《普通化学》--3化学平衡原理

1《普通化学》网络课件授课教师：张大伟单位：化学教研室第三章化学平衡原理Chapter3ChemicalEquilibrium2第一节标准平衡常数一、可逆反应二、化学平衡状态三、标准平衡常数3一、可逆反应有些化学反应几乎能进行到底，反应物基本上能全部转变为产物。这些几乎进行到底的反应称为不可逆反应。但实际上，大多数反应不能进行到底，只有一部分反应物能转变为产物。这种在同一条件下能同时向两个相反方向进行的化学反应称为可逆反应。MnO22KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)如：4为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“”代替“”或“”。在可逆反应中，把：从左向右进行的反应称为正反应，从右向左进行的反应称为逆反应。（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)5二、化学平衡状态可逆反应进行到一定程度时，系统中反应物与生成物的浓度不再随时间而改变，反应似乎已“停止”。系统的这种表面上静止的状态叫做化学平衡状态。●客观上，系统的组成不再随时间而变●平衡是自发的●化学平衡是动态平衡●平衡组成与达到平衡的途径无关化学平衡有以下几个重要特点：6三、标准平衡常数根据化学反应等温方程：ΔrGm(T)=ΔrGm(T)+RTlnQ当反应达到平衡状态时ΔrGm(T)=0，-ΔrGm(T)=RTlnQeq在热力学中：-ΔrGm(T)=RTlnK上标eq表示在平衡状态下。则K=Qeq：在一定温度下指定的化学反应在平衡时的反应商是一个只与反应的本质，即反应的ΔrGm(T)和K(T)有关的常数。或在一定温度下达到平衡的指定化学反应系统中，各参加反应的物种的平衡组成之间存在确定的函数关系。说明称为标准平衡常数，表明化学反应进行的程度。72θ3θ22θ2θ4θFeSnFeSn/bb/bb/bb/bbK●对于溶液中的反应Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)1.标准平衡常数表达式●对于气相反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）3]/)I(][/)H([]/)HI([θ2θ22θθppppppKNH3N2H28●对于一般化学反应bθθθθθ/B/A/Y/XzZ(l)yY(aq)xX(g)cC(s)bB(aq)aA(g)bbppbbppKayx标准平衡常数K用以定量表达化学反应的平衡状态。K值越大，平衡混合物中生成物越多而反应物越少，反之亦然。9书写标准平衡常数表达式应注意以下三点：（1）若B为固体、纯液体或稀溶液中的溶剂则；若B为气体,则；若B为稀溶液中的溶质，则。（2）标准平衡常数表达式和数值与化学反应方程式有关，同一可逆反应，如果用不同的化学方程式来表示，则标准平衡常数表达式和数值不同。例题P66反应（a），（b）（3）标准平衡常数只与反应温度有关，与各平衡组成无关，故在使用时必须注明反应温度B,eqB,eq/appB,eq=1aB,eqB,eq/acc10标准平衡常数可以通过实验测定。只要知道某温度下平衡时反应物和产物的浓度或分压力，就能计算出反应的平衡常数。通常是测定反应物的起始浓度(分压力)及平衡时任一反应物或产物的浓度(分压力)，根据化学反应方程式推算出其他反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力，计算出反应的标准平衡常数。112.标准平衡常数的应用2.1判断反应进行的程度2.2预测反应的方向2.3计算平衡组成122.1判断反应进行的程度当可逆反应达到平衡时，反应物转化为产物已经达到了最大限度。若反应的标准平衡常数很大，则平衡时产物的活度比反应物的活度要大得多，说明反应物已大部分转化为产物，反应进行比较完全。若反应的标准平衡常数很小，则平衡时产物的活度比反应物的活度要小得多，说明反应物只有一小部分转化为产物，反应进行程度很小。13可逆反应进行的程度也常用平衡转化率来表示。反应物A的平衡转化率定义为：标准平衡常数和平衡转化率都可以表示反应进行的程度。在通常情况下，标准平衡常数越大，反应物的平衡转化率也越大。AaA,0A,eqA,0nnndef142.2预测反应的方向在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小，就能预测反应的方向。当QK时，化学反应正向自发进行;当Q=K时,化学反应处于平衡状态;当QK时,化学反应逆向自发进行;由化学反应等温方程式及反应的标准平衡常数与反应的标准吉布斯自由能的关系，可知：ΔrGm(T)=RTln（Q/K)152.3计算平衡组成标准平衡常数确定了平衡系统中反应物和产物的浓度或分压力之间的关系。因此，可利用标准平衡常数计算反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力。例题P663.13.2163.多重平衡系统多重平衡规则：若:反应3=反应1+反应2如P68例则：这是一个重要规则，适用于各种多重平衡系统。K3=K1.K217+)K=K1.K2=20×0.012=0.24例：已知:SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)K1=20NO2(g)NO(g)+1/2O2(g)K2=0.012则:SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)例题：P693.318第二节化学平衡移动一、浓度对化学平衡移动的影响二、压力对化学平衡移动的影响三、温度对化学平衡移动的影响19平衡移动外界条件改变时一种平衡状态向另一种平衡状态的转化过程叫平衡移动。所有的平衡移动都服从勒夏特列原理(LeChatelier’sprinciple):若对平衡系统施加外力,平衡将沿着减小此外力的方向移动。(LeChatelierH,1850-1936)法国无机化学家，巴黎大学教授20一、浓度对化学平衡的影响增大反应浓度或减少生成物浓度时平衡将沿正反应方向移动；减小反应物浓度或增加生成物浓度时平衡则沿逆反应方向移动。对于溶液中的化学反应：平衡时,Q=Kc(反应物)增大或c(生成物)减小,QK，平衡向正向移动c(反应物)减小或c(生成物)增大,QK，平衡向逆向移动例如：Fe3+(aq)＋3H2O(l)Fe（OH）3(s)＋3H+(aq)加水加盐酸21压力变化对平衡的影响实质是通过浓度的变化起作用。改变压力对无气相参与的系统或者反应前后气体分子数相等的反应无影响。若分子数不相等平衡向气体物质的量减小的方向移动。也可根据ΔG=－RTlnK+RTlnQ的公式来判断：QPK时，ΔrGm0,正向反应能自发进行；QP＝K时，ΔrGm＝0,反应处于平衡状态；QPK时，ΔrGm0,逆向反应能自发进行。二、压力对化学平衡的影响22如果平衡系统的总压力增至原来的2倍,则)()('22H2Hpp)()('22N2Npp)()('33NH2NHppθ3θ2θ2θ33θ2θ22θ341HNNH41H2N2NH2KppppppppppppQ}/)({}/)({}/)({}/)({}/)({}/)({即QK,导致反应向生成氨的方向移动。3θ2θ22θ3θ})/(H{})/(N{})/(NH{ppppppK3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)例：23在影响平衡的因素中温度因素最重要。三、温度对化学平衡的影响由ΔrGm(T)=ΔrHm(T)-TΔrSm(T)lnK=-ΔrGm(T)/RT可知：平衡常数K不受P、C和cat的影响。但是T不同K就不同。RTmrHRmrSKln范特霍夫（van’tHoff）方程24(1)(2)2211RTmrHRmrSKlnRTmrHRmrSKln不同温度T1，T2时，分别有等式:这里，近似地认为rHm和rSm不随温度变化。(2)－(1)，得2112122112TRTTTmrHKKln)T1T1(RmrHKKln）（或25对于吸热反应，rHm0，当T2T1时，K2K1，平衡右移；T2T1时，K2K1，平衡左移。对于放热反应，rHm0，当T2T1时，K2K1，平衡左移；T2T1时，K2K1，平衡右移。例题：P733.4262rm21112()()ln()KTHTTKTRTT对于液体：可为：2rm21112()()ln()KTHTTKTRTTP2P1vap克拉贝龙—克劳修斯方程例题：P733.5液体的标准摩尔气化焓271.化学平衡状态和标准平衡常数Chemicalequilibriumandstandardequilibriumconstant2.浓度对化学平衡移动的影响4.温度对化学平衡移动的影响3.压力对化学平衡移动的影响28本章要求1.掌握化学平衡状态及标准平衡常数概念。2.会利用标准平衡常数进行简单的化学平衡移动判断及有关计算。3.理解浓度、压力、温度使化学平衡移动的原理。4.掌握范特霍夫和克拉贝龙—克劳修斯方程式的应用。