上大无机化学A第四章1化学平衡.ppt

化学反应的限度化学平衡 4.2.1 化学平衡 一、可逆反应 在同一条件下，既能向正反应方向进行，也能 向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。 Fe3O4(s) + 4CO(g) 3Fe(s) + 4CO2(g) 化学平衡的特点： (前提)只有在恒温下， 封闭体系中进行的可逆反 应才能建立化学平衡； (条件)正、逆反应速度 相等； (标志)达到平衡时各物 质的浓度都不再随时间改 变； (特征)化学平衡是有条 件的动态平衡； 二、化学平衡 反 应 速 度 v 时间t 正 逆 正=逆 化学平衡 N2O4(无色)2NO2(红棕色) 4.2.2 平衡常数（化学平衡定律） 1、浓度平衡常数 对于反应: aA + bB gG + dD 在一定温度下达到平衡时，反应物和产物的平 衡浓度有如下关系。 Kc称为浓度平衡常数 可表示为：在一定温度下，某个可逆反应 达到平衡时、产物浓度系数次方的乘积与反应 物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。这个 关系称为化学平衡定律。 2、压力平衡常数 反应物中有气体参加反应，气体可用分压 （Pi)来代替浓度写在平衡常数表达式中,得到 的平衡常数称压力平衡常数（KP）。 问题一、平衡常数的单位？ 3、标准平衡常数 对溶液中进行的反应：（无单位） aA(aq) +bB (aq) = cC (aq) + dD (aq) C=1 molL-1 （标准浓度） 对于气相反应： （无单位） aA(g) +bB (g) = cC (g) + dD (g) (3)若反应体系中同时又气体物质和溶液存在，怎么办？ 4、平衡常数的意义和运用时应该注意的地方 （1） 平衡常数是在一定温度下处于平衡态的产物 浓度系数指数乘积与反应物浓度系数指数乘积的比 值，K越大,正反应越完全。 （2） K 表达式中各物质的分压（或浓度）是平衡 时的分压（或浓度），不是起始的分压（或浓度） ，也不是过程的分压（或浓度） 。 （3） K表达式与反应历程无关，但与反应式中系 数有关，即 K 的大小与反应式写法有关。 化学平衡的基本概念： 前提可逆反应； 条件正、逆反应速度相等； 标志各物质的浓度都不再随时间改变； 特征动态平衡。 2、化学平衡定律标准平衡常数K(K的物理意义？) 水溶液中的反应： aA(aq)+bB(aq)gG(aq)+dD(aq) C：标准浓度=1molL-1 气相反应： aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g) p：标准压力=100kpa （3）多重平衡规则 例如： SO2(g) + CO2(g) = SO3(g) + CO(g) (1) SO2(g) + 1/2O2(g) = SO3(g) (2) CO2(g) = CO(g) + 1/2O2(g) (3) (3)式和(1)式、（2）式有何关系？ 式（3） =式（1）- 式（2） K3 = K1 / K2 结论： 如果某一反应可以表示为两个或更多个反应的和（或 差），则总反应的平衡常数就等于各步反应平衡常数的乘 积。（注意：和rHm 不同！） 3 有关化学平衡定律和平衡常数 平衡常数是在一定温度下处于平衡态的产物浓度系数指数 乘积与反应物浓度系数指数乘积的比值，K越大,正反应越 完全。 平衡常数与温度及书写方式有关，而与浓度、压力无关。 平衡常数表达式中，固体、纯液体或稀溶液的溶剂的“浓度 项”不必列出。 化学反应方程式相加减，则平衡常数相乘除。 (4) 有关平衡常数的计算： 例1：硫氢化铵的分解反应如下： NH4HS(s) = H2S(g) + NH3(g) 若在某温度时，把固体NH4HS置于真空容器中使其分 解，达到平衡时容器中气体总压力为6.00kpa ，求反应的平 衡常数。 例2：将1.00mol SO2和 1.00mol O2的混合物在630和100kpa 下，缓慢地通过V2O5，使转化为 SO3，反应式为： 2SO2 (g)+ O2 (g) = 2 SO3 (g) 达到平衡时，冷却所得的平衡混合物加以分析，测的剩 余的O2为 0.615mol，试求 Ko。 解题思路： 求 Ko=?求 pi =? 求 xi =? 求 ni 解： 2SO2 (g)+ O2 (g) = 2 SO3 (g) 初始物质的量/mol 1.00 1.00 变化物质的量/mol -0.77 -0.385 0.77 平衡物质的量/mol 0.615 0.23 0.77 nT=1.615 平衡分压/100 0.23/1.615 0.615/1.615 0.77/1.615 4.2.3化学反应等温方程式 对于气相反应 aA(g) + bB(g) = gG(g) + dD(g) 由热力学可导出： 达到平衡时，G = 0 使用化学反应等温方程式必须注意： (4)G 的单位是kJmol-1,而R的单位是Jmol-1 K-1 非平衡时， 称为反应商，用符号Q表示。 G= -RT lnKo+ RT lnQ 该式称为化学反应等温方程式。 用Ko和Q进行比较判断化学反应的方向。 Q Ko 时， G 0 反应逆方向进行。 4.2.4 化学平衡的移动 一、 浓度对化学平衡的影响 aA(aq)+bB(aq)gG(aq)+dD(aq) 在其它条件不变的情况下，增加反应物的浓度，使 CACA，且CA CA，此时有： 结论： 增加反应物（或减少生成物）的浓度，平衡朝生成 物方向(正向)移动； 减少反应物（或增加生成物）的浓度，平衡朝反应 物方向(逆向)移动； 二、 压力对化学平衡的影响 aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g) 在其它条件不变的情况下， 增加体系总压力，使pApA， pA= pA， pA pA ，1 此时有 ： 当(d+g)(a+b)时：Q K 平衡逆向移动，即朝气体分子 数减少的方向移动， 当(d+g)(a+b)时：Q K 平衡正向移动，还朝气体分子 数减少的方向移动， 结论：增加体系的总压力，平衡朝气体分子数减少的方向 移动； 反之：减少体系的总压力，平衡朝气体分子数增加的方向 移动。 三、 温度对化学平衡的影响 升高温度，使平衡向吸热方向移动； 降低温度，使平衡向放热方向移动。 温度使化学平衡常数发生变化： 两式相减得： 平衡移动的总规律(勒夏特里原理)： 如果改变平衡系统的条件之一（例如，浓 度、压力或温度），平衡就向能减弱这个改变 的方向移动。 化学反应速率与化学平衡的应用 1、二氧化硫的氧化 SO2(g) + 1/2 O2(g) = SO3(g) rHm = -98.66kJmol-1 二氧化硫平衡转化率与温度的关系 温度 / C 400450500550600 平衡转转化率 / % 99.297.5 93.5 85.673.7 二氧化硫平衡转化率与压力的关系 压压力 / kpa 101.3 503.510132633 5035 10130 平衡转转化率 / % 97.5 98.999.299.599.699.7 不同组成的原料气的SO3平衡转化率（500C） 原料气的组组成 /SO3的平衡 转转化率 / % SO2O2N2 5.013.981.195.0 6.012.481.694.3 7.011.082.093.5 8.09.682.492.9 9.08.282.891.6 2、人工合成金刚石 C石墨 = C金刚石 rGm = 2.895kJmol-1 压力P/GPs 5003500 1 9 4.5 T/K 金刚石 石墨 1.硫氢化铵的分解反应如下： NH4HS(s) = H2S(g) + NH3(g) 若在某温度时，把固体NH4HS置于真空容器中使 其分解，达到平衡时容器中气体总压力为6.67kpa 。求在平衡混合物中加入NH3，使其分压为107kpa ，此时H2S的分压为若干？容器的总压力为若干？ 2.在330，下列反应在10L密闭容器中进行： 2NO(g) + Cl2(g) = 2NOCl(g) 如果开始时用1.00molNO，0.67mol Cl2和1.67mol NOCl，反应达到平衡时，有2.04mol NOCl存在， 求该反应的Ko。 3. 298K，下述反应： 2H2O2(g) = 2