第6章 化学平衡常数ppt课件.ppt

6.1化学平衡状态6.2平衡常数6.3浓度对化学平衡的影响6.4压力对化学平衡的影响6.5温度对化学平衡的影响,第6章化学平衡常数,1,本章教学要求,1、建立化学平衡常数的概念。2、掌握反应产率或反应物转化为产物的转化率的计算。3、学会讨论浓度、分压、总压和温度对化学平衡的影响。,2,一、可逆反应,化学反应有可逆反应与不可逆反应之分，但大多数化学反应都是可逆的.,6.1化学平衡状态,6.1.1化学平衡,可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应，称为可逆反应。,例如:,在密闭容器中，可逆反应不能进行到底.,3,化学平衡：当r正=r负体系所处的状态。,二、化学平衡,例如:,个别反应几乎能进行到底。,化学平衡的特点：,建立平衡的前提：恒温，封闭体系，可逆反应。,建立平衡的条件：G=0或者r正=r负，可逆反应的化学平衡是动态平衡。,4,最大限度：平衡状态是封闭体系中可逆反应进行的最大限度。,建立平衡的标志：各物质的浓度不再随时间而改变。,化学平衡是有条件的。当外界条件改变，如T、P等原来平衡状态被破坏，反应继续进行，直到建立新的平衡。,5,原理内容：如果改变维持化学平衡的条件(浓度、压力和温度)，平衡就会向着减弱这种改变的方向移动。,1848年，法国科学家LeChatelier提出,6.1.2勒沙特列（LeChatelier）原理,勒沙特列(LeChatelierH,1850-1936)法国无机化学家巴黎大学教授.,适用范围：所有的动态平衡；并且是已经达到平衡的体系。,6,勒沙特列原理不能首先判断体系是否处于平衡状态，不能进行定量。,并不是改变任何条件，化学平衡都会移动，而只有改变维持平衡的条件，平衡才会移动。,勒沙特列原理指明的只是平衡移动的方向。,勒沙特列原理只是说的是热力学的自发趋势，是一种可能性。,注意：,7,可逆反应：aA+bBcC+dD,其中，PA等为平衡分压，Kp为压力平衡常数,6.2.1实验平衡常数,若均为气体，且在温度为T(K)时达到平衡：,一、浓度平衡常数Kc和压力平衡常数Kp,6.2平衡常数(equilibriumconstant),8,Kc为浓度平衡常数。Kp、Kc可由实验测定，称之为实验平衡常数,若在溶液中，平衡时的浓度分别为A,可逆反应：aA+bBcC+dD,二、Kp与Kc的关系：,设为理想气体PV=nRTP=(n/V)RT=cRT,9,例如：H2(g)+I2(g)2HI(g),Pi=CiRT,结论：对于反应前后气体总计量系数相等的反应：Kp=Kc,例如：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g),10,对于反应前后气体总计量系数不相等的反应,ng:生成物与反应物气体总计量数之差。,说明：Kp和Kc是有单位的物理量。Kc为（molL-1)n,Kp为(Pa)nn=0Kp和Kc无单位。Kp和Kc的单位还与方程式的写法有关。,11,6.2.2标准平衡常数(standardequilibriumconstant),当反应达到平衡状态：,由范特霍夫等温方程：,一、标准平衡常数,J平衡=K,在一定温度(T)时，上式中的rG、R和T都是定值，即K是一个常数，称为标准平衡常数。,12,对于气相反应,标准平衡常数的意义：在一定温度下，当气相系统达到化学平衡时，参与反应的各气体的分压与热力学标压之比以方程式中的计量系数为幂的连乘积是一个常数。,pi某一组分在平衡状态时的平衡分压,13,对于溶液中的反应,标准平衡常数的意义：在一定温度下，当溶液系统达到化学平衡时，参与反应的各溶质的浓度与热力学标准态浓度之比以方程式中的计量系数为幂的连乘积是一个常数。,ci某一组分在平衡状态时的平衡浓度,14,对于一般化学反应,注意的事项：,K是无单位的量；K温度的函数，与浓度、分压无关；标准平衡常数表达式必须与化学反应方程式相对应；p是标态压力，p是各气体的平衡分压；c是标态浓度，c是溶液中各物质的平衡浓度；纯物质即固体和溶剂不写在平衡常数表达式中！,pi、ci某一组分的平衡分压、平衡浓度,15,例如：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)平衡压力：4.1712.523.57(106kPa),P=1.00105Pa,标准平衡常数无单位，数值上与实验平衡常数往往不同。,16,例6-1已知693、723K下氧化汞固体分解为汞蒸气和氧气的标准摩尔自由能分别为11.33kJ/mol，5.158kJ/mol，求相应温度下的平衡常数。,【例题6-2】【例题6-3】,17,二、标准平衡常数与Gibbs自由能变的关系,G(298K）可查表得到。,rGm(T)可由下式计算：,当反应达到平衡时：rGm(T)=0，J平衡=K,在任何温度下，平衡常数与标准Gibbs自由能变的关系。,18,例如：分别计算在298K和673K时N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)反应的平衡常数。,解：298K时，,19,解：673K时，,=2192.51-191.49-3130.6=-198.3(Jmol-1K-1),20,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10-30逆向自发J=KJ/K=1GT=0处于平衡,25,82.182.11.005.15.11.62.01035.11034.1103,解:,=（0.0100)2/(0.821)(0.821)=1.4810-4,Jp/Kp=(1.4810-4)/9.810-21正向非自发,例1:2000时，下列反应的Kp=9.810-2N2(g)+O2(g)=2NO(g)判断在下列条件下反应进行的方向：,(kPa),26,例2由MnO2(s)和HCl制备Cl2(g)的反应的为：MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)-465.20-131.3-228.00-237.2,(kJ/mol),问：标态下、298K时，反应能否自发？若用12.0mol/dm3的HCl，其它物质仍为标态，298K时，反应能否自发？,=-228.0+2(-237.2)-(-4465.2)+2(-131.3)=25.4(kJ/mol)0反应非自发,27,例2下列反应的为：MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)-465.20-131.3-228.00-237.2,解：,(kJ/mol),问：标态下、298K时，反应能否自发？若用12.0mol/dm3的HCl，其它物质仍为标态，298K时反应能否自发？,G=25.4+2.308.3110-3298(-6.47)=-11.5(kJ/mol)0反应自发一些反应在标态下不能进行，但在非标态下可以进行,根据：,28,根据实践经验，一般认为：,rGm(T)-40kJ/molK10+7反应自发、完全rGm(T)+40kJ/molK107反应不可能-40rGm(T)+40107K2,用CO还原剂更易反应。,35,Question,你能弄清、之间的关系吗？,36,6.3浓度对化学平衡的影响,对于溶液中的化学反应,平衡时,J=K当反应物浓度增大或生成物浓度减小时,J减小，JK，平衡向逆向移动。,化学平衡的移动:当外界条件改变时,化学反应平衡状态转变到另一种新平衡状态的过程.,任意反应：aA+bB=cC+dD,37,H2和I2化合的反应商J和反应的方向,结论：1J/K的比值，决定反应进行的方向；2J与K的差距，预示了平衡移动的多少；3增加一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的转化率；4标态下,J=1，但K不一定等于1。,38,例：反应Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)25时的K=3.2。求（1）当c(Ag+)=1.0010-2molL-1,c(Fe2+)=0.100molL-1,c(Fe3+)=1.0010-3molL-1时反应向哪一方向进行?（2）平衡时,Ag+,Fe2+,Fe3+的浓度各为多少?（3）Ag+的转化率为多少?（4）如果保持Ag+,Fe3+的初始浓度不变,使c(Fe2+)增大至0.300molL-1,求Ag+的转化率.,39,（1）先计算反应商，判断反应方向,JK，平衡向逆向移动。,6.4压力对化学平衡的影响,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J减小，导致J1)时，,一、体积改变引起压力的变化,44,1、对于气体分子数增加的反应，B0，xB1，JK，平衡向逆向移动，即向气体分子数减小的方向移动。2、对于气体分子数减小的反应，B0，xB1，J0，温度升高，平衡常数增大2.对于放热反应，HK1=J，正向进行。结论：升高温度，平衡向吸热方向移动降低温度，平衡向放热方向移动,二、温度对化学平衡的影响,在非标态、指定温度下，反应进行方向的判据：JKJ/K1GT0逆向自发J=KJ/K=1GT=0处于平衡,56,例6-7设例6-6的混合气体在压缩时温度升高了10K，查找数据求算308K下二氧化氮转化为四氧化二氮的平衡常数，并对比298K下二氧化氮的平衡浓度。,解：,2NO2(g)N2O4(g),查表,57,58,若忽略温度对气体体积的影响，仅考虑例6-6压缩后气体因温度升高发生四氧化二氮分解为二氧化氮的平衡移动，则：,2NO2(g)N2O4(g),59,1.由于正向为放热反应，当温度升高10K，平衡逆向移动。二氧化氮的分压将由46.36kPa上升到112.5kPa，上升的幅度达到2.4倍，是相当显著的；2.同时，四氧化二氮的分压从145kPa降低到112kPa，而且两种气体的分压和将超过只考虑常温下气体体积压缩引起的分压，增高(200kPa)。这是中学化学教材中二氧化氮注射器实验中，压缩时气体颜色“先深后浅”的真正原因。,可见：,【例题6