2016年高中化学 第1-12课件_5

第三章 化学平衡第一节 可逆反应与化学平衡 第二节 标准平衡常数 第三节 标准平衡常数与摩尔 第四节 标准平衡常数的应用 第五节 化学平衡的移动 吉布斯函数变的关系 第一节 可逆反应与化学平衡 一、可逆反应 二、化学平衡 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 。 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 。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 。 二、化学平衡 在可逆反应中，正反应的反应速率等于逆 反应的反应速率时系统所处的状态称为 化学平 衡 。化学平衡具有以下几个重要特点： （ 1）正反应的反应速率和逆反应的反应速 率相等是建立化学平衡的条件。 （ 2）化学平衡是可逆反应进行的最大限度 反应物和产物的浓度都不再随时间变化，这是 建立化学平衡的标志。 （ 3）化学平衡是相对的和有条件的动态平 衡，当外界条件改变时，原来的化学平衡被破 坏，直至在新条件下又建立起新的化学平衡。 。 第二节 标准平衡常数 对于任意可逆反应： 在一定温度下达到化学平衡时，反应物和产 物的活度都不再随时间变化，它们的平衡活 度之间存在如下定量关系： 书写标准平衡常数表达式应注意以下两点： （ 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 ， 例 3-1 写出下列反应的标准平衡常数表达式： （ 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) 解 ：上述反应的标准平衡常数表达式分别为： 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 的起始浓度或分压力及平衡时任一反应物或产物 的浓度或分压力，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。 例题 例 3-2 1133 K 时，将 CO 和 H2 充入一密闭容器 中，发生下列反应： CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) 已知 CO 和 H2 的初始分压力分别为 101.0 kPa 和 203.0 kPa， 平衡时 CH4 的分压力为 13.2 kPa。假 定没有其他化学反应发生，计算该反应在 1133 K 时的标准平衡常数。 解 ：在等温等容下，由理想气体状态方程： pV = nRT 可知各种气体的分压力正比于各自的物质的量， 因此各种气体的分压力变化关系也是由化学反应 方程式中的化学计量数决定的。由化学反应方程 式，反应物和产物的平衡分压力分别为： peq(H2O) = peq(CH4) = 13.2 kPa peq(CO) = p0(CO) peq(CH4) = 101.0 kPa 13.2 kPa = 87.8 kPa peq(H2)=p0(H2) 3peq(CH4) = 203.0 kPa 313.2 kPa = 163.4 kPa 1133 K 时，该反应的标准平衡常数为： 第三节 标准平衡常数与摩尔吉布斯 函数变的关系 对于任意化学反应 0 ，温度 T 时： 当反应达到平衡状态时， ，则： 由以上两式可得： 例题 例 3-3 298.15 K 时， SO2(g) ， SO3(g) 的标准摩尔 生成吉布斯函数分别为 -300.19 kJmol-1和 -371.06 kJmol 1。 计算该温度下下列反应的标准平衡常数。 解 ： 298.15 K 时 ,反应的标准摩尔吉布斯函数变为 : 298.15 K 时，反应的标准平衡常数为： 第四节 标准平衡常数的应用 一、判断反应进行的程度 二、预测反应的方向 三、计算平衡组成 一、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。 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。 二、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 时，化学反应正向自发进行； 例题 当 时，化学反应处于平衡状态； 当 时，化学反应逆向自发进行。 例 3-4 已知 298.15 K 时，可逆反应： Pb2+(aq) + Sn(s) Pb(s) + Sn2+(aq) 的标准平衡常数 ，若反应分别从下列情 况开始，试判断可逆反应进行的方向。 （ 1） Pb2+和 Sn2+的浓度均为 0.10 molL-1； （ 2） Pb2+的浓度为 0.10 molL-1， Sn2+ 的浓度 为 1.0 molL-1。 解 ： （ 1）反应商为： 由于 因此在 298.15 K 时反应正向自发 进行。 （ 2） 反应商为 ： 由于 因此在 298.15 K 时反应逆向自发 进行。 三、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 例 3-5 在 1000 时，下列反应： FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) 的标准平衡常数 如果在 CO 的分压力为 6000 kPa 的密闭容器加入足量的 FeO，计算 CO和 CO2 的平衡分压。 解： FeO(s) + CO(g) Fe(s)+CO2(g) p0/kPa 6000 0 + x peq/kPa 6000-x x 反应的标准平衡常数表达式为： 将平衡分压力和标准平衡常数数值代入上式得： CO 和 CO2 的平衡分压力分别为： 第五节 化学平衡的移动 一、浓度对化学平衡的影响 二、压力对化学平衡的影响 三、温度对化学平衡的影响 一、浓度对化学平衡的影响 对于稀溶液中进行的可逆反应 ， 在等温等压下达到平衡时： 当增大反应物浓度或减小产物浓度时，反应 商减小，则 ，可逆反应正向进行，反应商 逐渐增大，当反应商增大到等于标准平衡常数时 ，系统又建立了新的平衡状态。显然达到新的平 衡状态时，产物的浓度比原平衡状态时增大了， 化学平衡正向移动。 同理，当减小反应物的浓度或增大产物浓度 时，反应商增大，使 ，化学平衡逆向移 动，反应商逐渐减小，直至反应商重新等于标准 平衡常数时，又建立起新的化学平衡。 浓度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他 条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小产物 浓度，化学平衡向正反应方向移动；增大产物浓 度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移 动。 二、压力对化学平衡的影响 对气相可逆反应 ，在一定温度 下达到化学平衡时： （ 一 ）反应物或产物分压的变化 在等温等容条件下，改变平衡系统中任何一 种反应物或产物的分压力，必然使 ，导致 化学平衡发生移动。当增大反应物的分压力或减 小产物的分压力时，反应商减小，使 ，化 学平衡向正反应方向移动。 同理，当减小反应物的分压力或增大产物的 分压力时，反应商增大，使 ，化学平衡向 逆反应方向移动。 气体分压力的改变对化学平衡的影响可归 纳如下：在其他条件不变的情况下，增大反应 物的分压力或减小产物的分压力，化学平衡向 正反应方向移动；增大产物的分压力或减小反 应物的分压力，化学平衡向逆反应方向移动。 （二）体积改变引起压力的变化 在等温条件下，将系统的体积压缩到原来 的 ，系统的总压力就增大到为原来的 N 倍，反应物和产物的分压力增大到为原来的 N 倍， B的分压力由 增大到 。此时 反应商为： 若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡不发生移 动。 若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡向正反应 （气体分子总数减少）方向移动。 若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡向逆反应 （气体分子总数减少）方向移动。 改变反应系统的体积引起总压力的变化对化 学平衡的影响归纳如下：在一定温度下，缩小反 应系统的体积，总压力增大，化学平衡向气体分 子总数减小的方向移动；增大反应系统的体积， 总压力减小，化学平衡向气体分子总数增大的方 向移动；对于 的反应，当体积变化 而改变总压力时，不能 使化学平衡发生移动 。 （ 三 ）惰性气体的影响 （ 1）在温度和总压力不变条件下加入惰性气 体：当可逆反应在一定温度下达到平衡时，加入 惰性气体，为了保持总压力不变，系统的体积相 应增大。在这种情况下，反应物和产物的分压力 降低的程度相同。若 ，则 ，化学 平衡向气体分子数增加的方向移动。 （ 2）在温度和体积不变条件下加入惰性气 体：可逆反应在等温等容下达到平衡后，加入惰 性气体，系统的总压力增大，但反应物和产物的 分压力不变， ，化学平衡不发生移动。 三、温度对化学平衡的影响 们之间的关系为： 上式对 T 微分得： 对于吸热反应， ，则 ， 当温度升高 时， 增大 ( )，使 ，化学平衡向正反应（吸热反应）方向移 动； 当温度降低 时， 减小 ( ）使 ，化学平衡向逆反应 (放热反应）方向 移动。 可逆反应的标准平衡常数是温度的函数，它 ， 对于放热反应， ，则 ， 当温度升高时， 减小，使 ，化学平衡向 逆反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时， 增大，使 ，化学平衡向正反应 方向移动。 温度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条 件一定时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移 动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。 将上式进行定积分，可得： 例题