第四章-化学平衡.ppt

第四章化学平衡,4.1标准平衡常数4.2多重平衡规则4.3化学平衡的移动,2,4.1标准平衡常数,4.1.1可逆反应与化学平衡状态,(1)什么是可逆反应？,在一定条件下，既可按反应方程式从左向右进行，又可以从右向左进行的反应称为可逆反应。,高温下：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),3,(2)什么是平衡状态？从热力学原理:rGm=0从化学动力学:v正=v逆化学平衡是有条件的平衡。,4,4.1.2道尔顿分压定律,1.理想气体（idealgas）,(1)分子本身没有体积、分子间没有相互作用力的气体。,(2)是一种人为的模型，实际中并不存在。,(3)低压、高温条件下的实际气体理想气体,5,pV=nRTR-摩尔气体常数,R=8.314Pam3K-1mol-1=8.314JK-1mol-1,2理想气体状态方程式：,实验测得，在STP下，p=101.325kPa,T=273.15K，理想气体的摩尔体积Vm=0.02241410m3mol-1,适用范围：理想气体或高温低压的实际气体,6,例4-1已知体积为438L的钢瓶中装有0.885kg的氧气，试计算21时该钢瓶中氧气的压力。,解:已知V=438L，T=21+273.15=294.15(K),7,3.道尔顿分压定律,理想气体混合物：多种相互不发生化学反应的气体混合后,分子本身的体积和相互作用力均可忽略不计。分压pi：任一组分气体在相同温度下单独占有混合气体的空间时所产生的压力。,8,道尔顿分压定律：,理想气体混合物的总压力p等于混合气体中各组分气体分压力之和。p=p1+p2+p3+pi=pi,n=n1+n2+ni,9,分压的求解：,xii的摩尔分数,10,例4-2乙炔是一种重要的焊接燃料，实验室用电石(CaC2)与水反应制备乙炔：CaC2(s)+2H2O(1)C2H2(g)+Ca(OH)2(aq)某学生在室温（23）时用排水集气法收集乙炔，气体总压力为98.4kPa，总体积为523mL，已知23时水的蒸气压为2.8kPa，计算该同学收集到的乙炔气体质量。,解:p(C2H2)=pp(H2O)=98.42.8=95.6（kPa）,V=0.523L，T=23+273.15=296.15(K),根据理想气体状态方程，得,收集到的乙炔质量为,11,4.1.3标准平衡常数,化学等温式:rGm(T)=rGm(T)+RTlnQ,平衡：-rGm(T)=RTlnQeq,标准平衡常数K(T)：lnK=-rGm(T)/RT,K(T)=Qeq,12,（1）K的大小只与反应的本质和温度有关，与系统中各组分相对浓度或相对压力无关；,标准平衡常数的物理意义：,373K时N2O4(g)2NO2(g)反应体系的组成,13,（2）K是重要的热力学函数，其量纲为1；（3）K与平衡系统中各物质的平衡组成和反应的rGm(T)之间的定量关系：lnK=-rGm(T)/RTK(T)=Qeq（4）K的大小表示反应趋势的高低，K越大反应越完全。,14,对于气相反应：aAbBcCdD,1.标准平衡常数的表达式,15,对于溶液中的反应,16,aA(s)bB(aq)cC(aq)dD(g),（1）对于确定的反应，K只与温度有关，而与各平衡组成无关，使用K时，必须注明反应的温度。（2）K的值和K的表达式应与反应方程式相对应；（3）K的表达式中不出现纯固体、纯液体和稀溶液中的溶剂水。,注意点：,17,例4-3将1.5molH2和1.5molI2充入某容器中，使其在793K达到平衡。经分析，平衡系统中含HI2.4mol，求下列反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)，在该温度下的K。,解：根据反应式H2(g)+I2(g)=2HI(g),起始时n0/mol1.51.50平衡时n/mol1.5-2.4/21.5-2.4/22.4,18,例4-4一定温度下反应H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)的K=3.24。在该温度0.300molH2和0.300molCO2充入1.00L的容器中，求反应达到平下将衡时，体系中CO的浓度。,解：设平衡时n(CO)=xmol，根据反应式可知：H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)n0/mol0.3000.30000n/mol0.300-x0.300-xxx,解方程得：x=0.193,即平衡时，,19,2.化学反应方向的判断,rGm(T)=rGm(T)+RTlnQ=-RTlnK+RTlnQ=RTln(Q/K),QK，则rGm(T)0，反应逆向自发进行；QK，反应逆向自发进行；Q0，则T增大K增大QKrGm（T）0平衡逆向移动；,38,2.温度与K的定量关系：,39,例4-8已知反应2Hg(g)+O2(g)=2HgO(s)，在298.15K时，rHm=-304.2kJmol-1,rGm=-180.7kJmol-1。分别计算该反应在298.15K和398K时的标准平衡常数。,解：根据公式：lnK(T)=-rGm(T)/RT,代入数据可得：,K（298.15K）=4.571031,根据公式：,解方程得：K（398K）=1.951018,40,3、克拉贝龙-克劳修斯方程,对于液体的气化过程,如水:H2O(l)=H2O(g),已知:,推得:,克拉贝龙-克劳修斯方程,物理意义:表示T1与T2个热力学温度与相应2个蒸气压力p1与p2间的关系。,vapHm：液体的标准摩尔气化热,41,例4-9根据有关热力学数据，近似计算CCl4(l)在101.3kPa压力下和40kPa压力下的沸腾温度。已知fHm(CCl4,g,298.15K)=-102.93kJmol-1，Sm(CCl4,g,298.15K)=309.74Jmol-1K-1；fHm(CCl4,l,298.15K)=-135.4kJmol-1，Sm(CCl4,l,298.15K)=216.4Jmol-1K-1。,解：CCl4(l)=CCl4(g)rHm(298.15K)=fHm(CCl4,g,298.15K)-fHm(CCl4,l,298.15K)=(-102.93)(-135.4)=32.5(kJmol-1)rSm(298.15K)=Sm(CCl4,g,298.15K)-Sm(CCl4,l,298.15K)=309.74216.4=93.4(Jmol-1K-1),CCl4的正常沸点为,42,根据：,代入数据：,计算得：T2=321(K),说明在减压条件