安徽工业大学-普通化学-第二章.ppt

2 2化学反应进行的程度和化学平衡 2 2 1反应限度的判据与化学平衡 前面提到过热力学等温式中的平衡常数Kp和反应商Qp 可以作为判断化学反应方向的判据 Qp Kp 则 rG 0 反应处于平衡 Qp Kp 则 rG 0 正向反应不能自发进行 Qp Kp 则 rG 0 正向反应能自发进行 化学平衡时 各物质的相对量必然存在一定的关系 平衡状态 equilibriumstate 就是 G 0或者v正 v负 化学反应有可逆反应与不可逆反应之分 但大多数化学反应都是可逆的 例如 对于上述气相反应 对于一个一般的化学反应 是无量纲的量 纯物质浓度总为常数 已归并在中 不写入 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 的特点 例如 2 标准平衡常数与之间的关系 化学反应等温方程 在一定温度下 如果反应已经达到平衡 则有Qeq使得 所以 T 用于与的相互计算 但注意 温度T时的必须用Gibbs公式计算 注意单位统一 为kJ mol 1 RT为J mol 1 K 1 K 以及的大小与反应方程式通乘系数有关 2 多重平衡原则 多重平衡原则 如果某个反应可以表示为两个或更多个反应的总和 则总反应的平衡常数等于各反应平衡常数的乘积 解 由Gibbs公式 得 80 103 298 200 20 4 kJ mol 1 0800K时 80 103 800 200 80 0 kJ mol 1 0由 RTlnK T得 lnK T RT 80 103 8 3145 800 12 0272所以 K 800K 1 67 105 例 已知某反应的 80kJ mol 1 200J K 1 mol 1 试计算该反应的以及在800K的 平衡转化率 是指某反应物在反应中已经转化的量相对于该反应物初始用量的比率 如上例 2 2 4化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响 一个化学反应的K是该反应进行限度的标志 K的值可由反应系统的平衡组成计算 也可根据某些已知的热力学数据计算 已经处于化学平衡的系统 如果环境条件发生变化 则系统的平衡状态被破坏 系统的组成发生变化 系统在新的条件下达到一个新的平衡状态 这种情况称为化学平衡的移动 shiftofchemicalequilibrium 温度 压力 惰性气体等因素的改变都可能引起平衡的移动 1 浓度对化学平衡的影响 1 各物质的初始浓度为c Ag 1 00 10 2mol L 1 c Fe2 0 100mol L 1 c Fe3 1 00 10 3mol L 1 求平衡时 Ag Fe2 Fe3 的浓度各为多少 Ag 的转化率为多少 2 如果保持Ag Fe3 的初始浓度不变 使c Fe2 增大至0 300mol L 1 求Ag 的转化率 例题 25oC时 反应Fe2 aq Ag aq Fe3 aq Ag s 的K 3 2 c Ag 8 4 10 3mol L 1c Fe2 9 84 10 2mol L 1c Fe3 2 6 10 3mol L 1 3 2x2 1 352x 2 2 10 3 0 x 1 6 10 3 求Ag 的转化率 平衡 cB0 300 1 00 10 2 21 00 10 2 1 2 1 00 10 3 1 00 10 2 2 mol L 1 2 设达到新的平衡时Ag 的转化率为 2 Fe2 aq Ag aq Fe3 aq Ag s 2 压力对化学平衡的影响 如果保持温度 体积不变 增大反应物的分压或减小生成物的分压 使Q减小 导致QK 平衡向逆向移动 3 温度对化学平衡的影响 由Gibbs公式知 rG m T 与温度有关 rG m T rH m T rS m RTlnK T虽认为 rH m和 rS m与温度T无关 但T在后式两端不能消去 表明K T一定与T有关 分别在温度为T1和T2时有 相减得 只要知道反应在某一温度T1下的K 1 则可以方便地计算另一温度T2下的K 2当体系的压力和浓度不变时 如果 rH m 0 放热 则 rH m 0 吸热 则 范特霍夫等压方程 所以 T对K 的影响与 rH m的符号 吸热 放热 有关 平衡移动原理即吕 查德里原理 假如改变