无机化学-第4章化学反应速率和化学平衡(02)

物质：,气体(态),气体的特征：没有一定的形状，容易被压缩，可以自动 扩散而均匀地充满整个容器。分子间距离较大，分子间作用力较小。,液体(态),固体(态),0.2.3 理想气体状态方程、分压和分压定律,理想气体： 气体分子本身的体积和分子间作用力都可以忽略不计的气体。,1.理想气体状态方程：,P：Pa ；V：m3；n：mol；T：K；R摩尔气体常数：8.31 Pam3K-1mol-1,真实气体和理想气体的差别,常温、常压下，一般真实气体可用理想气体状态方程进行计算。,2. 分压定律和分压,混合气体的总压力等于混合气体中各组分气体的分压之和,分压： 混合气体中，某一组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力,设混合气体由C、D两组分组成：,混合气体的总压：,P总 = PC + PD,分压定律,对组分气体C ：,对组分气体D ：,P总V总 = n总RT,= (nC + nD)RT,= PCV总 + PDV总,= xC,摩尔分数,3. 分体积定律和分体积,混合气体的总体积等于混合气体中各组分气体的分体积之和,分体积： 混合气体中，某一组分气体达到混合气体相同压力时所单独占有的体积,V总 = VC + VD,分体积定律,对组分气体C ：,对组分气体D ：,由分压定律得：,由分体积定律得：,小结：,注意：,由理想气体状态方程：,对混合气体：,P总V总 = n总RT,对组分气体B ：,而不能简单地用 ：,PV = nRT,PBV总 = nBRT,P总VB = nBRT,PBVB = nBRT,4 化学反应速率和化学平衡,4.1 化学热力学初步,4.2 化学反应速率,4.3 化学平衡,4.4 综合应用,化学：研究物质的组成、结构、性质及其 反应规律的科学。,化学反应：是化学研究的核心部分、主要内容。,(1)反应能否自发进行？即反应的方向问题；(2)给定条件下反应物的转化率，即化学平衡 问题；(3)实现转化需要的时间，即反应速率问题。,研究化学反应，必须研究三个问题：,三个问题，属于两个研究范畴：,(1)化学热力学：,H2(g)+ O2(g) H2O(l),(2)化学动力学：,化学反应中能量的变化；化学反应进行的方向；化学反应进行的限度。,化学反应的速率；化学反应的机理。,4.3 化学平衡,4.3.5 标准平衡常数与rGm的关系,4.3.3 多重平衡规则,4.3.2 平衡常数,4.3.1 可逆反应与化学平衡,4.3.4 有关化学平衡的计算,4.3.6 化学平衡移动,4.3.1 可逆反应与化学平衡,在同一条件下，既能向正方向进行又能向逆方向进行的反应称为可逆反应。,可逆反应的符号：,不可逆反应：,大多数化学反应是可逆反应,当 时，反应物和生成物的浓度不再随时间而变化，系统达到平衡状态。,任一可逆反应：,dD + eE gG + hH,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)平衡的组成与达到平衡的途径无关。,一定条件下，系统中进行的可逆反应所处的平衡状态：,化学平衡：,1.实验(经验)平衡常数 K,在一定温度下，达到平衡时，系统中各物质的浓度之间有：,即：生成物的浓度幂的乘积与反应物的浓度幂的乘积之比为一常数 K,浓度平衡常数,4.3.2 平衡常数,任一可逆反应： dD + eE gG + hH,平衡常数式的推导：,平衡时：,K =,K 的值与温度有关，与各物质的浓度无关！,任一可逆反应： dD + eE gG + hH,对于气相反应：,压力平衡常数,Kc 、Kp都是由测定实验数据得出的。实验平衡常数。,通常有量纲(单位)(一般不标出),物质浓度所用的单位反应方程式的配平,dD(g) + eE(g) gG(g) + hH(g),根据热力学函数计算得出的平衡常数。又称热力学平衡常数。,对水溶液中的反应：,B物质B的化学计量数 无单位的纯数。,反应物取值生成物取值,dD(aq) + eE(aq) gG(aq) + hH(aq),对于气相反应：,K 数值大小的含义？,dD(g) + eE(g) gG(g) + hH(g),实验平衡常数,Kc,液相：,气相：,Kp,？,小结：,分压,浓度,浓度,Kc,标准平衡常数,例4-7：P92,设反应的总压力为P总，总体积为V总,摩尔分数,平衡分压,解：,总摩尔数,=0.33V总+3.33V总+0.67V总+0.67V总=5V总,0.33/5 3.33/5 0.67/5 0.67/5,0.33/5P总 0.67/5P总 3.33/5P总 0.67/5P总,AB(g) + CD(g) AD(g) + BC(g),= 0.41,AB(g) + CD(g) AD(g) + BC(g),应用(标准)平衡常数表达式的注意点：,(1)表达式中各物质的浓度(相对浓度)、 分压(相对分压)是平衡时的数值。,(2)固体或纯液体参与的反应，它们的浓度 视作常数，不在表达式中出现。,C(s) + O2(g) CO2(g),(3)K 的表达式及数值与化学反应式的写法有关,2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),SO2(g) + O2(g) SO3(g),即：对于多相化学反应：,则：,(4)若有不同相的物质参与反应(多相反应)。 对标准平衡常数： 气体：相对分压；液体：相对浓度。,dD(aq)eE(g)fF(s) gG(aq)hH(g)rR(l),符号：Q,标准平衡常数表达式中各物质的 相对浓度、相对分压是平衡时的数值。,若为非平衡状态时的数值：,得到的值称为：,反应商,只是Q式中的相对分压或相对浓度是：,任意状态时的值!,当系统为平衡状态时：,4.3.3 多重平衡规则,反应N=反应A+反应B+反应C+,可直接推导!,注意灵活应用！,反应N=反应A+反应A +反应A,反应N=2反应A -3反应B -4反应C,化学平衡计算题解题的一般步骤：,写出并配平的化学反应方程式；定义未知数 x ，（注意单位molL-1）；写出各种物质的初始浓度和平衡浓度；写出反应的平衡常数表达式；将各种物质的平衡浓度代入平衡常数 表达式中；解方程求出未知数x；写出结果。,4.3.4 有关化学平衡的计算,4.3.6 化学平衡移动,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。,当可逆反应达到平衡状态时：,当外界条件(浓度、压力、温度)改变时：,在新的条件下，系统会建立新的平衡！,重新达到平衡状态时：,1.浓度(或分压)改变对化学平衡的影响,导致化学平衡发生移动,（自学）,2.系统总压力的改变对化学平衡的影响,（自学）,结论：,增大平衡系统的总压力，平衡向减少气体分子总数的方向移动；,降低平衡系统的总压力，平衡向增加气体分子总数的方向移动；,对于反应前后气体分子数不变的反应， 平衡不移动。,3.温度变化对化学平衡的影响,导致化学平衡发生移动,结论：,升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。,温度改变：,（自学）,4.催化剂对化学平衡的影响,催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡的组成。,催化剂不能使化学平衡发生移动,如果改变平衡系统的条件(浓度、压力和温度)，平衡就向能削弱这种改变的方向移动。,1888年，法国化学家Le Chatelier (勒夏特列)提出平衡移动原理：,5.平衡移动总规律,Le Chatelier原理只适用于已达到平衡状态的系统。,Le Chatelier 18501936,吕查德里,思考题：,分析：,反应后，总体积不变，总压力改变。,没有给出起始状态的物质的量， 总压力，总体积。,给出：起始状态的体积比，即体积分数。,能否求出平衡状态时各物质的体积分数？,某温度时反应 N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)的K 2.2510-4，若在该温度下，N2和H2以13体积比密闭于容器中，反应达平衡时NH3的体积百分数为20，计算系统需要的总压力为多少？,1,起始(体积),3,0,平衡(体积),1-x,3-3x,2x,平衡时NH3的体积百分数为20,平衡(体积),2/3,6/3,2/3,体积分数,20%,60%,20%,摩尔分数,20%,60%,20%,平衡分