化学竞赛第十三讲-化学平衡省公开课一等奖全国示范课微课金奖

第十三讲年全国高中化学竞赛夏令营(江苏)讲座2024/5/5第1页一、化学反应计量方程式和反应进度

二、化学平衡热力学特征和动力学特征三、理想气体反应等温方程式和反应平衡常数四、影响化学平衡原因五、几个经典化学平衡计算实例

主要内容2024/5/5第2页（1）化学热力学：判断改变可能性一．化学反应计量方程式和反应进度

1．物理化学两个主要研究领域处理问题反应自发进行研究化学改变方向能到达最大程度外界条件对平衡影响t0

2024/5/5第3页研究化学反应速率温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界原因对反应速率影响反应机理（2）化学动力学：将可能性变为现实性t0

2024/5/5第4页用以描述系统状态物理量称为“状态函数”状态函数是系统单值函数其数值仅取决于系统所处状态，而与体系历史无关。状态函数改变仅取决于系统始态和终态，而与改变路径无关。某一状态函数改变等于该状态函数终态值减去该状态函数始态值。

2．状态函数和状态函数改变2024/5/5第5页异途同归，值变相等；周而复始，数值还原。状态函数特征：X1X2

X=X2-X1IIIIII2024/5/5第6页h2h1

h=h2-h1h状态函数特征：2024/5/5第7页A(F)：亥姆霍兹自由能A=U-TSH：焓

H=U+pVU：热力学能

(内能)

U=Q+W几个惯用热力学状态函数：S：熵G：吉布斯自由能G=H-TS2024/5/5第8页化学反应计量方程式是用以表示一个反应系统改变关系定量方程式。一个反应系统化学反应计量方程式有没有数个。任何一个写出化学反应计量方程式都称为1mol反应。3．化学反应计量方程式2024/5/5第9页4．化学反应计量方程式通式表示2024/5/5第10页nB有量纲，为:mol物质B/mol反应B为反应物，nB取负值，B为生成物，nB取正值。nB为任一组分B化学计量系数4．化学反应计量方程式通式表示2024/5/5第11页5．反应进度反应进度定义：

20世纪初比利时deDonder引进反应进度x

2024/5/5第12页引入反应进度优点：

在反应进行到任意时刻，能够用任一反应物或生成物来表示反应进行程度，所得值都是相同。注意:反应进度必须与化学反应计量方程式相对应。比如:当

都等于1mol

时，两个方程所发生反应物质量显然不一样。5．反应进度2024/5/5第13页二．化学平衡热力学和动力学特征1、化学反应到达平衡时，各物种浓度维持不变t无净改变cR反应物cP生成物teq2024/5/5第14页

2、动力学特征到达平衡时，正反应速率和逆反应速率是相等。tr

正r

逆rteq二．化学平衡热力学和动力学特征2024/5/5第15页反应自发地向右进行反应自发地向左进行，不可能自发向右进行反应到达平衡，此时正逆方向上反应速率相等。前提条件是：等温、等压、不做非体积功3、∆G判据二．化学平衡热力学和动力学特征2024/5/5第16页三．理想气体反应等温方程式和反应平衡常数1．化学反应等温方程式2024/5/5第17页化学反应标准摩尔吉布斯自由能(改)变只是温度函数标准态，表示物种B处于下1×105Pa101325Pa标准态没有要求温度大小一个温度对应于一个标准态√2024/5/5第18页反应物和生成物都处于标准态反应进度为1mol吉布斯自由能反应（reaction）反应温度化学反应标准摩尔吉布斯自由能变(298.15K)

改变2024/5/5第19页1．化学反应等温方程式2024/5/5第20页2024/5/5第21页2.理想气体反应等温方程式对理想气体反应2024/5/5第22页为压力商它为无量纲纯数2024/5/5第23页2024/5/5第24页2024/5/5第25页为反应标准压力平衡常数，又称标准平衡常数。1、仅与温度相关，与压力无关。2、无量纲纯数。①★

2024/5/5第26页>,则<0,反应可正向自发进行;=,则=0,反应处于平衡状态;若：<

,则>0,反应可逆向自发进行.2024/5/5第27页

在标准压力下，由稳定单质生成1mol化合物时吉布斯自由能改变值，称为该化合物标准摩尔生成吉布斯自由能。为标准摩尔生成吉布斯自由能②2024/5/5第28页=反应物键焓总和—生成物键焓总和（物质B标准摩尔燃烧焓）（物质B标准摩尔生成焓）③2024/5/5第29页F=96500C·mol-1z量纲：mol电子/mol反应④例12024/5/5第30页3．各种平衡常数及其相互之间关系对理想气体反应压力平衡常数

和它仅与温度相关，且为无量纲纯数。2024/5/5第31页2024/5/5第32页可见，当时，是一个有量纲物理量，且仅与温度相关。2024/5/5第33页(2)物质量浓度平衡常数和2024/5/5第34页可见，仅与温度相关，且为无量纲纯数。2024/5/5第35页是一个有量纲物理量，且仅与温度相关。可见，当时，2024/5/5第36页(3)物质量分数平衡常数可见，是一个无量纲物理量，且与温度、压力相关。2024/5/5第37页(4)物质量平衡常数是一个有量纲物理量，且与温度、压力和总物质量相关。可见，当时，2024/5/5第38页四．影响化学平衡原因勒沙特列原理假如改变影响化学平衡一个条件(如浓度、温度、压力等)，平衡就向能够减弱这种改变方向移动。2024/5/5第39页1．温度影响定积分式：不定积分式：为常数时，有：习题42024/5/5第40页1．温度影响2024/5/5第41页2024/5/5第42页平衡右移平衡向放热方向移动2024/5/5第43页2．压力影响（p为反应体系总压）平衡左移反应后气体分子数增大平衡向气体分子数减小方向移动2024/5/5第44页3．惰性气体影响p为反应体系总压，n总为反应体系总物质量(1)总压力不变下，加入惰性气体

(2)总体积不变下，加入惰性气体

2024/5/5第45页(1)总压力不变下，加入惰性气体

等同于降压效应平衡左移(反应后气体分子数减小)平衡向气体分子数增大方向移动p不变，n总2024/5/5第46页平衡不移动(2)总体积不变下，加入惰性气体

2024/5/5第47页复相化学反应比如，有下述反应，并设气体为理想气体：

有气相和凝聚相（液相、固体）共同参加反应称为复相化学反应。只考虑凝聚相是纯态情况，纯态化学势就是它标准态化学势。复相反应热力学平衡常数只与气态物质压力相关。2024/5/5第48页五．几个经典化学平衡计算实例【例题1】在298K下，下面反应依次为：C8H18(g)+25/2O2(g)→8CO2(g)+9H2O(l)

=-5512.4kJ·mol-1C(石墨)+O2(g)→CO2(g)=-393.5kJ·mol-1H2(g)

+1/2O2(g)→H2O(l)

=-285.8kJ·mol-1正辛烷、氢气和石墨标准摩尔熵分别为：463.7、130.6、5.694J·K-1·mol-1。1．理想气体反应平衡转化率等2024/5/5第49页设正辛烷和氢气为理想气体，问：（1）298K下，由单质生成1摩尔正辛烷反应平衡常数是多少？给出计算过程。返回2024/5/5第50页（2）增加压力对提升正辛烷产率是否有利？为何？（3）升高温度对提升产率是否有利？为何？（4）若在298K及101.325kPa下进行，平衡气相混合物中正辛烷摩尔分数能否降到0.1?（5）若希望正辛烷在平衡气相混合物中摩尔分数到达0.5，则在298K时，需要多大压力才行?给出计算过程。2024/5/5第51页【例题2】在298K下，Mg(OH)2(s)在水中也发生电离：Mg(OH)2(s)====Mg2+(aq)+2OH－(aq)其平衡常数=1.2×10－11，试计算：（1）Mg(OH)2(s)饱和溶液中Mg2+浓度，该溶液能否使酚酞溶液变红？（2）已知=1.0×10－33，那么Al(OH)3(s)饱和溶液中Al3+浓度是多少？2．酸碱反应酸碱平衡常数与酸碱强度定性关系2024/5/5第52页【例题3】难溶化合物饱和溶液存在溶解平衡。在一定温度下，难溶化合物饱和溶液离子浓度乘积为一常数，这个常数用Ksp表示。已知：＝1.8×10-10，＝1.9×10-12。现有0.001mol·L－1AgNO3溶液滴定0.001mol·L－1KCl和0.001mol·L－1K2CrO4混合溶液，试经过计算回答：(1)Cl－和CrO42-中哪种离子先沉淀？(2)当CrO42－以Ag2CrO4形式沉淀时，溶液中Cl－浓度是多少？Cl-和CrO42-能否到达有效分离？（设当一个离子开始沉淀，另一个离子浓度<10－5mol·L－1时，则认为能有效分离）3．难溶盐溶度积2024/5/5第53页习题1．当以5molH2与4molCl2混合，最终生成2molHCl,若以下式为化学计量方程式：H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)，则反应进度为

。【答案：1mol】2．能否说：“对于理想气体反应体系，加入惰性气体与降低总压对平衡转化率影响总是相同”？【答案：不能。只有在总压不变情况下，加入惰性气体等同于降低总压。而在总体积不变情况下，加入惰性气体对平衡无影响。】2024/5/5第54页3．PCl5分解作用为：PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g)，在523.2K、101325Pa下反应抵达平衡后，测得平衡混合物密度为2.695kg·m－3，试计算该反应在523.2K下标准平衡常数。【答案：1.778】2024/5/5第55页4．在1000K时，理想气体反应CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)