分压平衡常数ppt课件

3-2平衡常數,平衡常數,3-2,化學反應達到平衡時，反應進行的程度可能有很大的差異，有些幾近完全反應才達平衡，有些則進行極小的程度即達平衡。這些反應之間的差異，都可以用平衡常數來表達。,3-2.1平衡常數表示式3-2.2分壓平衡常數3-2.3勻相平衡與不勻相平衡3-2.4平衡常數的應用,平衡常數表示式,3-2.1,化學是一門實驗的科學，化學平衡概念的發展便是如此。1864年，挪威化學家古柏格(C.M.Guldberg，18361902)和威格(P.Waage，18331900)在研究許多化學反應之後發現，當一個可逆反應在定溫時達平衡，其產物濃度的係數次方之乘積與反應物濃度的係數次方之乘積的比值恆為一常數。,平衡常數表示式,3-2.1,以可逆反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)說明：,lA、B為反應物，C、D為產物，a、b、c、d分別為係數，當此反應達平衡時，各物質濃度間有如式：A、B、C、D為各物質之體積莫耳濃度。,平衡常數表示式,平衡常數,平衡常數表示式,3-2.1,平衡常數表示式的表示法係根據化學反應式而來，平衡常數隨反應式而變：,平衡常數表示式,(1)反應式逆寫，平衡常數變為原平衡常數之倒數。,平衡常數表示式,3-2.1,平衡常數表示式的表示法係根據化學反應式而來，平衡常數隨反應式而變：,平衡常數表示式,(2)若反應式各物質係數皆乘以n倍，則其平衡常數表示式成為：,新平衡常數為原平衡常數之n次方,平衡常數表示式,3-2.1,2.若一個反應是兩個或兩個以上相關反應的總和，則其平衡常數為該個別反應的平衡常數之乘積。例如：,平衡常數表示式,K3K1K2,式(1)式(2)得式(3),平衡常數表示式,3-2.1,3.同理，當兩個反應式相減得第三個反應式時，第三個反應式之平衡常數，為該兩反應平衡常數之商。例如：,平衡常數表示式,式(3)式(1)得式(2),平衡常數表示式,3-2.1,500時，哈柏法製氨(N2(g)+3H2(g)2NH3(g)所測得之實驗數據如下：,不論各物質之初濃度為何，將達平衡時各物質平衡濃度代入平衡常數表示式，所得平衡常數恆為6.02102。,三組實驗中，每一組的平衡濃度皆稱為一個平衡位置。定溫下，一個反應的平衡位置有無限多個，但僅存在一個平衡常數。,範例3-3,於1000K時，反應：N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常數為5.0109，在同溫下，4NO(g)2N2(g)+2O2(g)的平衡常數應為何？,解答,將第一個反應式係數乘以2倍，再將反應式逆寫，即成為第二個反應式。設第一個反應式的平衡常數為K1，第二個反應式的平衡常數為K2。,練習題3-3,若ABC的平衡常數為4.0；2ADC的平衡常數為6.0，則CD2B的平衡常數為何？(A)0.38(B)0.67(C)1.5(D)2.7(E)9.0,則2可得CD2B,故,解答,分壓平衡常數(Kp),3-2.2,前述的平衡常數都是以平衡時各物質的濃度表示，常以K或Kc表之。若平衡系中有氣態物質者，也可用其分壓代替濃度，所求得的平衡常數以表示，稱為。哈柏法製氨反應，以分壓表示，其平衡常數表示式為,Kp,分壓平衡常數,3-2.2,Kc與Kp的關係,n=(c+d)(a+b),氣相平衡系：,aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),分壓平衡常數(Kp),範例3-4,光氣(COCl2)是一種戰爭用的毒氣，27時，光氣生成反應CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)的分壓平衡常數Kp1.50108(分壓皆以atm為單位)，則其濃度平衡常數Kc為何？,解答,n1，所以,KcKp(RT)1.501080.0823003.69109,練習題3-4,在反應中，Kc與Kp的關係為何？,解答,4H2(g)+CS2(g)CH4(g)+2H2S(g),將n(12)(41)2代入，可得KpKc(RT)2，,移項得,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,反應物與產物皆為同相者，此類反應稱為勻相平衡。氣相的勻相平衡系中，各物質的濃度或分壓均為可變量，故皆須表示在平衡常數表示式中。但在水溶液系統的勻相平衡系中，常有水參與反應，此時水的濃度幾乎不變，可視為常數，故不列入平衡常數表示式中。,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,以醋酸在水溶液中的解離反應為例：,注意：水在非水溶液中必須列入表示式：,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,在平衡系中，若各物質之狀態不只一相者，稱為不勻相平衡。在不勻相平衡系中，固態及液態物質的濃度並不隨反應進行而改變，故皆不列入平衡常數表示式中。例如，工業上利用碳酸鈣的熱分解反應製造石灰：,在此反應中，碳酸鈣與石灰為固態物質，其濃度為定值，故不列入平衡常數表示式中。,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,開始時兩容器中含有不同量的CaCO3和CaO，但在同溫達平衡時，容器中CO2的分壓相同。,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,又如固態物質銅與汞離子的反應：,其平衡常數表示式中，不需表示固態物質銅和液態物質汞的濃度：,勻相平衡與不勻相平衡,3-2.3,同樣的，水分解為氫氣及氧氣的反應：,水的濃度為定值，亦不列入平衡常數表示式中：,範例3-5,寫出下列各反應的平衡常數表示式：,(1),(2),(3),(4),答：,練習題3-5,寫出下列各反應的平衡常數表示式：,答：,平衡常數的應用,3-2.4,平衡常數大小表示一個反應達到平衡時的反應程度。平衡常數極大的反應，表示達平衡時，其反應物幾乎完全變為產物；反之，平衡常數很小的反應，表示達平衡時，僅有很少量的產物生成，產率很低。,一、判斷反應進行的程度：,平衡常數的應用,3-2.4,二、預測反應進行的方向：,反應進行的方向可以用反應商(Q)與平衡常數比較來判斷。以反應通式aA+bBcC+dD為例：將反應過程中各物質的濃度代入：,平衡常數的應用,3-2.4,Q與K的關係,1.QK反應。,處於平衡狀態,2.QK反應，,會向左進行,使Q值減小，直至平衡。,3.QK反應，,會向右進行,使Q值增加，直至平衡。,表示產物的濃度較平衡時為大,表示產物的濃度較平衡時為小,平衡常數的應用,3-2.4,以碳酸鉛的分解反應為例：,其平衡常數表示式為：,在定溫下的密閉容器，其中所加入PbCO3之質量，與容器中CO2的濃度關係如下圖：,A點表示容器中CO2的濃度大於平衡濃度，即QK，故平衡須向左移動，直至CO2濃度降低至平衡濃度，即QK；,平衡常數的應用,3-2.4,以碳酸鉛的分解反應為例：,其平衡常數表示式為：,在定溫下的密閉容器，其中所加入PbCO3之質量，與容器中CO2的濃度關係如下圖：,B點表示容器中CO2的濃度小於平衡濃度，即QK，故平衡須向右移動，直至CO2濃度增加至平衡濃度，即QK。,平衡常數的應用,3-2.4,再以氧化鎘被氫氣還原的反應為例：,其平衡常數表示式為：,以H2O對H2作圖，關係如下圖：,在平衡時H2O與H2成正比A點表示H2O與H2比值小於平衡時，即QK，故平衡須向右移動，使QK；B點則使平衡向左移動。,範例3-6,某溫度時，反應H2(g)+I2(g)2HI(g)之Kc100，一密閉容器中H2、I2及HI的濃度依序為1.0M、1.0M及4.0M，回答下列問題：(1)反應將向何方向進行？(2)達到平衡時，各物質的濃度分別為何？,範例3-6,解答,(1)將H21.0M、I21.0M、HI4.0M代入反應商關係式中：,因為QK，故反應向右進行。,範例3-6,(2)設H2及I2反應掉xM可達平衡,解得x0.50（M），,將平衡濃度代入平衡常數表示式：,H20.50M、I20.50M、HI5.0M,故平衡時：,解答,練習題3-6,在反應A(g)+2B(g)E(g)+2F(g)中，A及B的初濃度均為2.00M，平衡時測得A的濃度為1.20M。回答下列問題：(1)平衡時，B、E及F的濃度各為若干？(2)平衡常數Kc值為若干？(3)此反應之Kp與Kc值是否相等，為什麼？,練習題3-6,已知A的初濃度為2.00M，達平衡時為1.20M，故反應量為0.80M，則其餘物質之反應量與平衡濃度如下：,(1)平衡時，B0.40M，E0.80M，F1.60M,(2)將平衡濃度代入平衡常數表示式中,解得,(3)相等，因為化學反應式中，左邊氣體的係數總和與右邊氣體的係數總和相等。,解答,範例3-7,已知Pu4+(aq)+F(aq)PuF3+(aq)之平衡常數Kc6.0106，滴加KF(aq)於含1.0103M之Pu4+(aq)中，直到F的濃度為0.10M時，Pu4+的濃度為若干M？,範例3-7,因為Kc值甚大，幾乎完全反應，故達平衡時，Pu4+幾乎完全用盡，故將Pu4+完全反應成PuF3+，再向左反應達平衡。,設達平衡時，Pu4+xM,因Kc極大，故x1.0103，即1.0103x1.0103,將平衡濃度代入平衡常數表示式：,解得x1.7109(M),解答,練習題3-7,定溫時，反應2Ag(s)+Cu2+(aq)Cu(s)+2Ag+(aq)，Kc1.01016；將銀片放入1.0M的硫酸銅溶液中，達平衡時，Ag+的濃度為何？,練習題3-7,因為平衡常數極小，故Cu2+幾乎不反應,因Kc極小，故1.0(1/2x)1.0，,將平衡濃度代入平衡常數表示式中：,即，,解得x1.0108(M),解答,學習成果評量,寫出以下反應的平衡常數表示式：,4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)Zn(s)+CuSO4(aq)Cu(s)+ZnSO4(aq)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl(aq),學習成果評量,CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l)Cl2(g)+H2O(l)H+(aq)+Cl(aq)+HClO(aq)CH3COOH(aq)+OH(aq)CH3COO(aq)+H2O(l),學習成果評量,在400時，反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，Kc0.5；當放入1molN2、3molH2和2molNH3於2L燒瓶中，加熱至400，回答以下問題：(1)氫氣的瞬時消耗速率求出此時的Qc。(2)會發生何種反應？(向左，已平衡，向右),(1)N21/20.5(M)，H23/21.5(M)，NH32/21(M),(2)QcKc，所以反應向左進行。,解答,學習成果評量,在127，同一容器中濃度同為0.80M之兩反應物A及B，進行A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)，達平衡時測得C0.60M，則：(1)A之平衡濃度為若干M？(2)平衡常數Kc為何？(3)平衡常數Kp為何？,(1)A(g)+B(g)2C(g)+2D(g),0.80M,0.80M,0M,0M,-0.30M,-0.30M,+0.60M,+0.60M,0.50M,0.50M,0.60M,0.60M,解答,學習成果評量,在127，同一容器中濃度同為0.80M之兩反應物A及B，進行A(g)+B(g