中国农业大学赵士铎版普通化学课件2

1、 普通化学 2001-2004 9:31:21第二章第二章 化学平衡化学平衡2 化学平衡q 化学反应进行的限度化学反应进行的限度q 化学平衡原理及其计算化学平衡原理及其计算q 化学平衡的移动化学平衡的移动李李 查德查德理原理理原理 普通化学 2001-2004 9:31:212 化学平衡化学平衡 & 2.1 标准平衡常数标准平衡常数v2.1.1 化学平衡状态化学平衡状态v2.1.2 标准平衡常数标准平衡常数v2.1.3 反应商判据反应商判据& 2.2 多重平衡系统多重平衡系统& 2.3 化学平衡的移动化学平衡的移动v2.3.1 浓度的影响浓度的影响v2.3.2 压力的影响压力的影响v2.3.3

2、 温度的影响温度的影响2 化学平衡 普通化学 2001-2004 9:31:21 化学平衡状态化学平衡状态 &可逆反应可逆反应 在同一条件下，既能正向进行，又能逆向进行的化在同一条件下，既能正向进行，又能逆向进行的化学反应学反应&化学平衡状态化学平衡状态在一定条件下，可逆反应处于正、逆反应速度相等在一定条件下，可逆反应处于正、逆反应速度相等时的状态时的状态2 化学平衡 2.1 标准平衡常数v正v逆v正= v逆 普通化学 2001-2004 9:31:21 化学平衡状态化学平衡状态 &化学平衡的特征化学平衡的特征v化学平衡是有条件的；化学平衡是有条件的；v平衡状态是一定条件下反应所能进行到的平衡

3、状态是一定条件下反应所能进行到的最大限度；最大限度；v是一种动态平衡；是一种动态平衡；v平衡组成与达到平衡的途径无关。平衡组成与达到平衡的途径无关。2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21化学平衡状态化学平衡状态&例：水煤气反应：例：水煤气反应：CO2 + H2 = CO +H2O； T=1473K M起始起始 M平衡平衡 cCO2 cH2 cCO cH2O CO2 H2 CO H2O1、 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.0062、 0.01 0.02 0 0 0.0022 0.0122 0.078 0.0783、 0

4、.01 0.01 0.01 0 0.0041 0.0041 0.0069 0.00594、 0 0 0.02 0.02 0.0082 0.0082 0.0118 0.0118 平衡时平衡时: CO2. H2/ CO.H2O 值为值为: 1、2.25； 2、2.27； 3、2.42； 4、2.072 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21根据化学反应等温式根据化学反应等温式 rGm(T)=rGm(T) +RTlnQ ，必有，必有 = 0 &标准平衡常数标准平衡常数 ，系统达到平衡时，系统达到平衡时 eq 标准平衡常数标准平衡常数 令：令：= Qeq 反应的反

5、应的标准平衡常数标准平衡常数或热力学平衡或热力学平衡常数常数&标准平衡常数的物理意义标准平衡常数的物理意义K值的大小表示了反应完成趋势的高低。值的大小表示了反应完成趋势的高低。 K越大，越大，达到化学平衡时反应正向达到化学平衡时反应正向(向右向右)完成的越彻底。完成的越彻底。 &标准平衡常数的性质标准平衡常数的性质K是温度的函数，是温度的函数，不随浓度不随浓度( (分压分压) )而变化。而变化。2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 标准平衡常数标准平衡常数 &rG (T)与与的关系的关系 rG(T)= - -RTlnK rG(T)= - -RTln

6、+RTlnQ &标准平衡常数表达式标准平衡常数表达式对反应对反应 0= BB(g) = peq (B) /p B 对反应对反应 0= BB(aq) = ceq(B) /c B 2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 标准平衡常数标准平衡常数 &注意事项：注意事项：vK 的的SI单位为单位为1；v书写任何平衡常数表达式，都必须与相应的方程书写任何平衡常数表达式，都必须与相应的方程式对应；式对应； v若反应中有纯固体或纯液体，或在稀水溶液中发若反应中有纯固体或纯液体，或在稀水溶液中发生的反应，则固体、液体以及溶剂水都不在生的反应，则固体、液体以及溶剂水都不

7、在K 表表达式中出现。达式中出现。v标准平衡常数标准平衡常数与反应商与反应商Q在形式上完全相同，在形式上完全相同，但但中的各组分必须是中的各组分必须是平衡平衡浓度（或平衡分压）。浓度（或平衡分压）。2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 &例例1：写出反应写出反应Fe(s)+2H+(aq)=Fe2+(aq)+H2(g)的标准的标准平衡常数表达式。平衡常数表达式。解：解：2)/(H)/(H)/(Feeq2eq2eqccppccK+= 或或 ppccccK/)(H)(Fe)(H2eqeqeq2 22 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2

8、001-2004 9:31:21 例例 题题 &例例2：673K时，反应时，反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的的K1=6.210- -4，求反应，求反应NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g) 的的K2。 解：解：3231 ppppppK)/(H)/(N)/(NH2eq2eqeq=40)(211=-Ki如如0= BB的平衡常数为的平衡常数为K，则则0=n( BB)的平衡常的平衡常数为数为(K )n 323212ppppppK)/(NH)/(H)/(Neq2eq2eq=2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21例例 题题& N2(g) +

9、3H2(g) = 2NH3(g) K1= peq (B) /p B B = - -1- -3+2= - -2& 1/3N2(g)+H2(g)=2/3NH3(g) K2= peq (B) /p B B = - -(1/3)- -1+2/3= - -(2/3) 因此因此: K2=K11/3, n=1/3& NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g) K3= peq (B) /p B B = - -1+1/2+3/2= 1 因此因此: K3=K1- -(1/2), n= - -(1/2)2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 &例例3：反应

10、反应 CO(g)+Cl2 (g) = COCl 2(g) 在恒温恒容条在恒温恒容条件下进行。件下进行。已知已知373K时时K=1.5 108。反应开始时反应开始时c0(CO) = 0.0350molL- -1,c0(Cl2)=0.0270molL- -1，c0(COCl2)=0。计算计算373K反应达到平衡时各物种的分压和反应达到平衡时各物种的分压和CO的平的平衡转化率。衡转化率。2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 解解1：设平衡时设平衡时 ceq(CO)=xmolL- -1 CO(g) + Cl2 (g) = COCl 2(g)开始开

11、始c0/(molL- -1) 0.0350 0.0270 0平衡平衡peq /kPa 3101x 3101x- -24.81 108.5- -3101x？能否将平衡浓度带入标准平衡常数表达式能否将平衡浓度带入标准平衡常数表达式 p=(n/V)RT=cRT变化变化c/(molL- -1) 平衡平衡ceq/(molL- -1)(0.0350- -x) (0.0350- -x)x- -0.0080(0.0350- -x)0.0350- -x)(Cl(CO)(COCl2eqeq2eqppppppK/x8105 . 1 100)81.243101(1003101100 31015 .108/xxx2 化

12、学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 解解2：设平衡时设平衡时 peq(Cl2)=xkPa CO(g) + Cl2 (g) COCl 2(g)开始开始c0/(molL- -1) 0.0350 0.0270 0开始开始p0/kPa 108.5 83.7 081051 /100 )/100 (24.8100)783( .xxx.K/81051824100783=.x.变化变化p/kPa 平衡平衡peq/kPax- -(83.7- -x)- -(83.7- -x)24.8+x(83.7- -x)83.7- -x2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通

13、化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 K 很大很大，x很小很小 83.7- -x83.7 24.8+x24.8x=2.3 10- -6平衡时平衡时: : peq(CO)=24.8kPa peq (Cl2)=2.3 10- -6 kPa peq (COCl2)=83.7kPa81051824100783=.x.77.1(%)51088245108 (CO)(CO)(CO)(CO)0eq0=.ppp-2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 反应商判据反应商判据 根据根据 rGm (T)= - -RTlnK +RTlnQ=RTln(Q/K )

14、Q K 反应逆向进行反应逆向进行2 化学平衡 2.1 标准平衡常数 普通化学 2001-2004 9:31:21 多重平衡系统多重平衡系统 &多重平衡系统多重平衡系统v在一个系统中，同时包含多个相互关联的平衡在一个系统中，同时包含多个相互关联的平衡v多重平衡系统中的每一步有各自的标准平衡常数多重平衡系统中的每一步有各自的标准平衡常数v在多重平衡系统中，所有相互关联的反应同时达在多重平衡系统中，所有相互关联的反应同时达到平衡状态到平衡状态v平衡时，系统内不同反应中的同一物质的平衡分平衡时，系统内不同反应中的同一物质的平衡分压或浓度必定相同压或浓度必定相同 2 化学平衡 2.2 多重平衡系统 普通

15、化学 2001-2004 9:31:21 多重平衡系统多重平衡系统 &多重平衡原理多重平衡原理总反应的标准平衡常数等于各分步标准总反应的标准平衡常数等于各分步标准平衡常数的乘积平衡常数的乘积即：即：若若反应反应1=反应反应2+反应反应3则则 K1 = = K2 K32 化学平衡 2.2 多重平衡系统 普通化学 2001-2004 9:31:21 例例 题题 解：解： 4(3) 2(2) 2(1) 得得:2N2O(g)+3O2(g)=2N2O4(g) rG= 4rG(3) 2rG(2) 2rG(1) K= K(3)4K(2)- -2K(1)- -2&例：例：已知下列反应在指定温度的已知下列反应在

16、指定温度的rG和和K：(1) N2(g)+ O2(g)=N2O(g), rG(1)，K(1); (2) N2O4(g)=2NO2(g), rG(2)，K(2);(3) N2(g)+O2(g)=NO2(g), rG(3)，K(3);则反应则反应 2N2O(g)+3O2(g)=2N2O4(g) 的的rG =_，K=_。21212 化学平衡 2.2 多重平衡系统 普通化学 2001-2004 9:31:21 浓度的影响浓度的影响 &化学平衡的移动化学平衡的移动v由于外界条件的改变而使可逆反应从一种平衡状由于外界条件的改变而使可逆反应从一种平衡状态向另一种平衡状态转化的过程态向另一种平衡状态转化的过程

17、. .v化学平衡的移动是由于系统条件的改变，导致化学平衡的移动是由于系统条件的改变，导致Q或或发生了变化，使两者不再相等，从而发生了变化，使两者不再相等，从而rGm0。&浓度对平衡的影响浓度对平衡的影响v对于溶液反应，若温度不变，则对于溶液反应，若温度不变，则K不变，此时：不变，此时：增加反应物浓度或减少产物浓度增加反应物浓度或减少产物浓度，Q ，反，反应逆向进行。应逆向进行。2 化学平衡 2.3 化学平衡的移动 普通化学 2001-2004 9:31:21化学平衡的移动&外界条件的改变外界条件的改变, ,导致旧的平衡被打破导致旧的平衡被打破, ,在新的条件在新的条件下建立新的平衡下建立新的平

18、衡. .2 化学平衡 2.3 化学平衡的移动 普通化学 2001-2004 9:31:21例例 题题&例例:可逆反应可逆反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)；在；在494K时时K=2.2。设。设NO的起始浓度的起始浓度cNO=0.04mol，为了将超过，为了将超过40%的的NO氧化成氧化成NO2，求在每升，求在每升NO中应加入多少摩尔的氧气？中应加入多少摩尔的氧气？ 解：设解：设O2的起始的物质的量为的起始的物质的量为x 。 2NO(g) + O2(g) = 2NO2(g)起始的量起始的量 molL- -1 0.04 x 0平衡时的量平衡时的量molL- -1 0.04(1- -0.4

19、) x(1- - 0.40.04) 0.40.042 化学平衡 2.3 化学平衡的移动1208. 0)6 . 004. 0()04, 04 . 0(/)/()/(2O2NO2NO22xccccccKx = 0.21mol 普通化学 2001-2004 9:31:21 压力的影响压力的影响 &在反应系统中改变某气体反应物的分压，其结果与在反应系统中改变某气体反应物的分压，其结果与浓度的影响相同。浓度的影响相同。&改变系统的总压，系统内所有气体物质的分压改变系统的总压，系统内所有气体物质的分压将同将同等程度等程度地改变。平衡移动的方向将决定于各地改变。平衡移动的方向将决定于各气体组气体组份计量数的

20、代数和份计量数的代数和。设系统压力变为原平衡时压力的设系统压力变为原平衡时压力的n倍，则倍，则：其中其中B B为反应方程式中为反应方程式中气体组份气体组份计量系数的代数和。计量系数的代数和。BBnKnQQ原平衡2 化学平衡 2.3 化学平衡的移动 普通化学 2001-2004 9:31:21 压力的影响压力的影响 v当当 n1(压力增大压力增大)时：时： B 0，Q ，反应逆向进行；反之，反应正向，反应逆向进行；反之，反应正向进行。进行。v当当 n0，Q ，反应正向进行；反之，反应逆，反应正向进行；反之，反应逆向进行。向进行。v若若 B =0，总有，总有Q =。例例: N2 + 3H2 = 2NH3 B = - -2 ( 0) C