第6章化学平衡ppt课件

1、第6章 化学平衡第第6 6章章 化学平衡化学平衡第6章 化学平衡第第6 6章章 化学平衡化学平衡学习学习要点要点1. 1. 平衡常数及其意义平衡常数及其意义2. 2. 等温方程式及其运用等温方程式及其运用3. 3. 化学平衡挪动规律化学平衡挪动规律第6章 化学平衡第第1节节 化学平衡常数化学平衡常数一、化学平衡：一定条件下，可逆反响进一、化学平衡：一定条件下，可逆反响进展到正、逆反响速率相等，反响物与产物展到正、逆反响速率相等，反响物与产物浓度或分压不随时间而变化的形状。浓度或分压不随时间而变化的形状。第6章 化学平衡 rGm(T) = 0 共同点共同点第6章 化学平衡 浓度、分压等宏观性质不

2、随时间变化浓度、分压等宏观性质不随时间变化暂时的、有条件的、相对的暂时的、有条件的、相对的共共 同同 点点动态平衡动态平衡增大反响物浓度增大反响物浓度正反响速率加快正反响速率加快减小反响物浓度减小反响物浓度正反响速率减慢正反响速率减慢第6章 化学平衡 e-equilibrium “ 平衡平衡 二、二、 平衡常数平衡常数 (equilibrium constant)1 1、实验阅历平衡常数、实验阅历平衡常数1 1气相反响的阅历平衡常数气相反响的阅历平衡常数Kp Kp 平衡分压平衡分压 pe(A) pe(B) pe(D) pe(E) 反响反响 aA(g) + bB(g) dD(g) + aA(g)

3、 + bB(g) dD(g) + eE(g)eE(g)第6章 化学平衡 Kp 的单位为的单位为 ( kPa ) or ( Pa ) = (d + e) - (a + b) ped(D) pee(E) 定义：定义：Kp = pea(A) peb(B)第6章 化学平衡)()()(eee222I HHI=pppKp例、例、 一定温度下，反响：一定温度下，反响： H2(g) I2(g) 2HI(g) 第6章 化学平衡 2溶液反响的阅历平衡常数溶液反响的阅历平衡常数Kc Kc 的单位为的单位为 (mol.L-1) ， = (d+e)-(a+b)。 平衡浓度：平衡浓度：ce(A) ce(B) ce(D)

4、ce(E)定义定义 ced(D) cee(E) K c = cea(A) ceb(B)aA + bB dD + eE第6章 化学平衡 pe / p = pr,e ， ce /c = c r,e纯数纯数 将相对平衡浓度或相对平衡分压代入平衡常数将相对平衡浓度或相对平衡分压代入平衡常数表达式得规范平衡常数无单位，量纲为表达式得规范平衡常数无单位，量纲为1。2、 规范平衡常数规范平衡常数( K )下标 r,e 表示相对平衡量。第6章 化学平衡)()()()(,BpApEpDpKerberaereerdbpBpapApepEpdpDpeeeeK)()()()()()()()(或：或：气相反响气相反响第

5、6章 化学平衡溶液中的反响溶液中的反响)()()()(,BcAcEcDcKerberaereerd或：或：bcBcacAcecEcdcDceeeeK)()()()()()()()(aA(aq) + bB(aq) dD(aq) + eE(aq)第6章 化学平衡当当 = (d+e) (a+b) = 0时，时， 规范平衡常数与阅历平衡常数数值相规范平衡常数与阅历平衡常数数值相等。等。 K = Kpp -K = Kcc -，规范平衡常数规范平衡常数无单位无单位第6章 化学平衡1 1表达式与方程式书写方式一一对应；表达式与方程式书写方式一一对应；3、关于平衡常数、关于平衡常数第6章 化学平衡/ )N(/

6、 )H(/ )NH(23223PPPPPPKeee= 5.7 1042/ 122/ 323/ )N(/ )H(/ )NH(PPPPPPKeee=(5.7104)1/2=2.4 102如某温度下：如某温度下：N2(g) + 3 H2(g) 2NH3(g) 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) 第6章 化学平衡2特征常数，与反响本性、温度相关，而与浓度、特征常数，与反响本性、温度相关，而与浓度、压强无关；压强无关；3K 值大小可表达反响进展的完全程度值大小可表达反响进展的完全程度(108 )；4纯固体、纯液体参与反响，其浓度视为纯固体、纯液体参与反响，其浓度视为1，凡未，凡未列

7、入平衡常数表达式中的各物质均不影响平衡。列入平衡常数表达式中的各物质均不影响平衡。(5) 稀溶液中，溶剂参与反响，其浓度视为稀溶液中，溶剂参与反响，其浓度视为1。第6章 化学平衡但但: Fe3O4(s) + 4 H2(g) 3 Fe(s) + 4 H2O(g)H()OH(2424eeppKr,r,固体物质不写入表达式固体物质不写入表达式Mg2+2OH-Mg(OH)2(s)K 表达式表达式?Ksp-即规范溶度积常数即规范溶度积常数第6章 化学平衡 Cr2O72- Cr2O72-H2O 2CrO42- H2O 2CrO42- 2H+ 2H+ )OCr()H()CrO(272,2,242,erere

8、rcccK水不要写入表达式水不要写入表达式第6章 化学平衡4 4、rGmrGm(T)(T)与与K K 的关系的关系 引入范特霍夫等温方程：引入范特霍夫等温方程： rGm(T)= rGm(T)+ RT ln Q rGm(T) ：非规范形状下的自在能变：非规范形状下的自在能变rGm (T)：规范形状下的自在能变：规范形状下的自在能变aA + bB dD + eE第6章 化学平衡bpBpapApepEpdpDpQ)()()()()()()()()()()()(BpApEpDpQbrarerrd气相反响：气相反响： 任一形任一形状下的状下的反响商反响商第6章 化学平衡平衡时：平衡时： rGm(T) =

9、 0即：即：rGm(T) + RT ln Q 平衡平衡 = 0,)()()()(KBpApEpDpQberaereererd平衡平衡第6章 化学平衡rGm(T) = -RT ln K 第6章 化学平衡溶液中的反响溶液中的反响 rGm(T)= rGm (T)+ RT ln Q bcBcacAcecEcdcDcQ)()()()()()()()()()()()(BcAcEcDcbrarerrd第6章 化学平衡平衡时：平衡时：,)()()()(KBcAcEcDcQberaereererd平衡平衡rGm(T) = -RT ln K第6章 化学平衡等温方程变换为等温方程变换为: :ln)(KQRTTGmr

10、利用等温方程利用等温方程, ,判别反响方向判别反响方向Q K ，rGm(T)0，反响逆向自发进展。，反响逆向自发进展。Q = K ，rGm(T) = 0， 反响处于平衡态。反响处于平衡态。Q K ，rGm(T)0，反响正向自发进展。，反响正向自发进展。第6章 化学平衡教材教材 133 面例面例2：反响反响 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) , 在在2000K时，时，K = 1.249108，(1) 在在H2(g)和和O2(g) 分压均分压均为为1.0104 Pa，水蒸气的分压为，水蒸气的分压为1.0105 Pa的的混合体系中，反响的混合体系中，反响的rGm为多少？判别在该条为多少？

11、判别在该条件下反响自发方向件下反响自发方向 (2) 假设假设H2(g) 和和O2(g)的分的分压坚持不变，水蒸气的分压最小为多大时，反压坚持不变，水蒸气的分压最小为多大时，反响才不能自发进展？响才不能自发进展？ 第6章 化学平衡解：解： 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) (1) pr 1.0104 /105 = 0.1 1.0105 /105=1.0(2) pr 1.0104 /105 = 0.1 p(H2O) /105)(O)(HO)(H2r2r2rpppQ22=KQRTTGln=)(mr )(O)(HO)(H2r2r2rpppQ22=KQRTTGln=)(mr (1)(O)(H

12、O)(H2r2r2rpppQ22=)(O)(HO)(H2r2r2rpppQ22=0100=)10/1.010(1.0)10/1.010(1.0=354255= 195.1 kJmol-1KQRTTGln=)(mrQ K ，rGm(2000K)0，反响正向自发进展。，反响正向自发进展。第6章 化学平衡2当当QK 时时, 反响正向非自发反响正向非自发, 即：即：35422r2r22r22r)101.0101.0(O)(H=)(O)(HO)(H=ppppQ1.25108即：即：pr(H2O)353.4 p(H2O) 353.41.0105Pa = 3.534107 Pa 反响不能正向自发进展反响不能

13、正向自发进展 第6章 化学平衡 处置实践问题时，亦可用直接计算分压商或浓度商，处置实践问题时，亦可用直接计算分压商或浓度商，将其与阅历平衡常数将其与阅历平衡常数Kp 或或 Kc 比较，可得一样结论。比较，可得一样结论。 第6章 化学平衡例例3教材教材133面面 、反响、反响 N2O4(g) 2NO2(g) 在在25时时Kp = 11.5kPa , 经过计算判经过计算判别以下情况下反响向什么方向进展？别以下情况下反响向什么方向进展？(1) 在在300L的密闭容器中参与的密闭容器中参与1mol N2O4(g)和和10mol NO2(g)； (2) 在在300L的密闭容器中参与的密闭容器中参与1mo

14、l N2O4(g)和和1mol NO2(g)。第6章 化学平衡解：(1) )O(N)(NO42ppQp22= 根据根据 pV = nRT LK/.KkPaLmol.molL)K/.KkPaLmol.mol(/)O(N/)(NO300152983148130015298314810112114222=pVRTnVRTnQ = 826.3kPa QpKp = 11.5 kPa 反响逆向自发。反响逆向自发。第6章 化学平衡(2) Q p= L300K/298.15KkPaLmol8.314mol1L)K/.KkPaLmol.mol(111213001529831481= 8.263 kPa Qp K

15、p = 11.5 kPa 反响正向自发。反响正向自发。第6章 化学平衡知焓、熵、自在能等热力学数据，由：知焓、熵、自在能等热力学数据，由：rGm(T) = -RT ln K 关系求关系求K 例例4 4、求、求298K 2SO2(g)+O2(g) 2SO3298K 2SO2(g)+O2(g) 2SO3的的K K 解：解： 2SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)fGm /kJ.mol-1 -300.37 0 370.37rGm (298.15K) =2(-370.37- 2(-300.37) = -140 kJ.mol-1第6章 化学平衡由由 rGmrGm (T)= - RTln (T)

16、= - RTln K K 得得 5 .56298314. 810140ln3RTrGKm查查56.5的反对数，得的反对数，得 K = 3.41024 133面例面例6.4解题思绪及结果阐明的问题？解题思绪及结果阐明的问题？第6章 化学平衡 假设一个反响体系中进展的反响可假设一个反响体系中进展的反响可以拆分成多个独立反响，那么所建立的以拆分成多个独立反响，那么所建立的平衡系统为多重平衡系统。各独立反响平衡系统为多重平衡系统。各独立反响所建立的平衡称为子平衡，而由多个独所建立的平衡称为子平衡，而由多个独立反响组合的总平衡称为多重平衡。立反响组合的总平衡称为多重平衡。5、多重平衡及其平衡常数、多重平

17、衡及其平衡常数竞争平衡、偶联平衡、复杂平衡竞争平衡、偶联平衡、复杂平衡第6章 化学平衡Cs+ 1/2O2 COg K1 +) COg+ 1/2O2 CO2 (g) K2 Cs+ O2 CO2g K3 = ?由由rGmrGm (1) = - RTln K1 (1) = - RTln K1 rGm (2) = - RTlnK2 rGm (3) = rGm (1) + rGm (2) = - RTln K1 +- RTln K2 = - RTln K3 K3 = K1 K2 第6章 化学平衡同理，假设有同理，假设有 2 + = 那么：那么：K3 = K1 2 K2 假设有假设有 2 - = 那么：那

18、么：K3 = K1 2/ K2 第6章 化学平衡例例5：知氨水解离常数为：知氨水解离常数为Kb ，Mg(OH)2的溶的溶度积为度积为Ksp ，计算一样温度下，计算一样温度下Mg(OH)2溶于氯溶于氯化铵溶液反响的化铵溶液反响的K。总总. Mg(OH)2(s) + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3H2O(2) NH3H2ONH4+ + OH- Kb(1) Mg(OH)2(s)Mg2+2OH- Ksp反响反响1反响反响2 2总反响总反响K = Ksp /(Kb)2第6章 化学平衡总总. Mg(OH)2(s) + 2NH4+ Mg2+ + 2NH3H2O(2) NH3H2ONH4+ + OH- K

19、b(1) Mg(OH)2(s)Mg2+2OH- Ksp=K = cr,e2(OH-) cr,e2(OH-)cr,e(Mg2+) cr,e 2(NH3H2O)cr,e2(NH4+)Ksp( Kb)2第6章 化学平衡6、有关计算、有关计算平衡浓度、转化率等的计算平衡浓度、转化率等的计算 解题根本步骤解题根本步骤: :1正确写出化学平衡方程式正确写出化学平衡方程式2由题意分别确定各物的起始量与平衡量由题意分别确定各物的起始量与平衡量浓度、分压、物质的量等；浓度、分压、物质的量等；3写出平衡常数表达式并代入平衡浓度分写出平衡常数表达式并代入平衡浓度分压或其表达式；压或其表达式；4求未知量。求未知量。第

20、6章 化学平衡 CO(g) + H2(g)例例6.反响反响 C(s) + H2O(g) 在在1000K时时K = 1.00 , 于密闭反响器中通入于密闭反响器中通入100kPa压力的水蒸气压力的水蒸气, 使之与足量的红热的碳使之与足量的红热的碳反响反响, 求反响达平衡时各气体的分压。求反响达平衡时各气体的分压。解：设平衡时解：设平衡时COCO的相对分压为的相对分压为x x pr 1 0 0 pr,e 1x x x C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)第6章 化学平衡K = 0011222.O)(H)(H(CO)er,er,er,=-=xxpppx = 0.62 平衡时各气体分

21、压为平衡时各气体分压为: : pe(H2) = pe(CO) = xp = 0.62100kPa=62 kPa pe(H2O) =(1-0.62) p = 0.38100kPa = 38 kPa 第6章 化学平衡 该反响物浓度的改动量该反响物浓度的改动量 = 100% 某反响物起始浓度某反响物起始浓度转化率转化率 = 100% 该反响物的转化量该反响物的转化量n某反响物的起始量某反响物的起始量n第6章 化学平衡例例7:知知HAc的的Ka 为为1.7610-5,分别计算分别计算0.1和和0.2mol/L HAc 解离度及各组分平衡浓度。解离度及各组分平衡浓度。解：解： HAcH+ + Ac-平衡

22、浓度平衡浓度0.1(1-)0.10.1起始浓度起始浓度0.100由由Ka =cr,e(H+)cr,e(Ac-)cr,e(HAc)=(0.1)20.1(1- )因因Ka 很小很小, 故可以为故可以为(1- )=1=1.7610-5第6章 化学平衡解得: =1.34%cr,e(H+) = cr,e(Ac-) = 1.34 10-3pH = -lg cr,e(H+) = 2.88同法可计算出同法可计算出0.2mol/L HAc 的的=0.94% 可知转化率与浓度有关，而平衡常数与浓度无关。可知转化率与浓度有关，而平衡常数与浓度无关。第6章 化学平衡K 与与的区别的区别(1) 均表达反响进展的完全程度

23、。均表达反响进展的完全程度。 不是特征常数，大小与反响物起始不是特征常数，大小与反响物起始量有关。量有关。 (2) K 是特征常数是特征常数,与浓度无关。与浓度无关。第6章 化学平衡第第 2 节节 化学平衡的挪动化学平衡的挪动 第6章 化学平衡1 1、浓度或气体分压对化学平衡的影响、浓度或气体分压对化学平衡的影响ln)(KQRTTGmr第6章 化学平衡K 不变，但不变，但Q减小减小 ，那么，那么Q K ，rG(T)0，运用：提高某些原料的转化率。运用：提高某些原料的转化率。 浓度浓度1 1对于一个已达平衡的反响，当增大反响物对于一个已达平衡的反响，当增大反响物浓度或减小产物浓度时，反响正向自发

24、进展。浓度或减小产物浓度时，反响正向自发进展。第6章 化学平衡 运用：控制某些副反响的发生。如三氯化铁、氯化亚锡、三氯化锑溶液的配制。 2 2对于一个已达平衡的反响，当增大产物浓对于一个已达平衡的反响，当增大产物浓度或减小反响物浓度时，反响逆向挪动度或减小反响物浓度时，反响逆向挪动K 不变，不变，Q增大增大 ，那么，那么QK ，rGm(T)0，第6章 化学平衡H2和和I2 化合的反响商化合的反响商Q 和反响的方向和反响的方向（1）1.00 1.00 1.001.00Q K正向正向67 67（2）1.00 1.00 0.0011.010-6Q K逆向逆向（5）1.22 0.22 1.569.07

25、Q K正向正向13 73例如：例如： H2(g) + I2(g) = 2HI(g) 713 K 时，时，Kc = 50.3第6章 化学平衡第6章 化学平衡例例7:醋酸的醋酸的Ka 为为1.7610-5,往往0.1mol/L醋酸中醋酸中加醋酸钠固体加醋酸钠固体,当醋酸钠浓度达当醋酸钠浓度达0.1时时,醋酸的解离醋酸的解离度及组分平衡浓度分别为多少度及组分平衡浓度分别为多少?HAcH+ + Ac-平衡浓度平衡浓度 0.1(1-)0.1 0.10.1+0.10.1起始浓度起始浓度0.100.1由由Ka=cr,e(H+)cr,e(Ac-)cr,e(HAc)=0.10.10.1=1.7610-5解：设解

26、：设HAc的解离度为的解离度为第6章 化学平衡解得: =0.0176%cr,e(H+) = 1.7610-5pH = -lg cr,e(H+) = 4.74同离子效应-缓冲溶液第6章 化学平衡2、压强变化对化学平衡的影响、压强变化对化学平衡的影响已达平衡的反响体系已达平衡的反响体系 ，总压增至原压力的，总压增至原压力的s倍倍时，反响商为：时，反响商为：= K s , =(d+e)-(a+b)。 sPr，e (D) dsPr,e (E)eQ= sPr,e (A) a sPr,e (B) b第6章 化学平衡 1 0，那么，那么QK ，平衡逆向挪动；，平衡逆向挪动； 2 =0，那么，那么Q = K

27、，平衡不挪动；，平衡不挪动； 3 0，那么，那么QK ，平衡正向挪动；，平衡正向挪动；即；增压，向气体分子数减少降压的方向挪即；增压，向气体分子数减少降压的方向挪动。动。第6章 化学平衡例题：教材面例题：教材面6.9、6.10第6章 化学平衡 3 3、温度对化学平衡挪动的影响、温度对化学平衡挪动的影响 吉布斯吉布斯-赫姆霍兹公式；赫姆霍兹公式； r Gm ( T ) = r Hm ( T ) - T r Sm ( T )同时同时 r Gm (T) = -RT ln K 推得推得 浓度、压力变，浓度、压力变，K 不变；温度变，不变；温度变，K 变。变。ln K = - + r Hmr Hm (T) (T) r Smr Sm (T)(T)RT R第6章 化学平衡 T1 ：ln K1 = -rHm /RT1+rSm (T/R (1) T2：ln K2 = -rHm /RT2+rSm (T)/R (2) 式式(2)-式式(1)得得 )11(lnln2112TTRHKKm)(ln211212TTTTRHKKm第6章 化学平衡吸热反响，吸热反响，K2 K1 ，平衡正向挪动。，平衡正向挪动。放热反响，放热反响，K2 K1 ，平衡逆向挪动。，平衡逆向挪动。