化学平衡省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

无机化学

InorganicChemistry

第5章化学平衡第1页本章要求1、建立化学平衡常数概念。2、掌握反应产率或反应物转化为产物转化率计算。3、学会讨论浓度、分压、总压和温度对化学平衡影响。●化学平衡状态●平衡常数●浓度对化学平衡影响●压力对化学平衡影响●温度对化学平衡影响内容提要第2页5.1

化学平衡状态

(chemicalequilibriumstate)

5.1.1化学平衡5.1.2勒沙特列原理第3页就是DG=0或者u正=u负5.1.1化学平衡平衡状态(equilibriumstate)什么是平衡状态？

在密闭容器中，可逆反应不能进行到底.个别反应几乎能进行到底.比如：MnO2化学反应有可逆反应与不可逆反应之分，但大多数化学反应都是可逆.比如:2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)●客观上，系统组成不再随时间而变●平衡是自发●化学平衡是动态平衡●平衡组成与到达平衡路径无关化学平衡有以下几个鲜明特点第4页旧平衡破坏了，又会建立起新平衡.第5页假如改变维持化学平衡条件（浓度、压力和温度），平衡就会向着减弱这种改变方向移动.LeChatelier原理适合用于处于平衡状态体系，也适合用于相平衡体系.1848年，法国科学家LeChatelier提出：

5.1.2勒沙特列（LeChatelier）原理勒沙特列(LeChatelierH,1850-1936)法国无机化学家巴黎大学教授.第6页2、勒沙特列原理指明只是平衡移动方向。3、LeChatelier原理只是说是热力学自发趋势，是一个可能性。4、勒沙特列原理不能首先判断体系是否处于平衡状态，不能进行定量。1、并不是改变任何条件，化学平衡都会移动，而只有改变维持平衡条件，平衡才会移动。注意：正确使用勒沙特列（LeChatelier）原理第7页5.2平衡常数(equilibriumconstant)5.2.1标准平衡常数(standardequilibriumconstant)由范特霍夫等温方程(p220)：●当反应到达平衡状态时●标准平衡常数意义：在一定温度下，当气相系统到达化学平衡时，参加反应各气体分压与热力学标压之比以方程式中计量系数为幂连乘积是一个常数。……第8页●对于气相反应●对于溶液中反应Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)第9页●对于普通化学反应▲Kq

是无量纲量；▲Kq

是温度函数，与浓度、分压无关；▲标准平衡常数表示式必须与化学反应计量式相对应；▲pθ是标态压力，p是各气体分压；▲Cθ是标态浓度，C是溶液中各物质浓度；▲纯物质不写在平衡常数表示式中！第10页[例5-1]已知693、723K下氧化汞固体分解为汞蒸气和氧气标准摩尔自由能分别为11.335.158kj/mol，求对应温度下平衡常数。第11页

标准平衡常数应用(1)判断反应进行程度K

愈大，反应进行得愈完全K

愈小，反应进行得愈不完全K

不太大也不太小(如10-3<K

<103),反应物部分地转化为生成物(2)预测反应进行方向对于普通化学反应：aA(g)+bB(aq)+cC(s)xX(g)+yY(aq)+zZ(l)任意状态下:J<K

反应正向进行J=K

体系处于平衡状态J>K

反应逆向进行J称为反应商(reactionquotient)，可作为反应进行方向判据.第12页

反应CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)在恒温恒容条件下进行已知373K时Kq=1.5108.反应开始时，c0(CO)=0.0350mol·L-1,c0(Cl2)=0.0270mol·L-1,

c0(COCl2)=0.计算373K反应到达平衡时各物种分压和CO平衡转化率.(3)计算平衡时各物种组成

ExampleCO(g)+Cl2(g)COCl2(g)开始cB/(mol·L-1)0.03500.02700开始pB/kPa108.583.70改变pB/kPa-(83.7-x)-(83.7-x)(83.7-x)平衡pB/kPa24.8+xx(83.7-x)Solution第13页因为Kq很大,x很小,假设83.7-x≈83.7,24.8+x≈24.8平衡时:p(CO)=24.8kPa

p(Cl2)=2.310-6kPa

p(COCl2)=83.7kPa第14页平衡常数取得除了由热力学计算外，还能够经过试验测定。试验平衡常数(经验平衡常数)——由试验得到平衡常数。表5-1500oC下合成氨试验测定平衡浓度与试验平衡常数5.2.2试验平衡常数1.1150.750.2615.98x10-20.511.000.0876.05x10-21.351.150.4126.00x10-22.431.851.276.08x10-21.470.750.3765.93x10-2平均值6.0x10-2第15页恒温恒容下，2GeO(g)+W2O6(g)2

GeWO4(g)若反应开始时，GeO和W2O6分压均为100.0kPa，平衡时

GeWO4(g)分压为98.0kPa.求平衡时GeO和W2O6分压以及反应标准平衡常数.

试验平衡常数还有一个分压平衡常数Kp,:Example2GeO(g)+W2O6(g)

2

GeWO4(g)开始pB/kPa100.0100.00改变pB/kPa-98.098.0平衡pB/kPa100.0-98.0100.098.0

p(GeO)=100.0kPa-98.0kPa=2.0kPa

p(W2O6)=100.0kPa-kPa=51.0kPaSolution第16页偶联反应——两个及其以上化学平衡组合起来形成新反应。

5.2.3偶联反应平衡常数Example由以上两个化学平衡组合起来形成新反应。（1）+（2）=（3）第17页▲▲▲Question你能搞清、、之间关系吗？第18页已知25℃时反应（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)=0.45（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)=0.051计算反应（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)反应（1）+（2）得：2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)ExampleSolution第19页化学平衡移动(shiftingofthechemicalequilibriumposition)5.3浓度对化学平衡影响对于溶液中化学反应,平衡时,J=K

当c(反应物)增大或c(生成物)减小时,J<K，

平衡向正向移动当c(反应物)减小或c(生成物)增大时,J>K，

平衡向逆向移动从一个化学平衡移动:当外界条件改变时,化学反应平衡状态转变到另一个平衡状态过程.25℃时,反应Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)Kq

=3.2.

●当c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,

c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1时反应向哪一方向进行?●平衡时,Ag+,Fe2+,Fe3+浓度各为多少?

●Ag+转化率为多少?

●假如保持Ag+,Fe3+初始浓度不变,使c(Fe2+)增大至0.300mol·L-1,求Ag+转化率.Example第20页●先计算反应商，判断反应方向

J<Kq,反应正向进行SolutionFe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)开始cB/(mol·L-1)0.1001.00×10-21.00×10-3

改变cB/(mol·L-1)-x-xx平衡cB/(mol·L-1)0.100-x1.00×10-2-x1.00×10-3+x●

计算平衡时各物种组成c(Ag+)=8.4×10-3mol·L-1c(Fe2+)=9.84×10-2

mol·L-1c(Fe3+)=2.6×10-3mol·L-13.2x2－1.352x＋2.2×10-3=0x=1.6×10-3第21页●求Ag+转化率

●设到达新平衡时Ag+转化率为ε2Fe2+(aq)+Ag+(aq)

Fe3+(aq)+Ag(s)平衡Ⅱ0.300-1.00×10-2×1.00×10-3+

cB/(mol·L-1)1.00×10-2ε2(1-ε2)1.00×10-2ε2说明平衡向右移动第22页假如保持温度、体积不变，增大反应物分压或减小生成物分压，使J减小，造成J<Kq，平衡向正向移动.反之，减小反应物分压或增大生成物分压，使J增大，造成J>Kq，平衡向逆向移动.5.4压力对化学平衡影响●部分物种分压改变●体积改变引发压力改变对于有气体参加化学反应aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g)恒温下压缩为原体积第23页对于气体分子数增加反应，Σ

B>0，x

Σ

B>1，J>Kq，平衡向逆向移动，即向气体分子数减小方向移动.对于气体分子数减小反应，Σ

B<0，x

Σ

B<1，J<Kq，平衡向正向移动，即向气体分子数减小方向移动.对于反应前后气体分子数不变反应，Σ

B=0，x

Σ

B=1，J=Kq，平衡不移动.▲在惰性气体存在下到达平衡后,再恒温压缩,Σ

B≠0，平衡向气体分子数减小方向移动,Σ

B=0，平衡不移动.▲对恒温恒容下已到达平衡反应，引入惰性气体，反应物和生成物pB不变，J=Kq，平衡不移动.▲对恒温恒压下已到达平衡反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，假如Σ

B≠0，平衡向气体分子数增大方向移动.●惰性气体影响第24页[例5-6]在常温（298.15K）常压（100KPa）下，将N2O4(g)和NO2(g)两种气体装入一注射器，问：到达平衡时，两种气体分压和浓度分别为多大？推进注射器活塞，将混合气体体积减小二分之一，问：到达平衡时，两种气体分压和浓度多大？已知：298.15K下两种气体标准摩尔生成自由能分别为51.31和97.89KJ/mol。ExampleN2O4(g)2NO2(g)Solution第25页第26页体积减小二分之一，总压增大，平衡向生成N2O4(g)方向移动：2NO2(g)N2O4(g)体积压缩后分压/pa2x31.82x68.2分压改变/Pa-2x