第八章-化学平衡课件

广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学第八章 化学平衡8.1 化学反应的可逆性8.2 平衡常数8.3 标准平衡常数与自由能的关系8.4 化学平衡的移动广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.1 化学反应的可逆性可逆反应：在同一条件下可以正向进行，又可以逆向进行的反应。特征：反应物不能完全转化为产物（密闭体系），两个相反方向的反应同时进行。不可逆反应：爆炸反应、KClO3热分解反应广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学0.020.01广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学平衡状态：在一定条件下正、逆反应速率相等时体系所处的状态。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学化学平衡的特点1、在适宜的条件下，可逆反应可以达到平衡；2、平衡时，系统的组成不随时间而改变；3、化学平衡是动态平衡；4、平衡容易遭到破坏，当条件改变时，系统会从一种平衡状态移动到另一种平衡状态；5、系统的平衡组成与反应途径无关。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.2 平衡常数参看表 8-1、8-2，308-309页不管起始组成如何，平衡时 总是一个常数或平衡常数：广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学经验平衡常数从经验平衡常数 K 的表达式中可以看出，K 的单位是：moldm3(g+h)(a+b)或 Pa(g+h)(a+b)即为浓度或压力的某次幂。当 (g +h)=(a+b)时，K 无单位。对于气相反应，既有 Kc，也有 Kp，表达的是同一平衡态，但数值可以不同。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学Kc 和 Kp 的相互换算Kc 和 Kp 之间可以相互换算，相关的式子有：pV=nRT p=(n/V)RT pi=ciRT c 为浓度 广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学（1）平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。对于同一反应的不同方程式，K是不同的。（2）纯固体、纯液体和溶剂通常不出现在表达式中。（3）出现复相反应时，一般不标p、c（4）K是有单位的物理量（5）K与温度有关，其数值大小反映了反应程度的大小。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学如 CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Cr2O72 (aq)+H2O(l)2CrO4 2 (aq)+2H+(aq)H2O 为液相，不写入。固相不写入。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学平衡常数之间的关系 N2 +3 H2 2 NH3 1/2 N2 +3/2 H2 NH3 广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学平衡常数与化学反应的程度在其余条件相同的前提下，K 值越大，转化率越高，反应进行程度越高。参考p311例8-1广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学标准平衡常数由于 不一定等于0，所以K是有量纲的。不同反应的K量纲可能不同。这样就使得平衡常数之间进行比较变得困难。标准平衡常数：广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学对于溶液中的反应Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学标准平衡常数表达式广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学标准平衡常数表达式的特点（1）K是温度的函数，与浓度、分压无关。（2）标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。对于同一反应的不同方程式，K是不同的。（3）各物质均以其标准态为参考态。（4）K的量纲为1。（5）纯固体、纯液体和溶剂通常不出现在表达式中。（6）K越大，反应越完全，转化率也越大。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学标准平衡常数的实验测定恒温恒容下，已知反应 2SO2+O2 2SO3，起始时SO2为8mol，O2为4mol。起始和平衡时候的压力分别为300KPa和220KPa，求K。解：pV=nRTn2=8.8mol广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学标准平衡常数的应用1 判断反应的程度2 预测反应的方向3 计算平衡的组成 广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学判断反应的程度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。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学预测反应方向反应商对于一般的化学反应：aA(g)+bB(aq)+cC(s)xX(g)+yY(aq)+zZ(l)任意状态下:广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学反应商判据Q K 反应逆向进行。Kp、Kc与相应的Q相比较也可以判断反应方向，但必须注意K与Q的一致性广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学计算平衡组成开始组成、平衡组成、平衡常数我们只要知道三者中的两个，就可以推算出第三者。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.3 标准平衡常数与自由能的关系8.3.1 化学反应等温式8.3.2 fGm，rGm 和rGm 的关系广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.3.1 化学反应等温式rGm =rGm+RTlnQ意义：1、若已知某反应的rGm，则可以求出在其它浓度下的rGm。2、若体系处于平衡状态，rGm=0，同时 Q=K ，则rGm=-RTlnKrGm=-2.303RTlgK广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学3、4、非标准态下的两种判据：Q K 时，反应正向进行，rGm K 时，反应逆向进行，rGm 0 ；Q=K 时，反应达到平衡，rGm=0 。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.3.2 fGm，rGm和rGm的关系rGm =rGm+RTlnQP 318 广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学 CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)查表得 f Gm 值，计算出 rGm=130 kJmol1 求出K=1.6 1023 即 =1.6 1023 p =1.6 1023 1.013 10 5 Pa =1.6 1018 Pa这个数据的实际意义是什么？广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学8.4 化学平衡的移动平衡是很容易被破坏的。平衡是动态的，当正、逆反应速度不再相等时，平衡就会发生改变，直到正、逆反应速度再次相等，才建立新的平衡。这两个平衡间的变化称为化学平衡的移动。浓度对化学平衡的影响压强对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学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,Q K 平衡向逆向移动。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学结论：恒温恒容下，增加反应物的浓度，或减少生成物的浓度，平衡向生成物方向移动。为了提高转化率：1、加入过量反应物2、分离生成物广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学压强对化学平衡的影响1.部分物种分压的变化2.系统总压力发生变化3.惰性气体的影响广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学部分物种分压的变化如果保持温度、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。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学系统总压力发生变化对于有气体参与的化学反应 aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g)广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学 对于气体分子数增加的反应，B 0，x B 1，Q K，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 0，x B 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=0，x B=1，Q=K，平衡不移动。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学惰性气体的影响(1)在惰性气体存在下达到平衡后，再恒温压缩,B 0，平衡向气体分子数减小的方向移动,B=0，平衡不移动。(2)对恒温恒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，Q=K，平衡不移动。(3)对恒温恒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 0，平衡向气体分子数增大的方向移动。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学在某一设定温度下，有一定量的PCl5（g）在标准压力下为1dm3，该情况下PCl5（g）的离解度为50。用计算说明在下列几种情况下，PCl5的解离度是增大还是减小？（1）使总压力降低至体积为2dm3；（2）通入N2，使体积增加到2dm3，压力保持p；（3）通入N2，使压力变为2 p，而体积保持1 dm3；（4）通入Cl2，使压力增加到2 p，而体积保持1 dm3。广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学 PCl5 PCl3 Cl2 平衡时 a-x x x n总a+x 当50，x=0.5a，=0.33K=广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学解：(1)体积增加2倍广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学(2)保持压力，体积增加一倍，总摩尔数增加一倍。a+x+n(N2)=3a广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学(3)体积不变，压力升高，分压保持不变 50（4）增加产物 PCl5 PCl3 Cl2平衡时 a-x x b+x n总a+x+b=3a b+x=2a广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学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，Q K，平衡向正向移动。推导：p 321广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学Vant Hoff 方程式广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学Le Chatelier 原理 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：广西大学化学化工学院广西大学化学化工学院14-Jul-24无无 机机 化化 学学催化剂与化学平衡1.催化剂不能使化学平衡发生移动。催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡常数，也不改变反应商。催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。2.催化剂对正、逆反应的影响是相同的