全日制高校普通化学》之《化学平衡》课件

1、第四章 化学平衡4-1 标准平衡常数1.1可逆反应与化学平衡 1.可逆反应定义：一个化学反应在同一条件下，可以从左向右进行， 也可以从右向左进行。可逆反应进行的最大限度就是达到平衡状态。NO2(g) + SO2(g) NO(g) + SO3(g)2.化学平衡状态定义：当正反应速率与逆反应速率相等时，反应系统中各物质的 浓度(或分压)，在宏观上不再随时间的变化而变化。3.化学平衡的基本特征(1) 平衡后各组分浓度不再变化。(2) 化学平衡是动态平衡。(3) 化学平衡是相对的、暂时的、有条件的平衡。1.2标准平衡常数 对封闭体系而言，对任一可逆的化学反应： aA+dD gG + hH 在指定温度下

2、达到平衡时 K =如果各物质对应的都为气体，则表示为：K = 以上都是实验测得平衡时各物质的量，称之为实验平衡常数，通常是有单位的量。本册书中只讨论标准平衡常数。 1.标准平衡常数表达式 若反应为液相化学反应 对任一可逆的化学反应： aA+dD gG + hH 定义：根据热力学函数计算求得的平衡常数称为标准平 衡常数，又称热力学平衡常数。符号K K =式中，为相对浓度，无量纲； 为气体相对分压，无量纲 。 式中， 结论： 在一定温度下平衡态化学反应，产物相对浓度(或分压) 的乘幂与反应物相对浓度(或分压)的乘幂之比为常数。 K 值的大小表明化学反应进行程度的不同， 标准平衡常数只与反应温度有关

3、，而与平衡组成无关 2. 使用标准平衡常数 表达式的注意事项 （1）气相反应：各物质的量用相对分压表示，如：2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)K = 如果各物质对应的都为气体，则表示为：P = 100kPa，为标准压力。K= （2）液相反应：各物质的量用相对浓度表示，如： HAc = H+ + Ac K = （3）纯固体或纯液体参加的反应，它们的浓度可 视为常数，故不写在平衡常数表达式中，如： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) （4）稀溶液中有水参加，则水的浓度看做 常数，不必写在平衡常数表达式中，如： Cr2O72 (aq) + H2O(l) = 2CrO

4、42 (aq) + 2H+(aq) 2 但在非水溶液中反应时，若有水参加时，水的浓度 不能看做常数，必须写在平衡常数表达式中，如：C2H5OH(1) + CH3COOH(1) = CH3COOC2H5(1) + H2O(1) （5）多重平衡原则：某反应由几个反应完成， 则总反应平衡常数为各反应平衡常数之积，如：A + B = AB AB + B = AB2 A+2B=AB2 （6）平衡常数与反应式的写法有关。例如合成氨的反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) N2(g) +H2(g) = NH3(g) K1 = ( K2 )2 （7）可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数。2NH3(g)

5、 = N2(g) + 3H2(g) 42 吉布斯自由能变与化学平衡2.1吉布斯自由能变与化学平衡常数的关系1. 化学反应等温式 上一章，知道自由能改变rGm 的计算方法; 若体系中各物质不是处于标准态，如何来判定反应在一定的条件写能否发生？ 实例：在恒温恒压下，电池反应: Zn（s）+ Cu2+（l） = Zn2+（l）+ Cu（s） CuSO4molL1ZnSO4molL1光强电功rG m0.010.011最亮最暗中间中间最大最小设在化学反应的过程中，化学能全部转变成电能，rG m有用功 （因为自由能改变的物理意义是化学反应做最大有用功的量度。） 最大最小中间实验表明： 相同的温度和压力下，

6、同一反应因反应物的浓度不同，反应的自由能改变也不同。 在标准状态下，不同反应的rGm不同，这是物质的本性决定的。 同一反应，因物质浓度不同反应的自由能改变 rG m也不同， 这充分说明：物质的浓度（或分压）对反应的自由能改变也有贡献。 热力学证明： 定温定压下，物质本性部分(rGm)和物质浓度 (或分压)部分共同贡献才是这个化学反应的吉布斯 自由能变(rGm)。 对任意一个化学反应： aA + dD = gG + hHrGm、rGm及浓度的关系是： （化学反应等温式）液相反应： rGm=rGm+RTln 气相反应：rGm=rGm+RTln 化学反应等温式 相对值的乘幂之比称为浓度商（或分压商）

7、，用符号Q表示，即：Q = 或 Q = 计算定温任意状态下化学反应的摩尔吉布斯自由能变rGm(T) rGm(T)= rGm + RTlnQ 对任一化学反应 当rGm = 0, 达到平衡时，此时Q = KrGm = rGm + RTlnQ rGm = RTln K 即， 0 = rGm + RTln K ln K =2. 反应的标准摩尔吉布斯自由能变（rGm） 与标准平衡常数（K ）的关系:3. 用rGm判断反应方向 rGm = rGm + RTlnQ= RTlnK + RTlnQ= RT ln l，rGm0，反应正向自发进行； 当QK 时，1，rGm0，反应逆向自发进行； 当QK 时， =1，

8、rGm=0，反应处于平衡状态； 当Q = K 时， 2.2 标准平衡常数的计算及应用1. 标准平衡常数的计算 例4-1计算标准状态时，反应 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)fHm(kJmol1) 110.5 241.82 393.51 0 Sm(JK1mol1) 197.67 188.83 213.74 130.68在298K及850K时的标准平衡常数K ？解： rHm = r S m = (393.51 + 0) ( 110.5 241.8) = 41.16 kJmol1 = (213.73 + 130.68 ) (197.9 + 188.83) = 42.08

9、 JK1mol1 298K时 ， rGm = rHm TrSm= 41.15103 298 ( 42.08) = 28610 Jmol1 = 11.55 ln K =850K时， rGm = rHm TrSm = 41.15103 850 ( 42.08) = 5382 Jmol1 ln K = 0.762 K = 2.14 K = 1.04105 2. 平衡常数的应用 （1）应用平衡常数判断反应进行的方向例 ：已知反应 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g) 在1000K时K =3.45，计算SO2 、O2 、SO3分压分别为20 kPa、10kPa、100kPa时混合气体的rG

10、m，并判断反应进行的方向。解：反应的相对分压商为： Q = = 250 代入化学反应等温式，得：rGm = RTln=8.3141000ln= 35.6 kJmol1 0（2）估计平衡转化率和平衡体系的组成物质的转化率10043 化学平衡的移动影响化学平衡移动的因素有浓度(或分压)、压力和温度。 3.1 浓度对化学平衡的影响温度和总压力不变， 改变系统中物质的浓度。根据化学反应等温式 rGm = RTln 增大反应物浓度或减小产物浓度，Q将变小，Q K， rGm 0，平衡正向移动； 减小反应物浓度或增大产物的浓度，Q将变大，Q K， rGm 0，平衡逆向移动。3.2. 压力对化学平衡的影响1.

11、 体系总体积变化引起压力改变对化学平衡的影响 对只有液体和固体参加的反应，不影响；只影响有气体参加的反应。的变化使rGm0，平衡移动。N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)当体系总压增大1倍，各物质的分压也增大1倍，即 p/(NH3) = 2p(NH3)、p/(N2) = 2p(N2)、p/(H2) = 2p(H2)= RTln 0KrGm = RTln= RTln平衡正向移动 即， 平衡向气体物质的量减少的方向移动，与 高中学的结论是相同的 2.加入惰性气体对化学平衡移动的影响 有恒定容积和恒定总压两种情况： 1.恒定容积 总压变大，体系中各气态物质的分压不会改变， 不会引起平衡的移动。 2.恒定总压 加入惰性气体，会使体系的体积增大， 相当于“冲稀”，各气体的分压将等比例减小， 平衡向气体物质的量增多的方向移动。 三. 温度对化学平衡移动的影响 浓度与压力使平衡移动的原因是改变了浓度商(Q)，rGm发生变化，rGm和K不变。 温度变化将引起rGm和K的变 对一给定的化学反应， rGm = rHm TrSm rGm = RTln K将两式合并，得： ln K = 若T1 K1 ln K1 = 若T2 K2 ln K2 = 两式相减，得 对范德霍夫方程的讨论： 讨论： 如果是