第三章+化学平衡通论1课件

第第 三三 章章 化化 学学 平平 衡衡 通通 论论 H2(g)+I2(g)2HI(g)721 K和和101.3 kPa，等摩，等摩尔尔的的H2和和I2反反应，xHI=0.80可可逆逆反反应：化化学学反反应可可以以按按照照正正、逆逆两两个个不不同同的的方方向向进行行。有有的的化化学学反反应可可逆逆的的程度明程度明显，有的化学反，有的化学反应可逆的程度不明可逆的程度不明显。如：。如：Ba2+(aq)+SO42-(aq)BaSO4(s)1.可逆反应与化学平衡可逆反应与化学平衡2020年9月28日1一切可逆反一切可逆反应的共同特征：自的共同特征：自发地地趋向于化学平衡。向于化学平衡。平衡：各种物平衡：各种物质的的浓度不随度不随时间的的变化而化而变化。化。如如上上例例中中，721 K和和101.3 kPa，等等摩摩尔尔的的H2(g)和和I2(g)反反应，进行行到到一一定定程程度度（xHI=0.80）达达到到化化学学平平衡衡。在在平平衡衡状状态时，各各种种物物质的的浓度度叫叫平平衡衡浓度度。平平衡衡浓度一般用度一般用HI表示，起始表示，起始浓度一般用度一般用 CHI表示。表示。2020年9月28日2化学平衡的特征：化学平衡的特征：（a）动态平衡动态平衡从从宏宏观观看看，反反应应物物和和产产物物的的浓浓度度均均不不变变，但但从从微微观观角角度度看看，正正反反应应和和逆逆反反应应一一直在进行，只是直在进行，只是 v正正=v逆逆 化学反应达平衡的动力学标志化学反应达平衡的动力学标志tv0v正正v逆逆2020年9月28日3CO2CaOCaCO313CO2P相同相同打开活塞后，检测到打开活塞后，检测到Ca13CO3CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)2020年9月28日4（b）有条件的、暂时的平衡）有条件的、暂时的平衡 改改变变反反应应温温度度、压压强强、反反应应物物或或产产物物的的浓浓度度，化化学学平平衡衡会会发发生生移移动动，即即反反应应物和产物的平衡浓度会发生改变，达到一个新的平衡点物和产物的平衡浓度会发生改变，达到一个新的平衡点（c）平衡态的到达与化学反应从哪个方向开始无关。）平衡态的到达与化学反应从哪个方向开始无关。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)1 3 mol数数 2 T和和V总恒定总恒定 0.6 1.8 0.8最终到达同一个平衡点。最终到达同一个平衡点。2020年9月28日5 （d）本质上是两种对立的自发倾向之间的均衡）本质上是两种对立的自发倾向之间的均衡 H2(g)2H(g)熵增加推动的反应是：熵增加推动的反应是：H2(g)2H(g)能量降低推动的反应是：能量降低推动的反应是：2H(g)H2(g)热力学标志：热力学标志：G=0，即，即 H=T S P285/表表 T和和V总不变总不变2020年9月28日6 aA +bB cC +dD当当化化学学反反应应达达到到平平衡衡时时，各各反反应应物物和和生生成成物物的的浓浓度度保保持持恒恒定定，平平衡衡浓浓度度之之间间存存在在着着如下的定量关系：如下的定量关系：K：平衡常数，：平衡常数，仅是温度的函数仅是温度的函数 质量作用定律质量作用定律 或或 化学平衡定律化学平衡定律2.平衡常数平衡常数2020年9月28日7对某一反应而言，对某一反应而言，K只与反应温度有关（只与反应温度有关（T一定，一定，K一定），与反应物的起始浓度无关。一定），与反应物的起始浓度无关。K大，表示反应进行的程度大。大，表示反应进行的程度大。K小，表示反应进行的程度小。小，表示反应进行的程度小。K与方程式的写法有关：与方程式的写法有关：N2 +3H2 2NH3 1/2N2 +3/2H2 NH3 K=K1/2 2020年9月28日8逆反应，逆反应，2NH3 N2 +3H2K=1/KK 的表示要与方程式一致，并注明反应温度。的表示要与方程式一致，并注明反应温度。反反应应物物和和产产物物的的平平衡衡浓浓度度可可以以用用实实验验进进行行测测定定，K称称为为实实验验平平衡衡常常数数（或或经经验验平平衡常数）。衡常数）。从从热热力力学学函函数数通通过过计计算算也也可可以以得得到到反反应应的的平平衡衡常常数数，称称为为热热力力学学平平衡衡常常数数（或或标标准平衡常数），用准平衡常数），用Ka（或或K）表示，）表示，：不是热力学标准态，：不是热力学标准态，a：表示活度。：表示活度。2020年9月28日9 aA +bB cC +dDKa=K：有单位，：有单位，(molL-1)c+d (a+b)；当当 c+d=a+b时没有单位。时没有单位。Ka没有单位，因为活度没有单位，因为活度a没有单位。没有单位。a：平衡态时反应物和产物的活度，即平衡活度。：平衡态时反应物和产物的活度，即平衡活度。2020年9月28日10 aA +bB cC +dD GT=GT+RTlnQa vant Hoff等温式，等温式，Qa：反应商：反应商 平衡时，平衡时，GT=0，GT=-RTlnQa=-RTlnKa K只与反应温度有关（只与反应温度有关（T一定，一定，K一定）一定）R：8.314 J mol-1 K-1 2020年9月28日11 气相反应气相反应 例如：例如：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：(molL-1)-2 P：分压：分压 atm-2 kPa-2 mmHg-22020年9月28日12x：物质的量分数：物质的量分数Kx：没有单位：没有单位2020年9月28日13aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：2020年9月28日14KP、Kc、Kx之间的关系：之间的关系：KP=Kc(RT)n n=(c+d)(a+b)n=产物的化学计量系数产物的化学计量系数 反应物的化学计量系数反应物的化学计量系数 注意单位的匹配：注意单位的匹配：molL-1，Kc：(molL-1)(c+d)(a+b),T：K，R：8.314 kPaLmol-1K-1，P：kPa，KP：(kPa)(c+d)(a+b)R：0.08206 atmLmol-1K-1，P：atmKP：(atm)(c+d)(a+b)2020年9月28日15KP=Kx(P总总)n n=(c+d)(a+b)n=产物的化学计量系数产物的化学计量系数 反应物的化学计量系数反应物的化学计量系数 注意单位的匹配：注意单位的匹配：Kx没有单位，没有单位，KP的单位的单位：(P总总)n 2020年9月28日16例例1：光气是一种重要的化工原料。高温下光气按下式分解：光气是一种重要的化工原料。高温下光气按下式分解：COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)在在 900K一一体体积积恒恒定定的的容容器器中中，一一定定量量COCl2(g)的的初初始始压压强强为为101.3 kPa。该分解反应达平衡后测得体系的总压强为。该分解反应达平衡后测得体系的总压强为 189.6 kPa。计算该反应的平衡常数。计算该反应的平衡常数KP。注注意意：V总总、T不不变变，摩摩尔尔数数之之比比等等于于分分压压之之比比，因因此此，摩摩尔尔数数的的变变化化可可以以用用分分压压的变化来表示！的变化来表示！解：解：COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)初：初：101.3 0 0 转：转：x x x 平：平：101.3 x x x (101.3 x)+x +x=189.6 x=88.3 kPa Kp=(88.3)(88.3)/(101.3 88.3)=599 kPa2020年9月28日17例例2：已知反应：已知反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在在 673 K 的的Kc=0.507 (mol/L)-2,计算该反应的计算该反应的 Kp?解：解：Kp=KC(RT)n n=2 (3+1)=-2 Kp =0.507(0.08206 673)-2 =1.66 10-4 (atm)-2或者：或者：Kp=0.507(8.314 673)-2 =1.61 10-8(kPa)-2 2020年9月28日18 Kp=Kx(P总总)n 例例3：250 C 时时，PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，Kp=1.78 atm，当当总总压压强强为为 1.25 atm 时，时，Kx为多少？为多少？解：解：Kx=Kp(P总总)-n =1.78 atm (1.25atm)-(2-1)=1.424 2020年9月28日19 aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)Ka=热力学平衡常数与实验平衡常数之间的关系热力学平衡常数与实验平衡常数之间的关系对对于于气气体体，如如果果是是理理想想气气体体，a=P/P，P是是标标准准压压强强，为为方方便便起起见见，P取取1 atm，a=P，P是分压（必须以是分压（必须以atm为单位）为单位）2020年9月28日20Ka=KP=当当P取取atm为单位时，为单位时，Ka(KP)=KP GT=-RTlnKa(a)298.15 K G298.15=ni Gf(产物产物i)-nj Gf(反应物反应物j)或：或：G298.15=H 298.15S(b)其它温度，其它温度，T 298.15 K GT=H TS2020年9月28日21 气固相反应气固相反应 NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：KP=PNH3 PHCl Kc=NH3 HClKx=xNH3 xHCl纯固体不出现在平衡常数的表达式中纯固体不出现在平衡常数的表达式中KP=Kc(RT)n KP=Kx(P总总)n n=气气相相产产物物的的化化学学计计量量系系数数 气气相相反反应应物物的的化化学学计计量量系系数数。上上例例中中，n=2 要注意单位的匹配！要注意单位的匹配！2020年9月28日22热力学平衡常数（标准平衡常数）：热力学平衡常数（标准平衡常数）：Ka=KP=aNH3 aHCl 纯纯固体的活度固体的活度=1，所以纯固体不出现在平衡，所以纯固体不出现在平衡常数的表达式中常数的表达式中对对于于气气体体，如如果果是是理理想想气气体体，a=P/P，P是是标标准准压压强强，为为方方便便起起见见，P取取1 atm，a=P，P是分压（必须以是分压（必须以atm为单位）为单位）当当P取取atm为单位时，为单位时，Ka(KP)=KP GT=-RTlnKa 2020年9月28日23 气液相反应气液相反应 aA(g)+bB(l)cC(g)+dD(l)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：KP=PCc/PAaKc=Cc/AaKx=xCc/xAa纯液体不出现在平衡常数的表达式中纯液体不出现在平衡常数的表达式中KP=Kc(RT)n KP=Kx(P总总)n n=气相产物的化学计量系数气相产物的化学计量系数 气相反应物的化学计量系数。气相反应物的化学计量系数。上例中，上例中，n=c a 要注意单位的匹配！要注意单位的匹配！2020年9月28日24热力学平衡常数（标准平衡常数）：热力学平衡常数（标准平衡常数）：Ka=KP=aCc/aAa 纯纯液体的活度液体的活度=1，所以纯液体不出现在平衡常，所以纯液体不出现在平衡常数的表达式中数的表达式中对对于于气气体体，如如果果是是理理想想气气体体，a=P/P，P是是标标准准压压强强，为为方方便便起起见见，P取取1 atm，a=P，P是分压（必须以是分压（必须以atm为单位）为单位）当当P取取atm为单位时，为单位时，Ka(KP)=KP GT=-RTlnKa 2020年9月28日25 溶液反应溶液反应 aA(aq)+bB(aq)cC(aq)+dD(aq)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：热力学平衡常数：热力学平衡常数：Ka=Kc=2020年9月28日26对对于于稀稀溶溶液液，如如果果是是理理想想溶溶液液，a=c/c，c是是溶溶质质的的标标准准参参比比浓浓度度，c取取1 molL-1，a=c（c以以molL-1为单位）为单位）当当c取取molL-1为单位时，为单位时，Ka(Kc)=Kc GT=-RTlnKa 2020年9月28日27 复杂反应复杂反应2Cl2(g)+2HgO(s)+H2O(l)HgOHgCl2(s)+2HOCl(aq)实验平衡常数（经验平衡常数）：实验平衡常数（经验平衡常数）：K=HOCl2/PCl22纯液体和纯固体不出现在平衡常数的表达式中纯液体和纯固体不出现在平衡常数的表达式中热力学平衡常数：热力学平衡常数：Ka=aHOCl2/aCl22纯液体和纯固体的活度为纯液体和纯固体的活度为1，所以纯液体和纯固体不出现在平衡常数的表达式中，所以纯液体和纯固体不出现在平衡常数的表达式中2020年9月28日28对于气体，对于气体，P以以atm为单位；对于溶液，为单位；对于溶液，c以以molL-1为单位为单位Ka=K 对于气体，如果是理想气体，对于气体，如果是理想气体，a=P(P以以atm为单位为单位)对于稀溶液，如果是理想溶液，对于稀溶液，如果是理想溶液，a=c(c以以molL-1为单位为单位)P.292 改错：改错：Kc(P/RT)改为改为 Kc(RT/P)GT=-RTlnKa 2020年9月28日29 aA +bB cC +dD GT=GT+RTlnQa vant Hoff等温式，等温式，Qa：反应商：反应商 3.平衡常数和自由能的变化平衡常数和自由能的变化 GT=GT+RTlnQa =-RTlnKa +RTlnQa =RTln(Qa/Ka)2020年9月28日30Qa Ka，GT Ka，GT 0 反应从右向左自发进行反应从右向左自发进行Qa=Ka，GT =0 反应处于平衡状态反应处于平衡状态 GT 决定反应的方向决定反应的方向 GT决定反应的程度决定反应的程度 2020年9月28日31 例例4 反应：反应：H2(g)+I2(g)2HI(g)699 K的的KP=55.3。699 K，当，当 PHI =0.7 atm,PH2=PI2=0.2 atm 时，是否有时，是否有净反应净反应发生？发生？G699=G699+RTlnQa =RTlnKP +RTlnQa=RTln(Qa/KP)有净反应发生，反应向生成有净反应发生，反应向生成 HI 的方向自发进行！的方向自发进行！G699 02020年9月28日32例例5：BaCl2H2O(s)BaCl2(s)+H2O(g)已知该反应的已知该反应的 G298.15=19.50 kJ/mol。计算计算 25 C 时水的平衡蒸气压？时水的平衡蒸气压？GT=RTlnKa=RTlnKP25 C 时水的平衡蒸气压为时水的平衡蒸气压为3.833 10 4 atm 2020年9月28日33例例6：已知：已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应的，反应的 G298.15=-33 kJ/mol，求：，求：298.15 K时时KP和和Kc（KP分别以分别以atm、kPa、torr为单位）为单位）GT=RTlnKa=RTlnKP当当P以以atm为单位时，为单位时，KP=KP=6.05 105(atm 2)2020年9月28日34 n =产物的化学计量系数产物的化学计量系数 反应物的反应物的化学计量系数化学计量系数 P=101.3 kPa，P以以kPa为单位为单位KP=KP(P)n=6.05 105(101.3)2=59.0(kPa)2P=760 torr，P以以torr为单位为单位KP=KP(P)n=6.05 105(760)2=1.05 torr 2 Kp=KC(RT)n KC=KP(RT)n =6.05 105(0.08206 298.15)2=3.62 108(mol/L)22020年9月28日35拓展：对于气固相反应或气液相反应拓展：对于气固相反应或气液相反应 n =气态产物的化学计量系数气态产物的化学计量系数 气态反应物的气态反应物的化学计量系数化学计量系数 GT=RTlnKa=RTlnKP2020年9月28日36谢谢您的指导THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！汇报人：云博图文日期：20XX年10月10日2020年9月28日37