大学无机化学之化学平衡.ppt

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1、第三章 化学平衡原理,3.3 化学平衡的移动,3.2 标准平衡常数的应用,3.1 标准平衡常数,3.1 标准平衡常数,3.1.3 标准平衡常数的实验测定,3.1.2 标准平衡常数表达式,3.1.1 化学平衡的基本特征,化学反应的限度,1、高炉中的炼铁反应为：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 2、合成氨反应：N2+3H2 NH3 N2 转化率最大为65.1%3、KClO3=2KCl+O2,0 0.0100 0.0100 0 7.60 0,2000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 0.204,4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 0.343

2、,反应开始：c(H2),c(I2)较大,c(HI)=0,r正较大,r逆为 0；反应进行：c(H2),c(I2)减小,r正减小,c(HI)增大,r逆增大；某一时刻：r正=r逆，系统组成不变，达到平衡状态。,大多数化学反应都是可逆的。例如：,3.1.1 化学平衡的基本特征,化学平衡：,特征：（1）系统的组成不再随时间而变。（2）化学平衡是动态平衡。（3）平衡组成与达到平衡的途径无关。,在一定条件下，可逆反应处于化学平衡状态：,r正=r逆0,CO2H2COH2O,无论反应是从反应物开始，还是从产物开始，最后达到化学平衡。起始浓度不同会导致平衡时各物质的浓度不同，但平衡浓度按特定组合的 值却都是2.4

3、。是一个常量，该常量被称为实验平衡常数。对于许多其他可逆反应，由大量实验结果也总结出相同的规律。(4)可见，化学平衡状态最重要的特点是存在一个平衡常数，它是反映体系的特性，是反应限度的一种表示，其值大小与各物质的起始浓度无关，仅是温度的函数。,3.1.2 标准平衡常数表达式,对于溶液中的反应：,对于气相反应：,Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq),对于一般的化学反应：,是温度的函数，与浓度、分压无关。,*标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。,是量纲一的量。,()1/2,=()-1,例如：C（石墨）+O2=CO2 K总,（1）C（石墨）+1/2O2=

4、CO K1,（2）CO+1/2O2=CO 2 K2,K 总=K1 K2,(1)+(2)得总反应：C（石墨）+O2=CO2,3.1.3 多重平衡原理,如果某一（总）反应是由几个反应相加（或 相减）所得，则这个（总）反应的平衡数就等 于相加（或相减）的几个反应的平衡常数的乘 积（或商），这种关系称为多重平衡规则；即:,反应M=反应A+反应B+反应C+,K(M)=K(A)K(B)K(C),思考：这与盖斯定律有何区别(P)？,3.2.1 判断反应程度,3.2 标准平衡常数的应用,3.2.3 计算平衡组成,3.2.2 预测反应方向,3.2.1 判断反应程度,K 愈小，反应进行得愈不完全；,K 愈大，反应

5、进行得愈完全；,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。,对于一般的化学反应：,3.2.2 预测反应方向,任意状态下：,aA(g)+bB(aq)+cC(s)xX(g)+yY(aq)+zZ(l),def,反应商：,反应商判据：,QK 反应正向进行；,Q=K 系统处于平衡状态；,Q K 反应逆向进行。,例题1：定温定容下，GeO(g)与W2O6(g)反应生成GeWO4(g)：,3.2.3 计算平衡组成,若反应开始时，GeO和W2O6 的分压均为100.0kPa，平衡时 GeWO4(g)的分压为98.0kPa。求平衡时GeO和W2O6的分压以及反应的标准平衡常数。,

6、2GeO(g)+W2O6(g)2 GeWO4(g),p(W2O6)=100.0 kPa-kPa=51.0 kPa,p(GeO)=100.0 kPa-98.0 kPa=2.0kPa,解：2GeO(g)+W2O6(g)2 GeWO4(g),平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0-98.0,开始pB/kPa 100.0 100.0 0,变化pB/kPa-98.0-98.0,平衡转化率：,解：pV=nRT 因为T、V 不变，pnB,p0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPap0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa,反应开始时c0

7、(CO)=0.0350molL-1，c0(Cl2)=0.0270molL-1，c0(COCl2)=0。计算373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。,例题2：已知反应CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)在定温定容条件下进行,373K时K=1.5108。,开始cB/(molL-1)0.0350 0.0270 0开始pB/kPa 108.5 83.7 0转化量-(83.7-x)-(83.7-x)83.7-x平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x,解：设平衡时Cl2的分压为x CO(g)+Cl2(g)COCl2(g),平衡时:p(CO)=24.8kPa，p(Cl2)=2.3

8、 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa,假设 83.7-x 83.7，24.8+x 24.8。,因为K 很大，x很小，,例题3：某容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物，n(N2O4):n(NO2)=10.0:1.0。在308K，0.100MPa条件下，发生反应：,计算平衡时各物质的分压；,N2O4(g)2NO2(g)；K(308K)=0.315,解：反应在定温定压条件下进行。,平衡时pB/kPa,平衡时nB/mol 1.00-x 0.10+2x,开始时nB/mol 1.00 0.100,N2O4(g)2NO2(g),以1molN2O4为计算基准。n总=1.10+x,3.3

9、.1 浓度对化学平衡的影响,3.3 化学平衡的移动,3.3.3 温度对化学平衡的影响,3.3.2 压力对化学平衡的影响,化学平衡的移动：当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程。,3.3.1 浓度对化学平衡的影响,对于溶液中的化学反应，平衡时，Q=K,当c(反应物)增大或c(生成物)减小时,当c(反应物)减小或c(生成物)增大时,Q K 平衡向正向移动。,Q K 平衡向逆向移动。,(1)当c(Ag+)=1.00 10-2molL-1,c(Fe2+)=0.100 molL-1,c(Fe3+)=1.00 10-3molL-1时反应向哪一方向进行?(2)平衡时,Ag+,Fe

10、2+,Fe3+的浓度各为多少?,例题：25oC时，反应 Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)的K=3.2。,解：(1)计算反应商，判断反应方向,QK,反应正向进行。,开始cB/(molL-1)0.100 1.0010-2 1.0010-3 变化cB/(molL-1)-x-x x平衡cB/(molL-1)0.100-x 1.0010-2-x 1.0010-3+x,(2)Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s),c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.8410-2 molL-1c(Fe3+)=2.6 10-3molL-1,3.2x

11、21.352x2.210-3=0 x=1.610-3,3.3.2 压力对化学平衡的影响,如果保持温度、体积不变，增大反应物的分压或减小生成物的分压，使Q减小，导致Q K，平衡向逆向移动。,1.部分物种分压的变化,2.体积改变引起压力的变化,对于有气体参与的化学反应,aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g),对于气体分子数增加的反应，B(g)0，x B(g)1，QK，平衡向逆向移动，即向气体分子数减小的方向移动。,对于气体分子数减小的反应，B(g)0，x B(g)1，Q K，平衡向正向移动，即向气体分子数减小的方向移动。,对于反应前后气体分子数不变的反应，B(g)=0，x B(g)=1，Q=

12、K，平衡不移动。,在惰性气体存在下达到平衡后，再定温压缩,B(g)0，平衡向气体分子数减小的方向移动,B(g)=0，平衡不移动。,对定温定压下已达到平衡的反应，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，如果 B(g)0，平衡向气体分子数增大的方向移动。,对定温定容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物pB不变，J=K，平衡不移动。,3.惰性气体的影响,3.3.3 温度对化学平衡的影响,K(T)是温度的函数。温度变化引起K(T)的变化，导致化学平衡的移动。,对于放热反应，K，平衡向逆向移动。,对于吸热反应，0，温度升高，K 增大，J K，平衡向正向移动。,从热力学推导可得：,如果改变平衡系统的条件之一（浓度、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的方向移动。Le Chatelier原理只适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统。,1848年，法国科学家Le Chatelier 提出：,Le Chatelier 原理：,