中国农业大学赵士铎版普通化学课件2

普通化学2001-2004第二章化学平衡2化学平衡化学反应进行的限度化学平衡原理及其计算化学平衡的移动——李·查德理原理9:31:21普通化学2001-20042化学平衡2.1标准平衡常数2.1.1化学平衡状态2.1.2标准平衡常数2.1.3反应商判据2.2多重平衡系统2.3化学平衡的移动2.3.1浓度的影响2.3.2压力的影响2.3.3温度的影响2化学平衡9:31:21普通化学2001-2004化学平衡状态可逆反应在同一条件下，既能正向进行，又能逆向进行的化学反应化学平衡状态在一定条件下，可逆反应处于正、逆反应速度相等时的状态2化学平衡2.1标准平衡常数v正v逆v正=v逆9:31:21普通化学2001-2004化学平衡状态化学平衡的特征化学平衡是有条件的；平衡状态是一定条件下反应所能进行到的最大限度；是一种动态平衡；平衡组成与达到平衡的途径无关。2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004化学平衡状态例：水煤气反应：CO2+H2==CO+H2O；T=1473KM起始M平衡cCO2cH2cCOcH2O[CO2][H2][CO][H2O]1、0.010.01000.0040.0040.0060.0062、0.010.02000.00220.01220.0780.0783、0.010.010.0100.00410.00410.00690.00594、000.020.020.00820.00820.01180.0118平衡时:[CO2].[H2]/[CO].[H2O]值为:1、2.25；2、2.27；3、2.42；4、2.072化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004根据化学反应等温式ΔrGm(T)=ΔrGmΘ(T)+RTlnQ，必有=0标准平衡常数，系统达到平衡时eq标准平衡常数令：ΚΘ=Qeq——反应的标准平衡常数或热力学平衡常数标准平衡常数的物理意义KΘ值的大小表示了反应完成趋势的高低。KΘ越大，达到化学平衡时反应正向(向右)完成的越彻底。标准平衡常数的性质KΘ是温度的函数，不随浓度(分压)而变化。2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004标准平衡常数ΔrGｍΘ(T)与ΚΘ的关系ΔrGｍΘ(T)=-RTlnKΘΔrGｍ(T)=-RTlnΚΘ+RTlnQ标准平衡常数表达式对反应0=BB(g)ΚΘ=[peq(B)/pΘ]B对反应0=BB(aq)ΚΘ=[ceq(B)/cΘ]B2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004标准平衡常数注意事项：KΘ的SI单位为1；书写任何平衡常数表达式，都必须与相应的方程式对应；若反应中有纯固体或纯液体，或在稀水溶液中发生的反应，则固体、液体以及溶剂水都不在KΘ表达式中出现。标准平衡常数ΚΘ与反应商Q在形式上完全相同，但ΚΘ中的各组分必须是平衡浓度（或平衡分压）。2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题例1：写出反应Fe(s)+2H+(aq)=Fe2+(aq)+H2(g)的标准平衡常数表达式。解：{}{}{}2)/(H)/(H)/(Feeq2eq2eqccppccK++=·或ppccccK///)(H)(Fe)(H2eqeqeq2··22化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题例2：673K时，反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的K1Θ=6.2×10-4，求反应NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g)的K2Θ。解：3231][][][ppppppK)/(H)/(N)/(NH2eq2eqeq=40)(211==-K如0=BB的平衡常数为KΘ，则0=n(BB)的平衡常数为(KΘ)n][][][323212ppppppK)/(NH)/(H)/(Neq2eq2eq=2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)K1Θ=Π[peq(B)/pΘ]BB=-1-3+2=-21/3N2(g)+H2(g)=2/3NH3(g)K2Θ=Π[peq(B)/pΘ]BB=-(1/3)-1+2/3=-(2/3)因此:K2Θ=[K1Θ]1/3,n=1/3NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g)K3Θ=Π[peq(B)/pΘ]BB=-1+1/2+3/2=1因此:K3Θ=[K1Θ]-(1/2),n=-(1/2)2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题例3：反应CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)在恒温恒容条件下进行。已知373K时K=1.5108。反应开始时c0(CO)=0.0350mol·L-1,c0(Cl2)=0.0270mol·L-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。2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题解1：设平衡时ceq(CO)=xmol·L-1CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)开始c0/(mol·L-1)0.03500.02700平衡peq/kPa3101x3101x-24.81108.5-3101x？能否将平衡浓度带入标准平衡常数表达式p=(n/V)RT=cRT变化Δc/(mol·L-1)平衡ceq/(mol·L-1)(0.0350-x)(0.0350-x)x-0.0080(0.0350-x)0.0350-x])(Cl][(CO)[)(COCl2eqeq2eqppppppK///x8105.1100])81.243101][(1003101[10031015.108///xxx2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题解2：设平衡时peq(Cl2)=xkPaCO(g)+Cl2(g)COCl2(g)开始c0/(mol·L-1)0.03500.02700开始p0/kPa108.583.7081051/100])/100][[(24.8100)783(.xxx.K/81051824100783×=×.x..变化Δp/kPa平衡peq/kPax-(83.7-x)-(83.7-x)24.8+x(83.7-x)83.7-x2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004例题∵K很大，x很小∴83.7-x≈83.724.8+x≈24.8x=2.310-6平衡时:peq(CO)=24.8kPapeq(Cl2)=2.310-6kPapeq(COCl2)=83.7kPa81051824100783×=×.x..77.1(%)51088245108(CO)(CO)(CO)(CO)0eq0===...ppp--2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004反应商判据根据ΔrGm(T)=-RTlnKΘ+RTlnQ=RTln(Q/KΘ)QKΘ反应正向进行Q=KΘ系统处于平衡状态QKΘ反应逆向进行2化学平衡2.1标准平衡常数9:31:21普通化学2001-2004多重平衡系统多重平衡系统在一个系统中，同时包含多个相互关联的平衡多重平衡系统中的每一步有各自的标准平衡常数在多重平衡系统中，所有相互关联的反应同时达到平衡状态平衡时，系统内不同反应中的同一物质的平衡分压或浓度必定相同2化学平衡2.2多重平衡系统9:31:21普通化学2001-2004多重平衡系统多重平衡原理总反应的标准平衡常数等于各分步标准平衡常数的乘积即：若反应1=反应2+反应3则K1Θ=K2Θ×K3Θ2化学平衡2.2多重平衡系统9:31:21普通化学2001-2004例题解：4×(3)－2×(2)－2×(1)得:2N2O(g)+3O2(g)=2N2O4(g)ΔrGｍΘ=4ΔrGｍΘ(3)－2ΔrGｍΘ(2)－2ΔrGｍΘ(1)KΘ=[KΘ(3)]4[KΘ(2)]-2[KΘ(1)]-2例：已知下列反应在指定温度的ΔrGｍΘ和KΘ：(1)N2(g)+O2(g)=N2O(g),ΔrGｍΘ(1)，KΘ(1);(2)N2O4(g)=2NO2(g),ΔrGｍΘ(2)，KΘ(2);(3)N2(g)+O2(g)=NO2(g),ΔrGｍΘ(3)，KΘ(3);则反应2N2O(g)+3O2(g)=2N2O4(g)的ΔrGｍΘ=___________，KΘ=___________________。21212化学平衡2.2多重平衡系统9:31:21普通化学2001-2004浓度的影响化学平衡的移动由于外界条件的改变而使可逆反应从一种平衡状态向另一种平衡状态转化的过程.化学平衡的移动是由于系统条件的改变，导致Q或ΚΘ发生了变化，使两者不再相等，从而ΔrGm≠0。浓度对平衡的影响对于溶液反应，若温度不变，则KΘ不变，此时：增加反应物浓度或减少产物浓度，QΚΘ，反应正向进行；减少反应物浓度或增加产物浓度，QΚΘ，反应逆向进行。2化学平衡2.3化学平衡的移动9:31:21普通化学2001-2004化学平衡的移动外界条件的改变,导致旧的平衡被打破,在新的条件下建立新的平衡.2化学平衡2.3化学平衡的移动9:31:21普通化学2001-2004例题例:可逆反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)；在494K时KΘ=2.2。设NO的起始浓度cNO=0.04mol，为了将超过40%的NO氧化成NO2，求在每升NO中应加入多少摩尔的氧气？解：设O2的起始的物质的量为x。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)起始的量mol·L-10.04x0平衡时的量mol·L-10.04(1-0.4)x(1-×0.4×0.04)0.4×0.042化学平衡2.3化学平衡的移动1208.0)6.004.0()04,04.0(/)/()/(2O2NO2NO22xccccccKx=0.21mol9:31:21普通化学2001-2004压力的影响在反应系统中改变某气体反应物的分压，其结果与浓度的影响相同。改变系统的总压，系统内所有气体物质的分压将同等程度地改变。平衡移动的方向将决定于各气体组份计量数的代数和。设系统压力变为原平衡时压力的n倍，则：其中B为反应方程式中气体组份计量系数的代数和。BBννnKnQQ原平衡2化学平衡2.3化学平衡的移动9:31:21普通化学2001-2004压力的影响当n1(压力增大)时：B0，Q↑，反应逆向进行；反之，反应正向进行。当n1(压力减小)时：B0，Q↓，反应正向进行；反之，反应逆向进行。若B=0，总有Q=ΚΘ。例:N2+3H2=2NH3B=-2(0)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)B=02化学平衡2.3化学平衡的移动9:31:21普通化学2001-2004温度的影响温度对化学平衡的影响是由于温度改变了ΚΘ值。由ΔrGｍΘ(T)=-RTlnΚΘ和ΔrGｍΘ(T)=ΔrHｍΘ(T)-TΔrSｍΘ(T)可得T1和T2时:ΔrGｍΘ(T1)=-RT1lnΚΘ=ΔrHｍΘ(T1)-TΔrSｍΘ(T1)ΔrGｍΘ(T2)=-RT2lnΚΘ=ΔrHｍΘ(T2)-TΔrSｍΘ(T2)RRTlnΘm1mr1SHKr2化学平衡2.3化学平衡的移动RRTlnmr2mr2SHK两式相减得下式：9:31:21普通化学2001-2004温度的影响对放热反应(ΔrHmΘ0)：升高温度(T2T1)，ln(K1Θ/K2Θ)0，则K2ΘK1Θ，反应逆向进行；反之(T2T1)，ln(K1Θ/K2Θ)0，则K2ΘK1Θ，反应正向进行。对吸热反应(ΔrHｍΘ0)：升高温度(T2T1)，ln(K1Θ/K2Θ)0，则K2ΘK1Θ，反应