化学平衡和平衡移动原理.ppt

1,第三章 化学平衡和平衡移动原理,章总目录,要求：平衡常数与转化率。利用平衡常数 的计算。,2,3.1 化学平衡,3.1.1 可逆反应 在一定的条件下，既可向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。,3,3.1.2 化学平衡,在可逆反应中，正反应和逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度不再随时间而改变的状态称为化学平衡。如： CO(g)+H2O(g) = CO2(g)+H2(g) 正逆反应达动态平衡。,4,平衡态的特点： 1. v正 = v逆 （动态） 2. 反应物和产物的浓度不再改变。 3. 化学平衡是有条件的平衡。,5,C 为平衡时的浓度,对气相反应，平衡浓度也可用各气体分压表示，此时平衡常数用Kp表示。,根据理想气体分压与浓度的关系： p = nRT/V =cRT， Kp= Kc(RT)n,aA + bB = gG + hH,3.1.3 化学（经验）平衡常数,6,例1（2006）配制KI（0.100molL-1）I2的水溶液，用0.100molL-1Na2S2O3标准溶液测得c(I3-+I2)=4.8510-3 molL-1。量取50.0mL KI-I2溶液和50.0mLCCl4置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知CCl4相中c(I2)=2.6010-3 molL1。已知实验温度下CCl4从水溶液中萃取I2的分配比为85:1。求水溶液中I2+I-= I3-的平衡常数。 【答：先求c(I2)：设萃取平衡时，水溶液中c(I2)为x， c(I2,CCl4)/c(I2,H2O)=2.6010-3 molL-1/x=85 x=2.6010-3 molL-1/85=3.0610-5 molL-1 水溶液中 I2+I-=I3- 平衡浓度（molL1） I2：3.0610-5； I3：(4.852.60)103 3.0610-5=2.2210-3 I：0.1002.22103=0.098 K=2.22103/(0.0983.06105)=7.4102 Lmol-1 】,讨论：未考虑萃取对平衡的影响？平衡移动不影响c(I3-+I2)。,7,A B C D 1 图中的纵坐标表示 （填入物理量，下同）；横坐标表 示 。 X和Y的摩尔百分数。 2 平衡常数K 最小的图是 。A 3 平衡常数K最大的图是 。B 4 平衡常数K = 1的图是 。C,8,例3（2006）有人设计了如下甲醇（methanol）合成工艺：,其中，（1）为甲烷气源，压强250.0kPa，温度25，流速55.0m3s1。（2）为水蒸气源，压强200.0kPa，温度150，流速150.0 m3s1。合成气和剩余反应物的混合物经管路（6）进入25的冷疑器（condenser），冷凝物由管路（7）流出。在B中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经（6）进入25冷凝器，甲醇冷凝后经管路（8）流出，其密度为0.791gmL1。 1 分别写出在步骤A和步骤B中所发生的化学反应的方程式。 CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g） CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） 2 假定：所有气体皆为理想气体，在步骤A和B中完全转化，气液在冷凝器中完全分离，计算经步骤A和步骤B后，在一秒钟内剩余物的量。 n(CH4）=（250.010355.0）/（8.314298）=5.55103（mol） nH2O(g)=（200.0103150.0）/（8.314423）=8.53103（mol） 经步骤A后在中过量的H2O（g）=8.531035.55103=2.98103mol。,9,在步骤A中生成的CO和H2的摩尔比为1:3，而在步骤B中消耗的CO和H2的摩尔比为1:2，故经步骤B后剩余的H2为5.55103mol。 3 实际上，在步骤B中CO的转化率只有三分之二。计算在管路中CO、H2和CH3OH的分压（总压强为10.0MPa）。,4 当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，计算平衡常数。(?),热力学平衡常数？,10,标准生成自由能与非标准生成自由能的关系： 范托夫等温方程： fG = fG +RT lna 式中a为活度。对气体：a=p / p ； 对溶液： a=c / c ,rGm= (n f Gm)产- (n f Gm)反,对反应：a A + d D gG + h H 等温等压下，推得： rG = rG +RT ln (aGg aHh/aAaaDd) 式中： aGg aHh/aAaaDd = Q ：活度商,3.1.4 标准平衡常数,11,气体反应：a A + d D gG + h H 等温等压下：,反应达平衡时， G = 0：,12,在稀溶液中进行的反应：,同理，平衡时 G = 0，,13,14,15,3.2 化学平衡的移动,3.2.1 浓度对平衡移动的影响 a A + d B g G + h H,影响平衡的因素有浓度、压力、温度。,平衡时,16,若增大反应物的浓度或减少产物的浓度,反应正向进行, 直到 Qc =Kc 2. 若增大产物的浓度或减少反应物的浓度.,反应逆向进行，直到 Qc = Kc,17,例：合成氨的反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),平衡时：,若体系的总压力增大到原来的2倍,QP KP , 反应正向进行.到 QP = KP 止 。,3.2.2 压力对平衡的影响 有气体参加的反应。,18,反之，总压力减小为原来的二分之一，则,QP KP ， 反应逆向进行。,直到 Q P= KP 止。,19,例：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),平衡时：,无论增大总压力还是减小总压力：,增大体系的总压力，平衡向气体分子 数减小的方向移动，反之，减小体系的总 压力，平衡向气体分子数增大的方向移动.,20,3.2.3 温度对化学平衡的影响,21, - ,22,23,结论：在其它条件不变时，升温平衡 向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反 应方向移动。,吕查德里原理（平衡移动原理）：对平衡体系施加外力，平衡将沿着减少此外力的方向移动。,24,3.2.4 催化剂与化学平衡 催化剂使正逆反应速度增大的倍数相同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生移动。,25,例（1994） 在等温等容条件下，某气体反应aA（g）bB（g）=gC（g）hD（g），达平衡。现考虑达平衡的两条途径和： ：A、B起始时的物质量分别为a摩，b摩, ：A、B起始时的物质量分别为2a摩，2b摩 论问，当abgh时，两条途径最终实现的平衡态是否相 同？为什么？ 【不相同（略）】 例（1995）某密闭容器中放入一定量的NO2，发生反应2NO2=N2O4Q，达平衡后，若分别单独改变下列条件，重新达到平衡后，能使混和气体平均分子量增大的是 ( C)。 A 通入N2 , B 通入 NO2 , C 通入N2O4 , D 升高温度,26,例（1989） 1写出Fe（）和I在溶液中的反应现象和反应方程式。 2有足量 F时，Fe（）不和I反应。请说出原因。 3往1的溶液中加足量F，有什么现象？原因何在。 4在足量2mol/dm3 HCl溶液中加Fe（）、I、F。请说出反应现象，它可能和实验2的现象有何不同？ 【 答 12Fe32I（或3I）2Fe2I2（或I3）棕色溶液。 2Fe3、和F配合使Fe3浓度降低。 3因F和 Fe3（残余）配合，使平衡向在移动。棕色变浅。 4因F和H生成HF，使F的浓度降低，一定程度上不利于Fe3和F的配合。因此，有少量Fe3将与I发生反应，即可能出现浅的黄棕色。】,27,例（2000）今年是勒沙特列（Le Chatelier18501936）诞生150周年。请用勒沙特列原理解释如下生活中的常见现象：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。 【答：（1）啤酒瓶中二氧化碳气体与啤酒中溶解的二氧化碳达到平衡： CO2(气)=CO2(溶液)+Q 打开啤酒瓶，二氧化碳气体的压力下降，平衡向放出二氧化碳气体的方向移动。 （2）玻璃杯的温度比冰镇啤酒的温度高，平衡应向减弱温度升高的方向移动，即向吸热方向移动，因而，应从溶液中放出二氧化碳气体。,28,例（2002）Xe和F2反应，可得三种氟化物，视反应条件而定。下图表述的是将0.125mol/L Xe和1.225mol/L F2为始态得到的生成物在平衡体系内的分压与反应温度的关系。 101应在什么温度下制备XeF6和XeF4？约550K 约850K。 102Xe和F2生成