公式；r Gm (T T)=r Hm (T T)-T r Sm(T T)同同时 r Gm(T)=-RT ln K 推得推得 浓度、压力变，浓度、压力变，K 不变；温度变，不变；温度变，K 变。变。ln K =-+r Hm (T T)r Sm(T T)RT R第6章 化学平衡 T1：ln K1 =-rHm /RT1+rSm(T）/R (1)T2：ln K2 =-rH

25、m /RT2+rSm(T)/R (2)式式(2)-式式(1)得得 第6章 化学平衡吸热反应，吸热反应，K2 K1，平衡正向移，平衡正向移动。放放热反反应，K2 K1，平衡逆向移，平衡逆向移动。同理：降低温度，平衡同理：降低温度，平衡则朝放朝放热方向移方向移动。升升 温温第6章 化学平衡例例8：查表计算：查表计算1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)500K时的时的K解解 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)fHm(298.15K)/kJ.mol-1 0 0 -92.5fGm(298.15K)/kJ.mol-1 0 0 -95.4rHm =-92.5kJ.mol-1-0

26、-0=-92.5kJ.mol-1rGm =-95.4kJ.mol-1-0-0=-95.4kJ.mol-1第6章 化学平衡K(500K)=1.511010103第6章 化学平衡总结总结-当改变当改变平衡体系平衡体系的条件之一，则平的条件之一，则平衡朝着衡朝着削弱削弱这种改变的方向移动。这种改变的方向移动。催化剂：对催化剂：对平衡点平衡点没有影响，对转化率无没有影响，对转化率无贡献贡献,仅影响反应速率，但影响反应到达仅影响反应速率，但影响反应到达平衡点的时间。平衡点的时间。第6章 化学平衡 本章总结本章总结：1、化学平衡的特点；、化学平衡的特点；2、化学平衡常数（经验平衡常数与标、化学平衡常数（经验平衡常数与标准平衡常数）的定义、两常数的相互准平衡常数）的定义、两常数的相互关系，书写平衡常数表达式的有关关系，书写平衡常数表达式的有关.第6章 化学平衡3、标准平衡常数与化学反应自由能变、标准平衡常数与化学反应自由能变化值的关系，等温方程式的应用；化值的关系，等温方程式的应用；4、运用等温方程式及平衡移动原理判、运用等温方程式及平衡移动原理判断平衡移动方向；断平衡移动方向；5、关于平衡常数及平衡组成的计算。、关于平衡常数及平衡组成的计算。