大学无机化学之化学平衡.ppt

第三章 化学平衡原理 3.3 化学平衡的移动 3.2 标准平衡常数的应用 3.1 标准平衡常数 3.1 标准平衡常数 3.1.3 标准平衡常数的实验测定 3.1.2 标准平衡常数表达式 3.1.1 化学平衡的基本特征 化学反应的限度 1、高炉中的炼铁反应为： Fe2O3+ 3CO = 2Fe+3CO2 2、合成氨反应： N2+3H2 NH3 N2 转化率最大为65.1% 3、KClO3 = 2KCl + O2 0 0.0100 0.0100 0 7.60 0 2000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 0.204 4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 0.343 反应开始 ：c(H2),c(I2) 较大, c(HI) = 0, r正较大,r逆为 0；反应进行：c(H2),c(I2)减小, r正减小,c(HI)增大,r逆增大；某一时刻： r正= r逆，系统组成不变，达到平衡状态。 大多数化学反应都是可逆的。例如： 3.1.1 化学平衡的基本特征 t/s r正106 r逆107 r正 r逆 r/(molL-1s-1) 化学平衡： 特征： （1）系统的组成不再随时间而变。 （2）化学平衡是动态平衡。 （3）平衡组成与达到平衡的途径无关。 在一定条件下，可逆反应处于化学 平衡状态： r正=r逆0 实验 编号 起始浓度/(mol/L)平衡浓度/(mol/L) COH2O CO2H2 CO2H2COH2OCO2H2COH2O 1 2 3 4 0.010 0.010 0.010 0 0.010 0.020 0.0100 0 0 0.001 0.002 0 0 0 0.020 0.0040 0.0022 0.0041 0.0082 0.0040 0.0122 0.0041 0.0082 0.0060 0.0078 0.0069 0.0118 0.0060 0.0078 0.0059 0.0118 2.3 2.4 2.4 2.4 CO2H2COH2O 无论反应是从反应物开始，还是从产物开始，最后达到化学平衡。 起始浓度不同会导致平衡时各物质的浓度不同，但平衡浓度按特定组合的 值却都是2.4。是一个常量，该常量被称为实验平衡常数。 对于许多其他可逆反应，由大量实验结果也总结出相同的规律。 (4)可见，化学平衡状态最重要的特点是存在一个平衡常数，它是反映体系的特性， 是反应限度的一种表示，其值大小与各物质的起始浓度无关，仅是温度的函数。 3.1.2 标准平衡常数表达式 对于溶液中的反应： 对于气相反应： Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq) 对于一般的化学反应： 是温度的函数，与浓度、分压无关。 * 标准平衡常数表达式必须与化学反应计 量式相对应。 是量纲一的量。 22 HI(g) (g)I 2 1 (g)H 2 1 + ( )1/2 2HI(g)(g)I(g)H 22 + =( )-1 /)I ( /)H( /)HI( 22 2 pppp pp = 例如：C（石墨）+ O2 = CO2 K总 （1）C（石墨）+ 1/2O2 = CO K1 （2）CO + 1/2O2 = CO 2 K2 K 总 = K1 K2 (1)+(2)得总反应：C（石墨）+ O2 = CO2 3.1.3 多重平衡原理 如果某一（总）反应是由几个反应相加（或 相减）所得，则这个（总）反应的平衡数就等 于相加（或相减）的几个反应的平衡常数的乘 积（或商），这种关系称为多重平衡规则；即: 反应M = 反应A + 反应B + 反应C + K(M) =K(A) K(B) K(C) 思考：这与盖斯定律有何区别(P)？ 3.2.1 判断反应程度 3.2 标准平衡常数的应用 3.2.3 计算平衡组成 3.2.2 预测反应方向 3.2.1 判断反应程度 K 愈小，反应进行得愈不完全； K 愈大，反应进行得愈完全； K 不太大也不太小(如 10-3 K 反应逆向进行。 例题1：定温定容下，GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4 (g) ： 3.2.3 计算平衡组成 若反应开始时，GeO和W2O6 的分压均 为100.0kPa，平衡时 GeWO4 (g) 的分压为 98.0kPa。求平衡时GeO和W2O6的分压以及 反应的标准平衡常数。 2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4 (g) p(W2O6)=100.0 kPa - kPa=51.0 kPa p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa 解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g) 平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0- 98.0 开始pB/kPa 100.0 100.0 0 变化pB/kPa -98.0 - 98.0 平衡转化率： 解：pV = nRT 因为T 、V 不变，pnB p0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPa p0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa 反应开始时c0(CO)=0.0350molL-1， c0(Cl2)=0.0270molL-1， c0(COCl2)=0。计算 373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的 平衡转化率。 例题2：已知反应CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) 在定温定容条件下进行,373K时K =1.5108。 开始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0 开始pB/kPa 108.5 83.7 0 转化量 -(83.7-x) -(83.7-x) 83.7-x 平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x 解：设平衡时Cl2的分压为x CO(g) + Cl2 (g) COCl2(g) 平衡时:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa 假设 83.7-x 83.7， 24.8+x 24.8 。 因为K 很大，x很小， 例题3：某容器中充有N2O4(g) 和NO2(g) 混合物，n(N2O4):n (NO2)=10.0:1.0。在308K ， 0.100MPa条件下，发生反应： 计算平衡时各物质的分压； N2O4(g) 2NO2(g)； K (308K)=0.315 解：反应在定温定压条件下进行。 平衡时pB/kPa 平衡时nB/mol 1.00-x 0.10+2x 开始时nB/mol 1.00 0.100 N2O4(g) 2NO2(g) 以1molN2O4为计算基准。 n总=1.10+x 3.3.1 浓度对化学平衡的影响 3.3 化学平衡的移动 3.3.3 温度对化学平衡的影响 3.3.2 压力对化学平衡的影响 化学平衡的移动：当外界条件改变时 ，化学反应从一种平衡状态转变到另一种 平衡状态的过程。 3.3.1 浓度对化学平衡的影响 对于溶液中的化学反应，平衡时，Q = K 当c(反应物)增大或c(生成物)减小时, 当c(反应物)减小或c(生成物)增大时, Q K 平衡向逆向移动。 (1)当c(Ag+)=1.00 10-2molL-1, c(Fe2+)=0.100 molL-1, c(Fe3+)= 1.00 10-3molL-1时反应向哪 一方向进行? (2)平衡时, Ag+ ,Fe2+,Fe3+的浓度各为多少? 例题：25oC时，反应 Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s) 的K =3.2。 解：(1)计算反应商，判断反应方向 Q K ，平衡向逆向移动。 1.部分物种分压的变化 2.体积改变引起压力的变化 对于有气体参与的化学反应 aA (g) + bB(g) yY(g) + zZ(g) xQ B(g) S = 对于气体分子数增加的反应，B(g) 0， x B(g) 1，QK ，平衡向逆向移动，即向气 体分子数减小的方向移动。 对于气体分子数减小的反应 ，B(g) K ，平衡向逆向移动。 对于吸热反应， 0，温度升高， K 增大，J K ，平衡