第5章_化学平衡习题课

1、1第六章第六章 化学平衡化学平衡习题课习题课2本章内容小结本章内容小结一、化学平衡特点一、化学平衡特点二、平衡常数二、平衡常数三、平衡转化率三、平衡转化率四、化学平衡的移动四、化学平衡的移动3一、化学平衡特点一、化学平衡特点平衡建立的前提：恒温，封闭体系，可逆平衡建立的前提：恒温，封闭体系，可逆反应。反应。平衡建立的条件：平衡建立的条件：v正正 = v逆逆。平衡建立的标志：各物质浓度不再随时间平衡建立的标志：各物质浓度不再随时间改变而改变。改变而改变。平衡态是封闭体系可逆反应的最大限度。平衡态是封闭体系可逆反应的最大限度。1.化学平衡是动态平衡。化学平衡是动态平衡。4二、平衡常数二、平衡常数经

2、验平衡常数：经验平衡常数：对任一可逆反应对任一可逆反应 aA + bB gG + hH T一定，达平衡时，有一定，达平衡时，有 称浓度平衡常数 BAHGcbahgcKK 5对任一气相可逆反应对任一气相可逆反应 aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g) T一定，达平衡时，有一定，达平衡时，有 称分压平衡常数 )()()()(pbBaAhHgGpKppppK 6)()()( )( cpbahgnRTKKRTVnpn可推导出根据Kp与与Kc的关系：的关系：注意注意：(1) 进行进行Kp与与Kc的转换时，必须注意各物的转换时，必须注意各物理量的单位；理量的单位；7（2） 经验平衡常数经验

3、平衡常数Kc与与Kp是有量纲是有量纲的物理量，的物理量， Kc的单位为的单位为 (moldm-3) n，Kp的单位为的单位为 (kPa) n或或(Pa) n。只有当。只有当 n = 0 时，时， Kc与与Kp才是量纲一的量。才是量纲一的量。82. 标准平衡常数：标准平衡常数： 可逆反应达到平衡时，若以相对浓度或可逆反应达到平衡时，若以相对浓度或相对分压表示平衡常数关系式，则得到标相对分压表示平衡常数关系式，则得到标准平衡常数。准平衡常数。 )()()()(or )B()A()H()G(bBaAhHgGbahgppppppppKccccKpc9注意注意：(1) 溶液相反应的溶液相反应的Kc与与K

4、数值相等，数值相等， 但但Kc一般一般有单位，有单位， K无单位。无单位。(2) 气相反应的气相反应的Kp或或Kc与与K数值一般不相等，数值一般不相等，且且Kp、Kc一般有单位，一般有单位， K则无单位。则无单位。npnpppKKpRTKKKKK)1( )(pcpc之间的关系：和与气相反应10(3) 书写化学平衡关系式时，只包括气态物书写化学平衡关系式时，只包括气态物质平衡相对分压和溶液中各溶质的平质平衡相对分压和溶液中各溶质的平衡相对浓度；固体、纯液体和稀溶液衡相对浓度；固体、纯液体和稀溶液中大量存在的水相，其相对量为中大量存在的水相，其相对量为1，不，不必写在平衡关系式中。必写在平衡关系式

5、中。(4) 为了计算简便，平衡关系式中的相对浓为了计算简便，平衡关系式中的相对浓度经常用一般浓度代替，但对于气态度经常用一般浓度代替，但对于气态物质必须代入其相对分压。物质必须代入其相对分压。113. 多重平衡规则：多重平衡规则：如果如果 反应反应3 = 反应反应1 + 反应反应2，则，则K3 = K1K2 反应反应3 = 反应反应1 反应反应2，则，则K3 = K1/K24. K 与与 rG 的关系的关系化学反应等温式：化学反应等温式： rGm = rGm + RTlnQ 平衡时平衡时 rGm = RTlnK 12(2) 判断化学反应的方向：判断化学反应的方向： rGm = RTln(Q/

6、K) Q K rGm K rGm 0 时，时， 逆向反应自发进行逆向反应自发进行aA hHahcAcHQ 13(3) 几种热力学数据之间的关系：几种热力学数据之间的关系： rGm = i fGm(生成物生成物) i fGm(反应物反应物) rHm = i fHm(生成物生成物) i fHm(反应物反应物) rSm = iSm(生成物生成物) iSm(反应物反应物) rGm = rHm T rSm14三、平衡转化率三、平衡转化率%100)()(%起始浓度转化前该反应物的量浓度应物的量平衡时已转化了的某反平衡转化率四、化学平衡的移动四、化学平衡的移动1. Le Chatelier 原理：如果对平衡

7、体系施加外部影原理：如果对平衡体系施加外部影响响(如温度、压强或浓度如温度、压强或浓度)，平衡将向着减小该影，平衡将向着减小该影响的方向移动。具体见下表。响的方向移动。具体见下表。15条件的改变条件的改变化学平衡化学平衡平衡常数平衡常数K 定温下增加反应物浓定温下增加反应物浓度度向生成物方向移动向生成物方向移动不变不变定温下增加总压强定温下增加总压强(气气相反应相反应)向气体分子数减少方向向气体分子数减少方向移动移动( n = 0的反应，的反应，平衡不移动平衡不移动)不变不变定压下升高温度定压下升高温度向吸热方向进行向吸热方向进行改变改变其他条件不变，加催其他条件不变，加催化剂化剂无影响无影响

8、不变不变外界条件对化学平衡的影响外界条件对化学平衡的影响注意：体积增大相当于浓度减小或压强减小；而体积减小注意：体积增大相当于浓度减小或压强减小；而体积减小相当于浓度或压强的增大。相当于浓度或压强的增大。162. 平衡常数与温度间关系：平衡常数与温度间关系：2112mr12lnTTTTRHKK17有关化学平衡的计算题的解题思路有关化学平衡的计算题的解题思路v1、写出化学反应方程式、写出化学反应方程式v2、写出反应物的起始浓度、写出反应物的起始浓度v3、写出各种物质的平衡浓度、写出各种物质的平衡浓度v4、写出平衡常数表达式、写出平衡常数表达式v5、将各种物质的平衡浓度代入平衡常数表达、将各种物质

9、的平衡浓度代入平衡常数表达式中式中v6、解方程。、解方程。18 27oC时，反应时，反应2NO2(g) N2O4(g) 达到平衡时，反应物和产物的分压分别为达到平衡时，反应物和产物的分压分别为p1和和p2。写出。写出Kc，Kp和Kp的表达式，并求出的表达式，并求出pcKK(以以p=100kPa计算）。计算）。例题例题1：19 2NO2(g) N2O4(g) 平衡时分压平衡时分压 p1 p2故故RTppRTKKppppKnpcp2122122242)()g ,NO()g ,ON(解：解：202242NOONcKRTppRTpRTp2122NOON)(2422122122242)()g ,NO()

10、g ,ON(ppppppppppppKRTPVn 212242NOONccKp注意：注意：Kc的单位是的单位是(moldm-3)-1，而，而Kp 是量纲为是量纲为1的量，的量，R的的取值应为取值应为8.314 103 Pa dm3 mol-1 K-1。212212ppRTpppRTppKKc标准浓度标准浓度c (= 1 mol dm-3)只适用于只适用于液相反应液相反应，不能，不能用于气相反应。用于气相反应。221 -31 -1 -33moldm 94.24 Pa 1000100K 300KmoldmPa 10314. 8 pRTKKpc所以1 -31 -1 -3moldm 94.24 kPa

11、 100K 300KmoldmkPa 314. 8 pRTKKpc或者23 某温度下，某温度下，100kPa时反应时反应 2NO2(g) N2O4(g) 的标准平衡常数的标准平衡常数K=3.06，求，求NO2的平衡转化率。的平衡转化率。例题例题2：24 2NO2(g) N2O4(g) 反应前反应前/mol 1 0平衡时平衡时/mol x (1-x) 平衡时平衡时n总总= x + (1-x) = (1+x) xxxxppxxxxpxxxxxxxiii11 12 )1 ()1 (kPa 100 )1 (2 kPa 100 11)1 (21)1 (21 )1 (21 平衡时平衡时解：解：25%5 .

12、72%100mol 1mol)275. 01 ( NO275. 0 124.13 06. 3 4)1)(1 (1211)g ,NO()g ,ON(22222242平衡转化率为解得整理得xxxxxxxxxppppK26例题例题3v某温度下，反应某温度下，反应N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) 的的Kc=0.77mol-2.dm-3。v用计算结果判断，当用计算结果判断，当cN2=0.81mol.dm-3, cH2=0.32mol.dm-3, cNH3=0.15mol.dm-3时，时，反应进行的方向。反应进行的方向。27解：解： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) t时刻浓度时刻浓

13、度(mol dm-3) 0.81 0.32 0.1562-333233HN2NHdmmol 85. 0 )dmmol32. 0()dmmol81. 0()dmmol15. 0( 223cccQc28在比较反应商在比较反应商Q与平衡常数的大小时，要与平衡常数的大小时，要注意：注意：Qc与与Kc比较，比较，Qp与与Kp比较，比较，Q 与与K 比较。比较。因为因为Qc (= 0.85 mol-2 dm6) Kc (= 0.77 mol-2 dm6)，所以反应逆向进行。，所以反应逆向进行。29例题例题4v一定量的氯化铵受热分解一定量的氯化铵受热分解NH4Cl(s)vNH3(g)+HCl(g)。已知反应

14、的。已知反应的 rHm=161kJmol-1, rSm =250Jmol-1K-1, 求在求在700K达到平衡时体系的总压强。达到平衡时体系的总压强。30解：解：依题设条件可得依题设条件可得 rGm = rHm T rSm= 161 1000 Jmol-1 700 K 250 Jmol-1K-1= 14000 Jmol-1由于由于 rGm = RTlnK ，所以，所以lnK = rGm /RT= 14000 Jmol-1/(8.314 Jmol-1K-1 700 K)= 2.41故故 K = 1131kPa 103 . 33 . 3)g ,NH( 3 . 3)g ,NH( 11)g ,NH(

15、),g HCl,()g ,NH( 11)g HCl,()g ,NH(2332333ppppppppppppK所以故有因为kPa 106 . 6kPa 103 . 32 )g ,NH(2)g HCl,()g ,NH( 2233pppp总32例题例题5v某温度时将某温度时将2.00molPCl5与与1.00molPCl3相混合，相混合，发生反应发生反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g),平衡时平衡时总压为总压为202kPa, PCl5(g) 转化率为转化率为91%。求该。求该温度下反应的平衡常数温度下反应的平衡常数Kp和和K。33解：解： PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

16、起始时的量起始时的量/mol 2.00 1.00 0平衡时的量平衡时的量/mol 2.00(1-0.91) 1.00+2.00 0.91 2.00 0.91 = 0.18 = 2.82 = 1.82 xi摩尔分数摩尔分数 0.18/4.82 2.82/4.82 1.82/4.82 pi /kPa 0.18 202/4.82 2.82 202/4.82 1.82 202/4.82 相对相对pi 10082. 420218. 010082. 420282. 210082. 420282. 134kPa 1020. 1 kPa82. 420218. 0kPa82. 420282. 2kPa82. 4

17、20282. 13pK所以所以1210082. 420218. 010082. 420282. 2 10082. 420282. 1K35例题例题6v反应反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 200oC时时的平衡常数的平衡常数K1=0.64, 400oC时的平衡常数时的平衡常数 K2=6.010-4，据此求该反应的标准摩尔反，据此求该反应的标准摩尔反应热应热rHm和和NH3(g)的标准摩尔生成热的标准摩尔生成热fHm。36解：解： 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)141 -1 -121221mr2112mr12molkJ 92K20064. 0100 . 6lnKmol

18、8.314JK673K473 ln ln TTKKRTTHTTTTRHKK所以，因为37 rHm = 2 fHm (NH3, g) fHm (NH3, g) = 1/2 rHm =1/2 ( 92 kJ mol-1) = 46 kJ mol-1 38某化合物某化合物A的水合晶体的水合晶体A3H2O脱水反应过程：脱水反应过程： A3H2O(s) = A2H2O(s) + H2O(g) K1 A2H2O(s) = AH2O(s) + H2O(g) K2 AH2O(s) = A (s) + H2O(g) K3 为使为使A2H2O晶体保持稳定晶体保持稳定(不发生潮解或风化不发生潮解或风化)，则容器中水蒸气压则容器中水蒸气压p(H2O)与平衡常数的关系应满与平衡常数的关系应满足足(A) K2 p(