无机化学--第3章化学平衡ppt课件

1、n一一. 化学反应的可逆性化学反应的可逆性Reversibility和可逆反应和可逆反应Reversible reactions）n绝大多数化学反应都有一定可逆性：绝大多数化学反应都有一定可逆性：n 例如例如: CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (水煤气水煤气) 可逆性显著可逆性显著n N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 可逆性可逆性显著显著n Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s) 可逆程可逆程度小度小n只有极少数反应是只有极少数反应是“不可逆的不可逆的” （单向反应）（单向反应） ：n 例如：例如：2 KClO3 (s) = 2 K

2、Cl(s) + 3 O2(g)n 可逆反应可逆反应在同一条件温度、压力、浓度等在同一条件温度、压力、浓度等下，能同时向两个相反方向进行的反应。下，能同时向两个相反方向进行的反应。n 无机化学无机化学“可逆反应可逆反应”热力学热力学“可逆过程可逆过程”n （无机化学（无机化学“可逆反应多数为热力学可逆反应多数为热力学“不可逆不可逆过程过程”）二、化学平衡的概念n（一定义（一定义可逆反应在一定条件下，正反应速率等于可逆反应在一定条件下，正反应速率等于逆反应速率时，反应体系所处的状态，称为逆反应速率时，反应体系所处的状态，称为“化学平化学平衡衡”。n例例1： H2O(g) + CO(g) H2(g)

3、 + CO2(g)H2O(g) + CO(g) H2(g) + CO2(g)二、化学平衡的概念续）n例例2：N2O4(g) 2 NO2(g)n 无色无色 红棕色红棕色n 在在373 K恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色不再变化，显示已达平衡，测得平衡时不再变化，显示已达平衡，测得平衡时N2O4、NO2浓度见下表）。浓度见下表）。n次序次序 起始浓度起始浓度 浓度变化浓度变化 平衡浓度平衡浓度 NO22 /N2O4n /moldm-3 /moldm-3 /moldm-3n1 从反应从反应 N2O4 0.100 -0.060 0.040 0.36n 物开始

4、物开始 NO2 0 +0.120 0.120 n2 从产物从产物 N2O4 0 +0.014 0.014 0.37n 开场开场 NO2 0.100 -0.028 0.072 n3 从反应混从反应混 N2O4 0.100 -0.030 0.072 0.37n 合物开始合物开始 NO2 0.100 +0.060 0.160 二、化学平衡的概念续）n平衡时平衡时 NO22 /N2O4不变，不变，n 即达到一个即达到一个“常数常数”称为称为“平衡常数平衡常数”（K）。）。n N2O4(g) 2 NO2(g)n K = NO22 /N2O4n = 0.37 （373 K）n（二平衡常数（二平衡常数Equ

5、ilibrium constants）n 1.定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，产物定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，产物浓度的方程式计量系数次方的乘积与反应物浓度计量系浓度的方程式计量系数次方的乘积与反应物浓度计量系数次方的乘积之比，为一常数，称为数次方的乘积之比，为一常数，称为“平衡常数平衡常数”。n 符号：符号：K 。这一规律称为。这一规律称为“化学平衡定律化学平衡定律”。 （二平衡常数续）（二平衡常数续）n2. 平衡常数的意义平衡常数的意义n 表示在一定条件下，可逆反应所能进表示在一定条件下，可逆反应所能进行的极限。行的极限。n K，正反应彻底，正反应彻底。n 通常：通常：

6、K 107，正反应单向，正反应单向n K Krn逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加的逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加的方向移动，以消除总压力降低的影响。方向移动，以消除总压力降低的影响。 3-3化学平衡的移动续）n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n把把vant Hoff等温式与吉布斯一赫姆霍兹等温式与吉布斯一赫姆霍兹方程结合来讨论。方程结合来讨论。n封闭体系，热力学平衡常数封闭体系，热力学平衡常数Kr或或K ）只是温度只是温度T 的函数。的函数。n推导推导Kr与与T 的关系的关系:3-3化学平衡的移动续）n由标态下由标态下vant Hoff等温式等温式n G = -R

7、T lnKr (封闭体系、等温、不封闭体系、等温、不做非体积功做非体积功)n标态下吉一赫方程为：标态下吉一赫方程为：n G = H - TS n (封闭体系、等温、封闭体系、等温、不做非体积功不做非体积功)n代入上式代入上式 得，得，n H - TS = -RTlnKr n lnKr = (-H/ RT ) + (S / R) （3-10）n （3-10式称为式称为vant Hoff方程方程. 3-3化学平衡的移动续）nT 不大，无相变：不大，无相变：n HT H298 , ST S298 nlnK1r = (-H/RT1) + (S /R) （1）nlnK2r = (-H/RT2) + (S

8、 /R) （2）n（2）- （1）：）：nln(K2r /K1r )n = (H/R) (T2 -T1)/ (T2T1) (3-11)n 3-3化学平衡的移动续）lnK2r /K1r ）= (H/R) (T2 -T1)/ (T2T1) H 0 吸热吸热, T2 T1 : K2r K1r H 0 放热放热, T2 T1 : K2r K1r温度温度 （ T2 T1 ），平衡向吸热反应方向），平衡向吸热反应方向 挪动，且挪动，且Kr 改变：正反应吸热：改变：正反应吸热：K2r K1r ； 正反应放热：正反应放热： K2r K1r .温度温度（T2 T1 ），平衡向放热反应方向），平衡向放热反应方向

9、挪动，且挪动，且Kr 改变：正反应放热：改变：正反应放热：K2r K1r ； 正反应吸热：正反应吸热： K2r K1r .3-3 化学平衡的移续）例：例：N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) H = - 92.2 kJ.mol-1 ( 放热放热) T1 = 298 K， Kp1 = 6.2105 T2 = 473 K ， Kp2 = 6.210-1 T3 = 673 K ， Kp3 = 6.010-4 即：即： T ，平衡向吸热反应逆反应的，平衡向吸热反应逆反应的方向移动，且方向移动，且K 。 或：或： T ，平衡向放热反应正反应的，平衡向放热反应正反应的方向移动，且方向移动，

10、且K ；3-3 化学平衡的移动续）求求H和和S值值: 由由3-10式教科书式教科书P.63，4-23式）式）: lgKr = (-H/ 2.303RT ) + (S / 2.303R) 在不同温度在不同温度T ）下测定）下测定Kr数值，数值， 作出作出 lgKr (1/T ) 图教科书图教科书P.63，图，图4-1） 。 斜率：斜率：(-H / 2.303R) 截距：截距：(S / 2.303R) 可求出热力学函数可求出热力学函数H和和S值。值。 3-3 化学平衡的移动续）n一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响n提高物反应物浓度，平衡向正反应方向移，但提高物反应物浓度，平衡向正反应

11、方向移，但n Kr 不变。不变。n二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响n 提高总压力，平衡向气体分子总数减小的反提高总压力，平衡向气体分子总数减小的反应方向移动，但应方向移动，但Kr 不变。不变。n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n温度温度 ，平衡向吸热反应方向移动，平衡向吸热反应方向移动，n 且且K r 改变。改变。3-3 化学平衡的移动续）n小结：浓度、压力、温度对平衡的小结：浓度、压力、温度对平衡的影响影响 Le-Chateliers Principle勒勒一夏特里原理）。一夏特里原理）。n 对于已达平衡的体系，若改变对于已达平衡的体系，若改变平衡体系的条件浓度、压力、温平衡体系的条件浓度、压力、温度之一，平衡将向解除这一改变度之一，平衡将向解除这一改变的方向移动。的方向移动。 四、催化剂n 使用正催化剂能同等程使用正催化剂能同等程度地提高正、逆反应的速率，缩度地提高正、逆反应的速率，缩短达到平衡所