苏州大学《无机化学》第二章化学平衡常数ppt课件

1、本章要求本章要求 1、掌握化学平衡常数的概念和计算、掌握化学平衡常数的概念和计算(反响物的转化反响物的转化率、反响物和产物的定量关系率、反响物和产物的定量关系) 2、掌握浓度、分压和总压、温度等要素对化学平、掌握浓度、分压和总压、温度等要素对化学平衡的影响衡的影响 定义定义 按照热力学的概念，是指系统内发生的化按照热力学的概念，是指系统内发生的化学反响既没有向正反响方向进展的自发性学反响既没有向正反响方向进展的自发性/推进力，也没推进力，也没有向逆反响方向进展的自发性有向逆反响方向进展的自发性/推进力时候的一种形状推进力时候的一种形状(此条件下的此条件下的G = 0)。化学平衡的特征化学平衡的

2、特征: 1、只需外界条件不变，反响体系中各物质的浓度和、只需外界条件不变，反响体系中各物质的浓度和分压将不随时间而变；分压将不随时间而变； 2、外表上、外表上“停滞，实践是一种动态平衡停滞，实践是一种动态平衡(v正正=v逆逆0 实践上是动力学的问题实践上是动力学的问题)； 4、化学平衡的组成与到达平衡的途径无关，也就是、化学平衡的组成与到达平衡的途径无关，也就是说，只需系统个各物种的组成一样，不论是从正反响还是说，只需系统个各物种的组成一样，不论是从正反响还是从逆反响开场，最终到达一样的平衡。从逆反响开场，最终到达一样的平衡。例如：溶解平衡、相平衡例如：溶解平衡、相平衡 化学平衡只适用于封锁系

3、统的可逆反响化学平衡只适用于封锁系统的可逆反响(reversible reaction)。实践上，只需少数的化学反响如中和、。实践上，只需少数的化学反响如中和、Redox反响可以为是不可逆反响。反响可以为是不可逆反响。 化学平衡与生活中的化学平衡与生活中的“收支平衡收支平衡(revenue balance)、物理学的能量转化的动态平衡不同。物理学的能量转化的动态平衡不同。 3、平衡是有条件的，当外界条件改动，原平衡被破、平衡是有条件的，当外界条件改动，原平衡被破坏，然后建立在新条件下的新平衡坏，然后建立在新条件下的新平衡(但并不知道朝哪个方向但并不知道朝哪个方向挪动，也不知道需求多长时间才干到

4、达平衡挪动，也不知道需求多长时间才干到达平衡又是动力又是动力学的问题学的问题)； 1888年，法国科学家Le Chatelier 总结出：假设改动维持化学平衡的条件之一浓度、压力和温度，平衡就向着减弱这种改动的方向挪动。法国科学家法国科学家Le Chatelier的引见的引见 运用此原理时留意：只需改动维持化学平衡的条件才会挪动。如改动催化剂的用量、改动总压(对于反响前后分子数相等的化学反响来说)都不是维持这些化学平衡的条件；原理只能处理化学平衡挪动的趋势和能够性。挪动需求多长时间才干到达新的平衡，它无能为力。只适用于处于平衡形状的系统，不适用于未到达平衡形状的系统。此外，原理只能用作定性判别

5、，不能用作定量计算。当温度一定时，对于普通反响，当温度一定时，对于普通反响，留意：留意：aA(g) + bB(aq) + cC(s)xX(g) + yY(aq)+ zZ(l)K =p(X)/p xc(Y)/c yc(B)/c bp(A)/p a 1、K是量纲一的量无单位。由于代入的量是量纲一的量无单位。由于代入的量都是相对值气体分压除规范压力都是相对值气体分压除规范压力p=100kPa、溶液、溶液浓度除规范浓度浓度除规范浓度c=1molL-1；留意与热力学标态；留意与热力学标态的区别。的区别。 rGm=rGm + RTlnJ当反响到达平衡时，当反响到达平衡时，rGm=0，此时，此时rGm =

6、- RTlnK + RTlnJrGm = - RTlnK 2、K是温度的函数，与物种的压力、浓度无关；是温度的函数，与物种的压力、浓度无关；可用范特霍夫等温方程式来阐明：可用范特霍夫等温方程式来阐明： 前一章曾经知前一章曾经知rGm 是温度的函数，所以是温度的函数，所以K也也是温度的函数。是温度的函数。 3、不同的化学反响式会有不同的、不同的化学反响式会有不同的K值；但对于同一值；但对于同一反响，这些反响，这些K1、 K2、 K3、之间有关系；之间有关系；K2 =(K1 =K3 121例题例题 多重平衡原理：当几个反响式相加或相减得到多重平衡原理：当几个反响式相加或相减得到另一个反响式时，其规

7、范平衡常数等于几个反响平衡常另一个反响式时，其规范平衡常数等于几个反响平衡常数之积商。数之积商。 推导时，由于推导时，由于G是形状函数，总反响是形状函数，总反响rGm的值是的值是各分反响各分反响rGm(i)的值的加减，但根据公式，规范平衡的值的加减，但根据公式，规范平衡常数常数K那么是相乘除。那么是相乘除。 4、K的表达式中，分子是生成物的相对压力或相对的表达式中，分子是生成物的相对压力或相对浓度，而分母是反响物的相对压力或相对浓度；不能弄错；浓度，而分母是反响物的相对压力或相对浓度；不能弄错；其中的其中的pB、cB 一定要代入平衡时的一定要代入平衡时的pB、cB值。值。不难得到所求的规范平衡

8、常数为：不难得到所求的规范平衡常数为： x 固体固体HgO在在693K时分解成时分解成O2、Hg(g)的规范摩尔自在的规范摩尔自在能为能为11.33kJ/mol，求：反响在相应温度下的规范平衡常，求：反响在相应温度下的规范平衡常数；分别在密闭容器中、在规范压力下的空气中分解，数；分别在密闭容器中、在规范压力下的空气中分解，到达平衡时汞蒸气的分压能否一样。到达平衡时汞蒸气的分压能否一样。例题例题HgO(s) Hg(g) + 1/2 O2(g)讲解：讲解：rGm = - RTlnK 11.331000 = -8.314 693 lnK (J/mol) 不论在密闭容器还是在大气中，只需温度一定，不论

9、在密闭容器还是在大气中，只需温度一定， K就一定，所以设汞蒸气的分压为就一定，所以设汞蒸气的分压为p(Hg)，得到：，得到： 在密闭容器中，氧气的分压为在密闭容器中，氧气的分压为1/2 p(Hg)在规范压力的空气中，氧气的分压为在规范压力的空气中，氧气的分压为21%p分别代入平衡常数的表达式中，同窗本人完成分别代入平衡常数的表达式中，同窗本人完成 由于规范平衡常数也要经过实验获得，所以实验平衡由于规范平衡常数也要经过实验获得，所以实验平衡常数也作个简单引见。常数也作个简单引见。如可逆反响：如可逆反响：cC(g) + dD(g) yY(g) + zZ(g) c(Y)y c(Z)z Kc = c(

10、C)c c(D)d p(Y)y p(Z)z Kp = p(C)c p(D)d 可知，可知， 用用K c或或K p表示，数值不同，而且还有单位表示，数值不同，而且还有单位就不是常数了，带来一定的不便。就不是常数了，带来一定的不便。K p = K c(RT ) , = (y+x) - (c+d)or Kc =cii Kp = p ii 定性判别：定性判别： 对于同一反响，对于同一反响，T一定，一定，K值就一定，值就一定，与浓度与浓度c、压力、压力p的变化无关；的变化无关； 对于不同反响，对于不同反响，T一定时，一定时，K值越大，反响进展得越完全，值越大，反响进展得越完全，K值越小，反响进展值越小，

11、反响进展得越不完全。得越不完全。 对于化学反响进展的程度的大小，可以作定性判别和对于化学反响进展的程度的大小，可以作定性判别和定量判别。定量判别。 定量判别：普通用反响物的平衡转化率定量判别：普通用反响物的平衡转化率的大小来表的大小来表示：示： 普通来说，普通来说， K值越大，值越大， 值越大值越大 n0(A) neq(A)= 100% n0(A)2-3-1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 浓度对化学平衡的影响的定性判别在高中就很熟习浓度对化学平衡的影响的定性判别在高中就很熟习了。实践上，从下面的公式也可以得到化学平衡的质量了。实践上，从下面的公式也可以得到化学平衡的质量判据判据(与

12、与G判据本质上是一样的判据本质上是一样的)。 C0(A) - Ceq(A)= 100% C0A 假设反响的假设反响的T、V不变，也可用浓度溶液、分压不变，也可用浓度溶液、分压气体代入计算，如：气体代入计算，如： 对于化学反响进展的方向，要看反响的条件，现将影对于化学反响进展的方向，要看反响的条件，现将影响化学平衡的要素响化学平衡的要素浓度浓度c、压力、压力p、温度、温度T、催化剂进、催化剂进展分别讨论。展分别讨论。反反应应朝朝逆逆反反应应方方向向进进行行反反应应朝朝正正反反应应方方向向进进行行反反应应处处于于平平衡衡状状态态J J K K J J = = K K J J K K rGm = -

13、 RTlnK + RTlnJ = RTlnJ/ K 例题：知反响例题：知反响H2(g) + I2(g) 2HI(g)在在763.8K时的时的Kc = 45.7，当一切物质的浓度都是，当一切物质的浓度都是2mol/L时，反响能否到达时，反响能否到达平衡？假设不平衡，反响朝哪方向进展？平衡时各物质平衡？假设不平衡，反响朝哪方向进展？平衡时各物质的浓度各是多少？的浓度各是多少？ 主要学会浓度对化学平衡的影响的定量计算，根据主要学会浓度对化学平衡的影响的定量计算，根据是是平衡常数是温度的函数平衡常数是温度的函数解：解：起始浓度起始浓度H2(g) + I2(g) 2HI(g) 2 2 2平衡浓度平衡浓度

14、2-x 2-x 2+2x利用反响商就很容易判别出反响的情况：利用反响商就很容易判别出反响的情况：J = 1代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出x例题例题解：解：Fe 2+ + Ag+ Fe 3+ + Ag起始浓度起始浓度 10-1 10-2 10-3利用反响商就很容易判别出反响的情况：利用反响商就很容易判别出反响的情况：J = 1代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出x=计算方法类似，只是换成了规范平衡常数和浓度的改动计算方法类似，只是换成了规范平衡常数和浓度的改动平衡浓度平衡浓度 10-1 -x 1

15、0-2 -x 10-3 +x 代入转化率公式中，代入转化率公式中，(x/0.01) 100% = 平衡浓度平衡浓度 0.3 -y 10-2 -y 10-3 +y 同样代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出同样代入平衡常数表达式中，解一元二次方程，求出y = 2-3-2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 Kp = p ii = p xi = p i Jx压力对化学平衡的影响分为分压和总压来讨论：压力对化学平衡的影响分为分压和总压来讨论： (一一)分压的影响分压的影响 由于理想气体形状方程由于理想气体形状方程pi = ciRT， 所以分压的影响所以分压的影响与浓度的影响类似，这里不再重

16、述。与浓度的影响类似，这里不再重述。(二二)总压的影响总压的影响 根据分压和总压的关系式根据分压和总压的关系式pi = xip， 代入用分压表示代入用分压表示的平衡常数中的平衡常数中 i = 0时，反响前后的气体分子总数不变，时，反响前后的气体分子总数不变， Jx = Kp (常数常数)，阐明总压对平衡不影响。，阐明总压对平衡不影响。 i 0时，反响后的气体分子总数增大，时，反响后的气体分子总数增大， 假设增假设增大总压，要坚持大总压，要坚持p i Jx = Kp 恒定不变，就要减小恒定不变，就要减小Jx的的值，平衡朝逆方向挪动；假设减小总压，值，平衡朝逆方向挪动；假设减小总压， i 0时，反

17、响后的气体分子总数减小，时，反响后的气体分子总数减小， 假设增假设增大总压，要坚持大总压，要坚持p i Jx = Kp 恒定不变，就要增大恒定不变，就要增大Jx的的值，平衡朝正反响方向挪动；假设减小总压，值，平衡朝正反响方向挪动；假设减小总压，例题：知反响例题：知反响2NO2(g) N2O4(g)在在298.15K、100kPa到到达平衡时，求两气体的分压和浓度？此时将混合气体的达平衡时，求两气体的分压和浓度？此时将混合气体的体积减小一半，到达平衡时，两气体的分压和浓度又是体积减小一半，到达平衡时，两气体的分压和浓度又是多少？知在多少？知在298.15K时的时的fGm分别是分别是51.31 (

18、NO2(g) )、97.89kJ/mol (N2O4(g) )。解题思绪：解题思绪：首先，利用公式首先，利用公式rGm = - RTlnK求出平衡常数求出平衡常数KrGm= 97.89 2 51.31 = 4.73kJ/mol4.73 1000 J/mol = 8.314 298.15 lnK其次，利用平衡常数表达式求出两气体分压其次，利用平衡常数表达式求出两气体分压pi的关系式的关系式K =p(N2O4)/p p(NO2)/p 2 由于由于p(NO2) + p(N2O4) = 100kPa，结合上式和，结合上式和pi = ciRT 可分别求出两气体的分压和浓度。可分别求出两气体的分压和浓度。

19、 第二问，减小一半体积，两气体的分压那么增大第二问，减小一半体积，两气体的分压那么增大2倍，倍，也是总压增大，反响朝正反响方向挪动：也是总压增大，反响朝正反响方向挪动：2NO2(g) N2O4(g)起始分压起始分压2p(NO2)2p(N2O4)平衡分压平衡分压2p(NO2) 2x2p(N2O4) + x 代入到平衡常数表达式中，解一元二次方程式代入到平衡常数表达式中，解一元二次方程式2-3-3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 平衡常数是温度的函数，所以温度的影响是经过改动平衡常数是温度的函数，所以温度的影响是经过改动化学反响的平衡常数实现的。化学反响的平衡常数实现的。 根据前面所学的

20、公式可以得到温度对化学平衡的影响根据前面所学的公式可以得到温度对化学平衡的影响近似的定量计算公式：近似的定量计算公式：rGm = - RTlnKrGm = rHm TrSm InK = rHm rSm RTR-T对对H、S的影响不大，去除常数项，得到：的影响不大，去除常数项，得到：InK (T2)K (T1) = Hm R1T1T21-上式阐明：上式阐明： 总之，在平衡系统中，温度升高，向吸热方向挪动；降低温度，那么向放热方向挪动。 对放热反响，对放热反响，rHm0 ，温度升高，温度升高，K减小减小(K1 K2)，而此时，而此时J (实践上就是实践上就是K1，温度升高后，温度升高后就不是平衡常

21、数了就不是平衡常数了) K (实践上就是实践上就是K2)，平衡向逆，平衡向逆向挪动；对吸热反响，向挪动；对吸热反响，rHm 0 ，温度升高，温度升高，K增增大，而此时的大，而此时的JK ，平衡向正向挪动。，平衡向正向挪动。例题：知反响例题：知反响2NO2(g) N2O4(g)在在298K、100kPa到达平到达平衡，此时将混合气体的体积减小一半的同时温度升高衡，此时将混合气体的体积减小一半的同时温度升高10K，求此温度下的平衡常数和，求此温度下的平衡常数和NO2的平衡压力【知的平衡压力【知298K时的时的fHm分别是分别是82.05 (NO2(g) )、9.16kJ/mol (N2O4(g)

22、)；平；平衡常数为衡常数为6.74】。】。 先求出反响的先求出反响的rHm，直接套公式可求出，直接套公式可求出308K时的时的平衡常数，平衡常数， NO2的平衡压力的计算同前。的平衡压力的计算同前。 经过定量计算，很容易处理高中只能定性描画时的难经过定量计算，很容易处理高中只能定性描画时的难题。如体积紧缩到一半后到达平衡时，混合气体的总压题。如体积紧缩到一半后到达平衡时，混合气体的总压力还是力还是200KPa吗？吗？ NO2的平衡浓度是增大还是减小？的平衡浓度是增大还是减小？混合气体的颜色混合气体的颜色“先深后浅的缘由先深后浅的缘由 145+46.4200KPa； NO2的平衡浓度的平衡浓度0.0190.012mol/L；温度升高；温度升高10K， NO2的平衡压力由的平衡压力由46.4 112.5KPa，而紧缩是正向的放热反响。，而紧缩是正向的放热反响。讨论：讨论： rGm和和K 随温度的变化关系随温度的变化关系根据根据rGm = - RTlnK和和rGm = rHm TrSm rHm rSm rGm和和K随温度升高的变化关系随温度升高的变化关系1-+rGm负值增大，负值增大，K值减小值减小2-rGm负值减小，负值减小，K值减小值减小3+rGm负值增大，负值增