无机化学化学平衡课件

2024/6/28课件1第第3章章化学平衡化学平衡（Chemical Equilibrium）n一一.化学反应的可逆性（化学反应的可逆性（Reversibility）和和可逆反应可逆反应（Reversiblereactions）n绝大多数化学反应绝大多数化学反应都有一定都有一定可逆性：可逆性：例如例如:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(水煤气水煤气)可逆性显著可逆性显著N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可逆性显著可逆性显著Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)可逆程度小可逆程度小n只有极少数反应是只有极少数反应是“不可逆的不可逆的”（单向反应）（单向反应）：例如：例如：2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)可可逆逆反反应应在在同同一一条条件件（温温度度、压压力力、浓浓度度等等）下下，能同时向两个相反方向进行的反应。能同时向两个相反方向进行的反应。无机化学无机化学“可逆反应可逆反应”热力学热力学“可逆过程可逆过程”（无机化学（无机化学“可逆反应可逆反应”多多数数为为热力学热力学“不可逆过程不可逆过程”）2023/7/29课件1第3章 化学平衡（Chemica2024/6/28课件2二、化学平衡的概念n（一一）定定义义可可逆逆反反应应在在一一定定条条件件下下，正正反反应应速速率率等等于于逆逆反反应应速速率率时时，反反应应体体系系所所处处的的状状态态，称称为为“化化学学平平衡衡”。n例例1：H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g)2023/7/29课件2二、化学平衡的概念（一）定义可逆反2024/6/28课件3H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g)2023/7/29课件3H2O(g)+CO(g)2024/6/28课件4二、化学平衡的概念（续）n例例2：N2O4(g)2NO2(g)无色无色红棕色红棕色n在在373K恒恒温温槽槽中中反反应应一一段段时时间间后后，反反应应混混合合物物颜颜色色不不再再变变化化，显示已达显示已达平衡平衡，测得平衡时，测得平衡时N2O4、NO2浓度（见下表）。浓度（见下表）。次序次序起始浓度起始浓度浓度变化浓度变化平衡浓度平衡浓度NONO2 2 2 2/N/N2 2O O4 4 /mol /moldmdm-3 -3 /mol/moldmdm-3 -3 /mol/moldmdm-3-31从反应从反应N N2 2O O4 4 0.100 -0.060 0.0400.100 -0.060 0.040 0.360.36物开始物开始NONO2 2 0 +0.120 0.1200 +0.120 0.120 2从产物从产物N N2 2O O4 4 0 +0.014 0.0140 +0.014 0.014 0.370.37开始开始NONO2 2 0.100 -0.028 0.0720.100 -0.028 0.072 3从反应混从反应混N N2 2O O4 4 0.100 -0.030 0.0720.100 -0.030 0.072 0.370.37合物开始合物开始NONO2 2 0.100 +0.060 0.160 0.100 +0.060 0.160 2023/7/29课件4二、化学平衡的概念（续）例2：N2O2024/6/28课件5二、化学平衡的概念（续）n平衡时平衡时NO22/N2O4不变，不变，即达到一个即达到一个“常数常数”称为称为“平衡常数平衡常数”（K）。）。N2O4(g)2NO2(g)K=NO22/N2O4=0.37（373K）（二）平衡常数（二）平衡常数（Equilibriumconstants）1.定定义义：在在一一定定温温度度下下，可可逆逆反反应应达达到到平平衡衡时时，产产物物浓浓度度的的方方程程式式计计量量系系数数次次方方的的乘乘积积与与反反应应物物浓浓度度计计量量系系数数次方的乘积之比次方的乘积之比，为一常数，称为，为一常数，称为“平衡常数平衡常数”。符号：符号：K。这一规律称为。这一规律称为“化学平衡定律化学平衡定律”。2023/7/29课件5二、化学平衡的概念（续）平衡时 N2024/6/28课件6（二）平衡常数（续）（二）平衡常数（续）n2.平衡常数的意义平衡常数的意义n表表示示在在一一定定条条件件下下，可可逆逆反反应应所所能能进进行的行的极限极限。nK，正反应彻底，正反应彻底。n通常：通常：K 107，正反应单向，正反应单向nK Krn逆反应自发进行，平衡向逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加气体分子总数增加的的方向移动，以方向移动，以消除总压力降低的影响消除总压力降低的影响。2023/7/29课件393-3化学平衡的移动（续）2.降2024/6/28课件403-3化学平衡的移动（续）n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n把把vantHoff等等温温式式与与吉吉布布斯斯一一赫赫姆姆霍霍兹兹方程方程结合来讨论。结合来讨论。n封封闭闭体体系系，热热力力学学平平衡衡常常数数Kr（或或K）只是只是温度温度T 的函数。的函数。n推导推导Kr与与T 的关系的关系:2023/7/29课件403-3化学平衡的移动（续）三、温度2024/6/28课件413-3化学平衡的移动（续）n由由标态标态下下vantHoff等温式等温式G=-RT lnKr(封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等温、不做非体积功)n标态标态下吉一赫方程为：下吉一赫方程为：G=H-TS(封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等温、不做非体积功)n代入上式代入上式得，得，nH-TS=-RTlnKrlnKr=(-H/RT)+(S/R)（3-10）（3-10）式称为）式称为vantHoff方程方程.2023/7/29课件413-3化学平衡的移动（续）由标态下2024/6/28课件423-3化学平衡的移动（续）nT 不大，无相变：不大，无相变：HT H298,ST S298 lnK1r=(-H/RT1)+(S/R)（1）lnK2r=(-H/RT2)+(S/R)（2）（2）-（1）：）：ln(K2r/K1r)=(H/R)(T2-T1)/(T2T1)(3-11)2023/7/29课件423-3化学平衡的移动（续）T 不2024/6/28课件433-3化学平衡的移动（续）ln（K2r/K1r）=(H/R)(T2-T1)/(T2T1)H 0吸热吸热,T2 T1:K2r K1rH 0放热放热,T2 T1:K2r K1rn温度温度（T2 T1），平衡向，平衡向吸热吸热反应方向反应方向移动，且移动，且Kr 改变：改变：正反应正反应吸热吸热：K2r K1r；正反应正反应放热放热：K2r K1r.n温度温度（T2 T1），平衡向，平衡向放热放热反应方向反应方向移动，且移动，且Kr 改变：改变：正反应正反应放热放热：K2r K1r；正反应正反应吸热吸热：K2r K1r.2023/7/29课件433-3化学平衡的移动（续）ln（K2024/6/28课件443-3 化学平衡的移（续）例：例：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)H=-92.2kJ.mol-1(放热放热)T1=298K，Kp1=6.2105T2=473K，Kp2=6.210-1T3=673K，Kp3=6.010-4即：即：T ，平衡向，平衡向吸热吸热反应（逆反应）的方反应（逆反应）的方向移动，且向移动，且K。或：或：T ，平衡向，平衡向放热放热反应（正反应）的方反应（正反应）的方向移动，且向移动，且K；2023/7/29课件443-3 化学平衡的移（续）例：N22024/6/28课件453-3 化学平衡的移动（续）求求H和和S值值:n由（由（3-10）式）式（教科书（教科书P.63，4-23式）式）:lgKr=(-H/2.303RT)+(S/2.303R)在不同温度（在不同温度（T）下测定）下测定Kr数值，数值，作出作出lgKr(1/T)图图（教科书（教科书P.63，图，图4-1）。斜率斜率：(-H/2.303R)截距截距：(S/2.303R)可求出热力学函数可求出热力学函数H和和S值。值。2023/7/29课件453-3 化学平衡的移动（续）求H2024/6/28课件463-3 化学平衡的移动（续）n一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响n提高物反应物提高物反应物浓度浓度，平衡向平衡向正反应正反应方向移方向移，但但 Kr不变不变。n二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响提高提高总压力总压力，平衡向，平衡向气体分子总数减小的反应气体分子总数减小的反应方向移动方向移动，但但Kr不变不变。n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n温度温度，平衡向，平衡向吸热吸热反应方向移动，反应方向移动，且且K r改变改变。2023/7/29课件463-3 化学平衡的移动（续）一、浓2024/6/28课件473-3 化学平衡的移动（续）n小小结结：浓浓度度、压压力力、温温度度对对平平衡衡的的影影响响Le-ChateliersPrinciple（勒勒一夏特里原理）一夏特里原理）。对于已达平衡的体系，若对于已达平衡的体系，若改变平改变平衡体系的条件衡体系的条件（浓度、压力、温度）（浓度、压力、温度）之一，之一，平衡将向解除这一改变的方平衡将向解除这一改变的方向移动向移动。2023/7/29课件473-3 化学平衡的移动（续）小结：2024/6/28课件48四、催化剂n 使使用用（正正）催催化化剂剂能能同同等等程程度度地地提提高高正正、逆逆反反应应的的速速率率，缩缩短短达达到到平平衡衡所所需需时时间间，但但不不能能使使平平衡衡移移动动，也也不不会会改改变变平平衡衡常常数数值值。2023/7/29课件48四、催化剂 使用（正）催2024/6/28课件49第第3章作业章作业n教材教材p.6567:n5,6,8,11,13,15,16,24n第第15题补充数据：题补充数据：nSO2Cl2(l):fGm=-313.5kJmol-1fHm=-388.74kJmol-12023/7/29课件49第3章作业教材p.65 67