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1、第三章化學(xué)平衡第一節(jié) 可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)第三節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與摩爾 第四節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用第五節(jié) 化學(xué)平衡的移動(dòng)吉布斯函數(shù)變的關(guān)系第一節(jié)可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡一、可逆反應(yīng)二、化學(xué)平衡一、可逆反應(yīng) 有些化學(xué)反應(yīng)幾乎能進(jìn)行到底，反應(yīng)物基本上能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這些幾乎進(jìn)行到底的反應(yīng)稱為不可逆反應(yīng)。 實(shí)際上，大多數(shù)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，只有一部分反應(yīng)物能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這種在同一條件下能同時(shí)向兩個(gè)相反方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。為了表示反應(yīng)的可逆性，在化學(xué)方程式中用“ ”代替“ ”或“ ”。 在可逆反應(yīng)中，把從左向右進(jìn)行的反應(yīng)稱為正反應(yīng)，從右向左進(jìn)行的反應(yīng)稱為逆反應(yīng)。 二、化學(xué)平衡 在
2、可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)的反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)的反應(yīng)速率時(shí)系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為化學(xué)平衡。化學(xué)平衡具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)： （1）正反應(yīng)的反應(yīng)速率和逆反應(yīng)的反應(yīng)速率相等是建立化學(xué)平衡的條件。 （2）化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)進(jìn)行的最大限度反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度都不再隨時(shí)間變化，這是建立化學(xué)平衡的標(biāo)志。 （3）化學(xué)平衡是相對(duì)的和有條件的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)外界條件改變時(shí)，原來(lái)的化學(xué)平衡被破壞，直至在新條件下又建立起新的化學(xué)平衡。第二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 對(duì)于任意可逆反應(yīng)： BB0BBB,eqB()adefK在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物的活度都不再隨時(shí)間變化，它們的平衡活度之間存在如下定量關(guān)系： 書(shū)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式應(yīng)注意
3、以下兩點(diǎn)： （1）若B 為固體、純液體或稀溶液中的溶劑則 ；若B為氣體,則 ；若B為稀溶液中的溶質(zhì)，則 。 （2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式和數(shù)值與化學(xué)反應(yīng)方程式有關(guān)，同一可逆反應(yīng)，如果用不同的化學(xué)方程式來(lái)表示，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式和數(shù)值不同。 例題B,eqB,eq/appB,eq=1aB,eqB,eq/acc，例3-1 寫(xiě)出下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：（1）N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)（2）Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2Fe2+(aq)（3）ZnS(s) + 2H3O+(aq) Zn2+(aq) + H2S(g) + 2H2O(l)解：上述反應(yīng)的
4、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式分別為： 2eq33eq2eq2(NH )/(1)(N )/ (H )/ppKpppp4+2+2eqeq2+3+2eqeq(Sn)/ (Fe )/(2)(Sn)/ (Fe )/ccccKcccc2+eqeq2+2eq3(Zn)/ (H S)/(3)(H O )/ccppKcc 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。只要知道某溫度下平衡時(shí)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度或分壓力，就能計(jì)算出反應(yīng)的平衡常數(shù)。通常是測(cè)定反應(yīng)物的起始濃度或分壓力及平衡時(shí)任一反應(yīng)物或產(chǎn)物的濃度或分壓力，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式推算出其他反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡濃度或平衡分壓力，計(jì)算出反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。例題例3-2 1133 K 時(shí)，將
5、 CO 和 H2 充入一密閉容器中，發(fā)生下列反應(yīng)： CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)已知 CO 和 H2 的初始分壓力分別為 101.0 kPa 和 203.0 kPa，平衡時(shí) CH4 的分壓力為 13.2 kPa。假定沒(méi)有其他化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，計(jì)算該反應(yīng)在1133 K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。解：在等溫等容下，由理想氣體狀態(tài)方程： pV = nRT可知各種氣體的分壓力正比于各自的物質(zhì)的量，因此各種氣體的分壓力變化關(guān)系也是由化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)決定的。由化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡分壓力分別為： peq(H2O) = peq(CH4) = 13.2 kPa peq
6、(CO) = p0(CO)peq(CH4) = 101.0 kPa13.2 kPa = 87.8 kPa peq(H2)=p0(H2)3peq(CH4) = 203.0 kPa313.2 kPa = 163.4 kPa1133 K 時(shí)，該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為： eq4eq23eqeq2(CH )/ (H O)/(CO)/ (H )/ppppKpppp330.132 0.1324.55 100.878 (1.634)第三節(jié)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與摩爾吉布斯函數(shù)變的關(guān)系 對(duì)于任意化學(xué)反應(yīng) 0 ，溫度T 時(shí)：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)， ，則：由以上兩式可得：rm( )=lnlnGTRTKRTJ-+例題BBrmrm
7、( )=( ) lnGTGTRTJ+rmlnGRTK-rm( )0G TJ K ， =B例3-3 298.15 K 時(shí)，SO2(g) ， SO3(g) 的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為 -300.19 kJmol-1和 -371.06 kJmol1。計(jì)算該溫度下下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。解：298.15 K 時(shí),反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變?yōu)?rmfm3fm2fm21(SO ,g)(SO ,g)(O ,g)2GGGG 11111371.06kJ mol( 300.19kJ mol )0 kJ mol270.87kJ mol 2231SO (g) + O (g) SO (g)2 298.15 K 時(shí)，
8、反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為：rm311112ln70.87 10 J mol8.314J molK298.15K28.592.6 10GKRTK 第四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用一、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度二、預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向三、計(jì)算平衡組成一、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度 當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物已經(jīng)達(dá)到了最大限度。若反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)很大，則平衡時(shí)產(chǎn)物的活度比反應(yīng)物的活度要大得多，說(shuō)明反應(yīng)物已大部分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)進(jìn)行比較完全。若反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)很小，則平衡時(shí)產(chǎn)物的活度比反應(yīng)物的活度要小得多，說(shuō)明反應(yīng)物只有一小部分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)進(jìn)行程度很小。 可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度也常用平衡轉(zhuǎn)化率來(lái)表示。反應(yīng)物 A 的平衡
9、轉(zhuǎn)化率定義為： 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。在通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)越大，反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率也越大。AaA,0A,eqA,0nnndef二、預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向 在一定溫度下，比較標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與反應(yīng)商的相對(duì)大小，就能預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向。 當(dāng) 時(shí)，化學(xué)反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行； 例題KJKJKJ當(dāng) 時(shí)，化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)； 當(dāng) 時(shí)，化學(xué)反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。例3-4 已知 298.15 K 時(shí)，可逆反應(yīng)：Pb2+(aq) + Sn(s) Pb(s) + Sn2+(aq)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) ，若反應(yīng)分別從下列情況開(kāi)始，試判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向。 （1）Pb2+和Sn2+的濃度均為 0.10 mol
10、L-1； （2）Pb2+的濃度為 0.10 molL-1，Sn2+ 的濃度為 1.0 molL-1。解：（1）反應(yīng)商為：2+12+1111(Sn)/(Pb )/0.10mol L /1mol L1.00.10mol L /1mol LccJcc2.2K由于 因此在 298.15 K 時(shí)反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。 （2）反應(yīng)商為：由于 因此在298.15 K 時(shí)反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。 1,KJ112111.0mol L /1mol L100.10mol L /1mol LJ2,KJ三、計(jì)算平衡組成 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)確定了平衡系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度或分壓力之間的關(guān)系。因此，可利用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)物和產(chǎn)物的平
11、衡濃度或平衡分壓力。例題例3-5 在 1000 時(shí)，下列反應(yīng)：FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 如果在 CO 的分壓力為6000 kPa 的密閉容器加入足量的 FeO，計(jì)算CO和CO2 的平衡分壓。解： FeO(s) + CO(g) Fe(s)+CO2(g) p0/kPa 6000 0 + x peq/kPa 6000-x x0.5,K/kPapx 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式為：將平衡分壓力和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)數(shù)值代入上式得： CO 和 CO2 的平衡分壓力分別為： eq2eq(CO )/(CO)/ppKppkPa/100kPa0.5(6000)kPa/100k
12、Pa2000 xxxeqeq2(CO)(6000)kPa(60002000)kPa 4000kPa(CO )kPa2000kPapxpx第五節(jié)化學(xué)平衡的移動(dòng) 一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響 二、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響 三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響 對(duì)于稀溶液中進(jìn)行的可逆反應(yīng) ， 在等溫等壓下達(dá)到平衡時(shí)： 當(dāng)增大反應(yīng)物濃度或減小產(chǎn)物濃度時(shí)，反應(yīng)商減小，則 ，可逆反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)商逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)商增大到等于標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)時(shí)，系統(tǒng)又建立了新的平衡狀態(tài)。顯然達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)物的濃度比原平衡狀態(tài)時(shí)增大了，化學(xué)平衡正向移動(dòng)。B0B(aq)BB,eq(/)vJccKBKJB 同理，當(dāng)減小
13、反應(yīng)物的濃度或增大產(chǎn)物濃度時(shí)，反應(yīng)商增大，使 ，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)商逐漸減小，直至反應(yīng)商重新等于標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)時(shí)，又建立起新的化學(xué)平衡。 濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響可歸納如下：在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物濃度或減小產(chǎn)物濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大產(chǎn)物濃度或減小反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。KJ二、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響 對(duì)氣相可逆反應(yīng) ，在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)：B0B(g)B(g)B,eq(/)vJppKBB（一）反應(yīng)物或產(chǎn)物分壓的變化 在等溫等容條件下，改變平衡系統(tǒng)中任何一種反應(yīng)物或產(chǎn)物的分壓力，必然使 ，導(dǎo)致化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)增大反應(yīng)物的分壓力或減小產(chǎn)物的分壓力時(shí)，反
14、應(yīng)商減小，使 ，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。 同理，當(dāng)減小反應(yīng)物的分壓力或增大產(chǎn)物的分壓力時(shí)，反應(yīng)商增大，使 ，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。KJKJKJ 氣體分壓力的改變對(duì)化學(xué)平衡的影響可歸納如下：在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物的分壓力或減小產(chǎn)物的分壓力，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大產(chǎn)物的分壓力或減小反應(yīng)物的分壓力，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。（二）體積改變引起壓力的變化 在等溫條件下，將系統(tǒng)的體積壓縮到原來(lái)的 ，系統(tǒng)的總壓力就增大到為原來(lái)的N 倍，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓力增大到為原來(lái)的N 倍，B的分壓力由 增大到 。此時(shí)反應(yīng)商為：1/ (1)N NB,eqpB,eqNpB(g)NKB(g)=NJ
15、B,eq(/pp Bg)B 若 ，則 ，表明縮小體積增大壓力時(shí)，化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)。 若 ，則 ，表明縮小體積增大壓力時(shí)，化學(xué)平衡向正反應(yīng)（氣體分子總數(shù)減少）方向移動(dòng)。 若 ，則 ，表明縮小體積增大壓力時(shí)，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)（氣體分子總數(shù)減少）方向移動(dòng)。B(g)=1, =NJKB(g)01, NJKB(g)1, NJK(g)0BB(g)0vB(g)0v 改變反應(yīng)系統(tǒng)的體積引起總壓力的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響歸納如下：在一定溫度下，縮小反應(yīng)系統(tǒng)的體積，總壓力增大，化學(xué)平衡向氣體分子總數(shù)減小的方向移動(dòng)；增大反應(yīng)系統(tǒng)的體積，總壓力減小，化學(xué)平衡向氣體分子總數(shù)增大的方向移動(dòng)；對(duì)于 的反應(yīng)，當(dāng)體積變化而改變總
16、壓力時(shí)，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)。B(g)0B（三）惰性氣體的影響 （1）在溫度和總壓力不變條件下加入惰性氣體：當(dāng)可逆反應(yīng)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，加入惰性氣體，為了保持總壓力不變，系統(tǒng)的體積相應(yīng)增大。在這種情況下，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓力降低的程度相同。若 ，則 ，化學(xué)平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。 （2）在溫度和體積不變條件下加入惰性氣體：可逆反應(yīng)在等溫等容下達(dá)到平衡后，加入惰性氣體，系統(tǒng)的總壓力增大，但反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓力不變， ，化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)。B(g)0vJKJKB三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 們之間的關(guān)系為： 上式對(duì) T 微分得： 對(duì)于吸熱反應(yīng)， ，則 ， 當(dāng)溫度升高 時(shí)， 增大( )，
17、使 ，化學(xué)平衡向正反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）方向移 動(dòng)； 當(dāng)溫度降低 時(shí)， 減小( ）使 ，化學(xué)平衡向逆反應(yīng) (放熱反應(yīng)）方向 移動(dòng)。rmrmln(/)(/)KSRHRT 2rmdln/d/KTHRT dln/d 0KT(d0)T(d0)Tdln0Kdln0Krm0HKKJKKJ可逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，它， 對(duì)于放熱反應(yīng)， ，則 ，當(dāng)溫度升高時(shí)， 減小，使 ，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）方向移動(dòng)；當(dāng)溫度降低時(shí)，增大，使 ，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響可歸納如下：在其他條件一定時(shí)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。 將上式進(jìn)行定積分
18、，可得： 例題KJdln/d 0KTKJKKrm0H2rm2111 2()()ln( )KTHTTKTRTT（放熱反應(yīng)）例3-6 已知 1048 K 時(shí)，CaCO3 的分解壓力為14.59 kPa，分解反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?yōu)?109.32kJmol-1。計(jì)算 1128 K 時(shí) CaCO3 的分解壓力。解：CaCO3 分解反應(yīng)為： CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 1048 K 時(shí)，CaCO3 分解反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為：eq2(CO )14.59kPa(1048K)0.146100kPapKp 1128 K 時(shí) CaCO3 分解反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為： 1128 K 時(shí) CaCO3 分解壓力為： rm211 23111()ln(1128K)ln(1048K)109.32 10 J mol(1128K 1048K)8.314 J molK1048K 1128Kln0.1461.03HTTKKRTT eq2(CO )(1128K)100kPa0.35735.7kPapp K(1128K)0.357K
高中化學(xué) 第3章 化學(xué)平衡課件
