化学平衡常数-精选PPT.ppt

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1、化学平衡常数-第1页，此课件共56页哦6-1 化学平衡状态化学平衡状态一、可逆反应一、可逆反应1.不可逆反应不可逆反应 反反应应物物（或或反反应应物物之之一一）会会消消耗耗尽尽，几几乎乎全全部部转转化化为为生生成成物物，这这样样的的反反应应叫叫做做不不可可逆逆反反应。应。例如例如：HCl+NaOH=NaCl+H2O第2页，此课件共56页哦2.可逆反应可逆反应 在在一一定定条条件件下下，一一个个化化学学反反应应一一般般即即可可按按反反应应方方程程式式从从左左向向右右进进行行，又又可可以以从从右右向向左左进进行行，这这样样的的化化学学反反应应叫叫做做可可逆逆反应。反应。例如例如：N2(g)+3H2

2、(g)2NH3(g)从左向右进行的反应定为从左向右进行的反应定为正反应正反应;从右向左进行的反应定为从右向左进行的反应定为逆反应逆反应。第3页，此课件共56页哦二、化学平衡二、化学平衡1.化学平衡状态化学平衡状态 在在可可逆逆系系统统中中，正正反反应应和和逆逆反反应应的的速速率率相相等等时时反反应应物物和和生生成成物物的的浓浓度度不不再再随随时时间间而而改改变变的的状状态态，称为化学平衡状态。称为化学平衡状态。2.反应系统的化学平衡状态具有的特点：反应系统的化学平衡状态具有的特点：（1）系统的组成不再随时间而变。）系统的组成不再随时间而变。(标志标志)（2）是动态平衡。）是动态平衡。+=-0

3、(条件、前提条件、前提)（3）平衡组成与达到平衡的途径无关。）平衡组成与达到平衡的途径无关。（4）可逆反应的最大限度。）可逆反应的最大限度。（5）是暂时的、有条件的相对平衡。）是暂时的、有条件的相对平衡。第4页，此课件共56页哦3.3.勒勒沙特列（沙特列（Le Chatelier）原理原理改变平衡系统的外界条件时，平衡向着减弱这一改变改变平衡系统的外界条件时，平衡向着减弱这一改变的方向移动。（也称为化学平衡移动原理）。的方向移动。（也称为化学平衡移动原理）。浓度：浓度：增加反应物浓度，平衡向生成物方向移动；增加反应物浓度，平衡向生成物方向移动；压力压力：增加压力，平衡向气体计量系数减小方向移动

4、；：增加压力，平衡向气体计量系数减小方向移动；温度温度：升高温度，平衡向吸热方向移动。：升高温度，平衡向吸热方向移动。注意：注意：这个平衡移动原理只适用于原来处于平衡状态的系统，这个平衡移动原理只适用于原来处于平衡状态的系统，而不适用于非平衡系统；而不适用于非平衡系统；不仅适用于化学系统，也适用于相平衡系统。不仅适用于化学系统，也适用于相平衡系统。第5页，此课件共56页哦20002000年是勒沙特列（年是勒沙特列（Le Chatelier1850-1936Le Chatelier1850-1936）诞生诞生150150周年。请用勒沙特列原理解释如下生活中周年。请用勒沙特列原理解释如下生活中的常

5、见现象：打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，的常见现象：打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立即泛起大量泡沫。杯中立即泛起大量泡沫。溶解平衡溶解平衡 COCO2(2(溶液溶液)COCO2(2(气气),H0影响因素影响因素:压力压力:打开啤酒瓶压力减少打开啤酒瓶压力减少,平衡向气体平衡向气体计量系数计量系数增增加方向移动。加方向移动。温度温度:升高温度，平衡向吸热方向移动。升高温度，平衡向吸热方向移动。第6页，此课件共56页哦 6-2 6-2 平衡常数平衡常数一、经验平衡常数一、经验平衡常数COCO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)CO(g)+H(g)CO(g)+H2 2O(g)O(g)的实验数

6、据的实验数据编编号号起始浓度起始浓度/molL-1平衡浓度平衡浓度/molL-1 (1473K平衡时平衡时)COCO2 2H H2 2COCOH H2 2O OCOCO2 2H H2 2COCOHH2 2OO10.010.01000.0040.0040.0060.0062.320.010.02000.0220.001220.00780.00782.330.010.010.00100.00410.00410.00690.00592.44000.020.020.00820.00820.01180.01182.1第7页，此课件共56页哦1.经验平衡常数定义经验平衡常数定义 在一定温度下，可逆反应达到

7、平衡时，在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物的浓度幂的乘积与反应物的浓度生成物的浓度幂的乘积与反应物的浓度幂的乘积之比是常数，这个常数称为幂的乘积之比是常数，这个常数称为经经验平衡常数验平衡常数。（幂次为反应方程式中计。（幂次为反应方程式中计量数）量数）aA+bB gG+hH则则第8页，此课件共56页哦2.浓度和压力平衡常数的关系浓度和压力平衡常数的关系对于气体反应：对于气体反应：aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g)第9页，此课件共56页哦3.3.平衡常数的意义平衡常数的意义a.平衡常数平衡常数是衡量化学反应进行所能达到是衡量化学反应进行所能达到限度的限度的特征常数特征常数。对于同

8、一类型反应，在给定条件下，对于同一类型反应，在给定条件下，K值越大，生成物的浓度越大，表明反应值越大，生成物的浓度越大，表明反应进行得越完全。进行得越完全。b.对于同一反应，温度不同，对于同一反应，温度不同，K值不同。值不同。K值与温度有关值与温度有关，但，但不随浓度而变不随浓度而变。第10页，此课件共56页哦4.4.书写平衡常数表达式时注意事项书写平衡常数表达式时注意事项规定将生成物的平衡浓度幂的乘积作分规定将生成物的平衡浓度幂的乘积作分子项，反应物的平衡浓度幂的乘积作分子项，反应物的平衡浓度幂的乘积作分母项。母项。要与反应方程式的书写形式相符合。要与反应方程式的书写形式相符合。反应中有固体

9、、纯液体或溶剂不写进平反应中有固体、纯液体或溶剂不写进平衡常数表达式中。衡常数表达式中。第11页，此课件共56页哦即即K1K2 而是而是K1K22第12页，此课件共56页哦第13页，此课件共56页哦二、平衡转化率二、平衡转化率 某某一一反反应应物物的的平平衡衡转转化化率率是是指指化化学学反反应应达达平平衡衡后后，该该反反应应物物转转化化为为生生成成物物的的百百分数，是理论上能达到的最大转化率。分数，是理论上能达到的最大转化率。若反应前后体积不变若反应前后体积不变第14页，此课件共56页哦对于气体反应对于气体反应第15页，此课件共56页哦三、标准平衡常数定义三、标准平衡常数定义平衡时平衡时相对分

10、压相对分压：平衡分压平衡分压p pi i（以（以PaPa为单位）除以为单位）除以标准态压力标准态压力p p（101325Pa）；）；平衡时平衡时相对浓度相对浓度：平衡浓度除以标准态浓度：平衡浓度除以标准态浓度c(1mol/L)。计计算算平平衡衡常常数数时时，若若某某组组分分为为气气态态物物质质，则则平平衡衡分分压压pi（以以 Pa为为 单单 位位）先先 除除 以以 标标 准准 态态 压压 力力 p（101325Pa）；若若某某组组分分以以溶溶液液形形式式存存在在，则则其其平平衡衡浓浓度度先先除除以以标标准准态态浓浓度度c (1mol/L),所所得得的的平衡常数为平衡常数为标准平衡常数标准平衡常

11、数K。注注:K 是无量纲的量是无量纲的量第16页，此课件共56页哦Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)第17页，此课件共56页哦第18页，此课件共56页哦对于一般的化学反应对于一般的化学反应：例：在密闭容器中：在密闭容器中第19页，此课件共56页哦四、偶联反应的平衡常数四、偶联反应的平衡常数假设存在着多个化学平衡体系且各有对假设存在着多个化学平衡体系且各有对应的平衡常数，则当几个反应式相加应的平衡常数，则当几个反应式相加（或相减）得到另一个反应式时，其平（或相减）得到另一个反应式时，其平衡常数即等于几个反应的平衡常数的乘衡常数即等于几个反应的平衡常数的乘积（

12、或商）。这个规则称为积（或商）。这个规则称为多重平衡规多重平衡规则则。第20页，此课件共56页哦例：例：已知下列两反应的平衡常数分别为已知下列两反应的平衡常数分别为K K1 1，K K2 2，求反应求反应4HCl(g)+O4HCl(g)+O2 2(g)2Cl(g)2Cl2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(g)O(g)的平衡常的平衡常数。数。第21页，此课件共56页哦解：解：(2)(2)2 2 4HCl(g)2H4HCl(g)2H2 2(g)+2Cl(g)+2Cl2 2(g)(g)K K3 3-)(1)2H-)(1)2H2 2O(g)2HO(g)2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g

13、)K K1 1 4HCl(g)+O 4HCl(g)+O2 2(g)2Cl(g)2Cl2 2(g)+2H(g)+2H2 2O O K K由多重平衡规则得由多重平衡规则得 K K3 3=(=(K K2 2)2 2第22页，此课件共56页哦五、标准平衡常数理论推导五、标准平衡常数理论推导范特霍夫等温方程：范特霍夫等温方程：rGm(T)=rG m(T)+RTlnJrGm(T)：温度：温度T下的非标准态反应自由能下的非标准态反应自由能rG m(T)：温度：温度T下的标准态反应自由能下的标准态反应自由能J：温度：温度T时的反应商，表达式与标准平衡时的反应商，表达式与标准平衡常数常数K 相近。相近。第23页

14、，此课件共56页哦化学反应达到平衡状态时，化学反应达到平衡状态时，rGm=0rG m(T)+RTlnJ平衡平衡=0令令J平衡平衡K rG m(T)=-RTlnK K：标准平衡常数：标准平衡常数第24页，此课件共56页哦例例1.分别求分别求650,700K下氧化汞固体分解为汞和氧下氧化汞固体分解为汞和氧气的的平衡常数。气的的平衡常数。解题思路：查查 表表写写出出平平衡衡反反应应方方程程式式 rG m，T=-RTlnK 第25页，此课件共56页哦解：HgO(s)Hg(g)+1/2O2(g)fH m/kJmol-1 90.83 61.32 0S m/Jmol-1K-1 70.29 174.85 20

15、5.03rG m,650rH m,298-T rS m,298 =152.15-650207.07510-3=17.55(kJmol-1)rH m=61.32-(-90.83)=152.15(kJmol-1)rS m=0.5205.03+174.85-70.29)=207.075(Jmol-1K-1)rG m,700rH m,298-T rS m,298 =152.15-700207.07510-3=7.20(kJmol-1)第26页，此课件共56页哦说明平衡常数是温度的函数说明平衡常数是温度的函数第27页，此课件共56页哦例例2：氧化汞在：氧化汞在700K，在密闭容器中分解和在氧分，在密闭容

16、器中分解和在氧分压始终保持为空气分压时分解，达到平衡时汞蒸压始终保持为空气分压时分解，达到平衡时汞蒸气压是否相同？气压是否相同？(p=100 kPa)解：设在密闭容器中分解达平衡时解：设在密闭容器中分解达平衡时HgHg的相的相对分压为对分压为x平衡时平衡时 x 1/2xK 700K=p(Hg)/p p(氧气氧气)/p 1/2=0.264x(1/2x)1/2=0.264 x=0.52p(Hg)=0.52 p=52(kPa)第28页，此课件共56页哦若分解时氧分压始终维持在空气氧分压若分解时氧分压始终维持在空气氧分压（0.210p）则）则K 693K=p(Hg)/p 0.210p/p 1/2=0.

17、264p(Hg)=0.576 p =57.6(kPa)总结：例总结：例2中当平衡时氧分压改变时，汞蒸气的中当平衡时氧分压改变时，汞蒸气的平衡分压也会改变，但它们相互制约平衡分压也会改变，但它们相互制约平衡时平衡时 x 0.210 p 第29页，此课件共56页哦1.判断反应的程度判断反应的程度K 愈小，反应进行得愈不完全；愈小，反应进行得愈不完全；K 愈大，反应进行得愈完全；愈大，反应进行得愈完全；K 不太大也不太小，不太大也不太小，反应物部分地反应物部分地转化为生成物。转化为生成物。6-3 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响第30页，此课件共56页哦J J 与与 K K 的关系与反应的方

18、向的关系与反应的方向 第31页，此课件共56页哦2.2.化学平衡的质量判据（判断化学反应进化学平衡的质量判据（判断化学反应进行方向的依据）行方向的依据）：J=K 系统处于平衡状态系统处于平衡状态JK 反应向逆反应方向进行反应向逆反应方向进行注注:利用利用K Kp p与与K Kc c与相应的反应商与相应的反应商J J相比较，相比较，也可以判断反应方向，但必须注意也可以判断反应方向，但必须注意K K与与J J的一致性。的一致性。第32页，此课件共56页哦例：含有例：含有0.100 mol/LAgNO3，0.100 mol/L Fe(NO3)2和和0.01mol/L Fe(NO3)3的溶液的溶液,发

19、生如下反发生如下反应应:Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)25时的标时的标准平衡常数为准平衡常数为2.98(1)(1)判断此条件下反应向哪一个方向进行判断此条件下反应向哪一个方向进行.解解:反应开始时的反应商反应开始时的反应商:J1)x1)倍时，平衡移动倍时，平衡移动方向？方向？第39页，此课件共56页哦即相应各组分的分压也都同时增大即相应各组分的分压也都同时增大x倍，则倍，则（1）n0时时，xn1，即，即JK 平衡向逆反应方向移动。平衡向逆反应方向移动。（2）n 0 时时，xn 1，即，即JK 平衡向正反应方向移动。平衡向正反应方向移动。（3）n=0 时时，xn=1

20、，即，即J=K 平衡不发生移动。平衡不发生移动。第40页，此课件共56页哦2.当反应系统中有惰性气体存在时，总压力当反应系统中有惰性气体存在时，总压力对平衡的影响对平衡的影响（1 1）某一反应在惰性气体存在下已达到平）某一反应在惰性气体存在下已达到平衡，此时使系统总压增加到衡，此时使系统总压增加到x x倍，倍，平衡向气体分子数减少方向移动平衡向气体分子数减少方向移动（2 2）如果反应在恒温恒压下进行，反应达）如果反应在恒温恒压下进行，反应达平衡时，引入惰性气体。平衡时，引入惰性气体。平衡向气体分子数增多方向移动平衡向气体分子数增多方向移动（3 3）如果反应在恒温恒容下进行，反应达）如果反应在恒

21、温恒容下进行，反应达平衡时，引入惰性气体。平衡时，引入惰性气体。平衡不移动平衡不移动第41页，此课件共56页哦例：例：在密闭容器内装入在密闭容器内装入CO的水蒸气，在的水蒸气，在972K条件下，这两种气体进行下列反应：条件下，这两种气体进行下列反应：若开始反应时两种气体的分压为若开始反应时两种气体的分压为8080kPa，达，达到平衡时已知有到平衡时已知有50%的的CO转化为转化为CO2（1 1）计算）计算972K972K下的下的K K（2 2）若在原平衡系统中再通入水蒸气，使密闭容器内）若在原平衡系统中再通入水蒸气，使密闭容器内水蒸气的分压在瞬间达到水蒸气的分压在瞬间达到8080kPa8080

22、kPa，通过计算判断，通过计算判断平衡移动的方向。平衡移动的方向。（3 3）欲使上述水煤气变换反应有）欲使上述水煤气变换反应有90%CO90%CO转化为转化为COCO2 2，问水煤气变换原料比，问水煤气变换原料比p p(H(H2 2O)/O)/p p(CO)(CO)应为多少应为多少?第42页，此课件共56页哦(1)思路思路:应用应用K 定义定义平衡分压平衡分压/kPa 8080-8080-808050%808050%/kPa 8080-8080-808050%808050%808050%808050%808050%808050%=4040 =4040 =4040 =4040 =4040 =40

23、40 =4040 =4040 解解:第43页，此课件共56页哦(2)思路思路:比较比较J与与K 由于由于J 0 0答：答：A AJ=101 kPa 0当当T2T1时时,K 2 K 1,平衡正向移动平衡正向移动(平衡常数增大平衡常数增大)当当T2T1时时,K 2K 1,平衡逆向移动平衡逆向移动(平衡常数减小平衡常数减小)对于放热反应对于放热反应rH mT1时时,K 2 K 1,平衡逆向移动平衡逆向移动(平衡常数减小平衡常数减小)当当T2K 1,平衡正向移动平衡正向移动(平衡常数增大平衡常数增大)第49页，此课件共56页哦结论结论:当温度升高时，平衡向吸热方向移动；降低当温度升高时，平衡向吸热方向

24、移动；降低温度平衡向放热方向移动。温度平衡向放热方向移动。若体现在液体的蒸发过程中，则若体现在液体的蒸发过程中，则K=p(H2O)/p 第50页，此课件共56页哦在化工中遇到的实际问题往往是比较复杂的，在化工中遇到的实际问题往往是比较复杂的，必须综合地考虑诸因素对反应速率和化学平必须综合地考虑诸因素对反应速率和化学平衡的影响，才能选择好最适宜的反应条件。衡的影响，才能选择好最适宜的反应条件。第51页，此课件共56页哦 低温低温、加压加压有利于平衡正向移动。但低有利于平衡正向移动。但低温反应速率小。温反应速率小。在实际生产中，在实际生产中，T=（460550），32MPa，使用铁系催化剂。，使用

25、铁系催化剂。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)以合成氨为例：以合成氨为例：1molkJ22.92-=END第52页，此课件共56页哦250 时，时，PCl3(g)+Cl2(g)=PCl5(g)的的 K=0.54，在一密，在一密闭容器中装入闭容器中装入1.00 mol的的 PCl3 和和1.00 mol的的Cl2，若达到，若达到平衡时，总压力为平衡时，总压力为100 kPa，求各物质的摩尔分数。，求各物质的摩尔分数。答：答：设设PCl3的转化率为的转化率为x PCl3 +Cl2 =PCl5 达平衡时物质的量达平衡时物质的量/mol(1.00-x)(1.00-x)x 物质的总量物质的总量=(2

26、.00-x)mol解得解得 x=0.19 第53页，此课件共56页哦已知在已知在250，气相反应：，气相反应：PCl5=PCl3+Cl2 的的 K =1.85，若等摩尔的，若等摩尔的PCl3 和和Cl2 在在5.0 dm3 容器中在该温度下达平衡，测得容器中在该温度下达平衡，测得PCl5 的分压为的分压为100 kPa，求，求PCl3 和和Cl2 的原始物质的量。的原始物质的量。答：设PCl3 和和Cl2 的初始压力位的初始压力位p kPa PCl5 =PCl3 +Cl2 初始压力初始压力/kPa 0 p p 平衡压力平衡压力/kPa 100 p-100 p-100 p=2.36 100 kP

27、a第54页，此课件共56页哦6-8 6-8 已知反应已知反应N N2 2OO4 4(g)=2NO(g)=2NO2 2(g)(g)在在308K308K下的标准平衡常下的标准平衡常数数K K 为为0.320.32。求反应系统的总压为。求反应系统的总压为p p 和和 2 2p p，N N2 2OO4 4的解离的解离度及其比。用计算结果说明勒沙特列原理。度及其比。用计算结果说明勒沙特列原理。解题思路解题思路:1.1.标准平衡常数与各物质的分压力有关；标准平衡常数与各物质的分压力有关；2.2.已知总压求分压力的方法已知总压求分压力的方法3.3.利用利用p p分分=xip p总总 ；xi=n=ni i/n/n总总4.4.设设N2O4的初始物质的量为的初始物质的量为1mol第55页，此课件共56页哦解：设解：设N2O4的初始物质的初始物质的量为的量为1mol，平衡时消，平衡时消耗耗N2O4为为xmol，则：，则：N N2 2OO4 4(g)=2NO(g)=2NO2 2(g)(g)初始初始n n：1 01 0平衡平衡n n：1-1-x 2xn总总=1-1-x+2x=1+x总压为总压为p 时：时：总压为总压为2p 时：时：x=19.6 mol;=19.6%第56页，此课件共56页哦