无机化学第三章化学平衡市公开课一等奖课件省赛课获奖课件

第三章化学平衡ChemicalEquilibrium1/45化学反应研究几个主要问题(3)反应所需时间，反应速率。

(动力学问题)(1)化学反应方向；(2)反应转化率，化学平衡问题；

(热力学问题)2/45第一节、化学反应可逆性第二节、平衡常数及其应用第三节、标准平衡常数(K

)和自由能变第四节、化学平衡移动3/45第一节、化学反应可逆性一、化学反应可逆性定义

在一定条件下，一种化学反应既可按方程式从左向右进行，又可从右向左进行，这便叫做化学反应可逆性。绝大多化学反应都有可逆性；

可逆程度大可逆程度小可逆反应与热力学可逆途径区分

同一反应在不一样条件下，体现出可逆性也是不一样。4/452、平衡状态

化学平衡鲜明特点：---平衡是动态（反应并没有停顿）v正

=v负5/45一、经验平衡常数（试验平衡常数）第二节平衡常数及其应用Kc=

1.溶液中反应Kc为浓度平衡常数，单位：(mol·dm-3)n

Δn=0时，Kc无量纲

n

0时，Kc有量纲

n=(x+y)–(m+n)

[A],[B],[C],[D]分别为A,B,C,D在平衡时浓度；6/45

Kp=

2.气相反应①压力平衡常数pC、pD、pA、pB

为

气态物质A、B、C、D平衡时分压Kp为压力平衡常数，量纲:Pan

(kPa)n(atm)n

n=0时，Kp无量纲

n

0时，Kp有量纲

n=(x+y)–(m+n)

7/45

KC=

浓度平衡常数,Kc

③

KP与Kc关系若反应物、生成物都近乎抱负气体，根据气态方程：n

=0时，Kp=Kc

pv=nRT，∴p=cRT

只应用于单纯气态反应8/45

反应物或生成物中同步存在液相、气相、固相反应。这种复杂反应平衡常数，既不是Kp，也不是Kc，可用K表达，称为杂平衡常数。3.复相反应K单位：Pa·(mol·dm

3)

1，kPa·(mol·dm

3)

1，

atm·(mol·dm

3)

1，气体用分压表达，溶液用浓度表达，纯液相和纯固相不出目前平衡常数体现式中。9/45二、标准平衡常数

(K

)

以平衡时反应物及生成物相对压力，相对浓度数值应用到平衡常数体现式中，即得标准平衡常数。相对浓度或相对压力表达物质量相对大小，无量纲；平衡时，它们之间数值上关系定义为相对平衡常数K

c

为标准状态浓度，c

=1mol·dm-3

p

为标准压强，p

=1atm=1.0105Pa则平衡时各物质相对浓度或相对压力为：10/45aA＋bBcC＋dD对于气相反应对于溶液中反应:p

为标准压强

=1.0105Pac

为标准浓度1mol·dm

311/45对复相反应e.g.Zn(s)+2H+(aq)H2(g)+Zn2+(aq)

aA(s)＋

bB(aq)cC(aq)＋

dD(g)12/45三、平衡常数意义表达在一定条件下，可逆反应所能进行极限，平衡常数K越大，说明正反应进行越彻底。一般可以为：当K>107

，正反应进行彻底（正反应可视为完全反应）；

当K<10-7

，逆反应进行彻底（逆反应可视为完全反应）；

当K=10-7~107

，为可逆反应四、平衡常数几点说明：

平衡常数只是温度函数，与反应物或产物初始浓度无关。13/45

平衡常数不包括时间概念，不包括反应速率。平衡常数体现式需与反应方程式相对应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

K1=1.60

10

5

½N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87

10

2

K1

K2

，K1=K2214/45多重平衡规则

若干方程式相加(减)，则总反应平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)。2NO(g)+O2(g)2NO2(1)K1

2NO2(g)N2O4(2)K2

2NO(g)+O2(g)N2O4(g)(3)K3

=K1K2

C(s)+CO2(g)2CO(g)(1)K1=K2/K3

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)(2)K2CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(3)K3

Example1.Example2.15/45纯固体与纯液态在平衡常数体现式中不出现；Example2：

Ca2CO3(s)CaO（s）+CO2(g)Example1：

Cr2O72+H2O2CrO42+2H+

16/45根据平衡常数（Kc

或

K

)求算反应物或产物平衡浓度利用试验数据求经验平衡常数(Kc)及相对平衡常数K。求反应物转化率。五、化学平衡计算17/45

K

例3-1:合成氨反应在500ºC建立平衡

p(NH3)=3.53106Pa,p(N2)=4.13106Pa,p(H2)=12.36106Pa,求该反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)相对平衡常数

K

与经验平衡常数Kp，Kc。解：

N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)平衡压力(106Pa)4.1312.363.53Kp=Kc(RT)△n

△n=-2Kp＝1.59810-15(Pa)-2=1.6310-5

Kc=Kp/(RT)-2

=

6.6010-8mol-2·L218/45解：CO(g)

+

H2O(g)

=

CO2(g)＋H2(g)初浓/mol·dm-32/102/1000平衡/mol·dm-30.2-x0.2-xxx解得:[CO2]=0.1mol·dm-3=[H2]=[CO]=[H2O]转化率

=0.1/0.2×100%=50%例3-2：在一种10L密闭容器中，以一氧化碳与水蒸气混合加热时，存在下列平衡,CO(g)

+

H2O(g)

CO2(g)

＋H2(g),在800ºC时，若Kc=1,用2molCO及2molH2O互相混合,加热到800ºC,求平衡时多种气体浓度以及CO转化为CO2百分率。19/45解：2HI(g)=H2(g)

+I2(g)

初/mol·dm-3200平/mol·dm-32-2xxx例3-3：在高温时2HI(g)=H2(g)

+I2(g)

分解,在密闭容器中2mol·dm-3HI,在440℃时达成化学平衡，其Kc=2×10-2，求HI分解率。x=0.2204mol·dm-3

Kc=分解率=×100%

=

22.4%=2×10-220/45第三节标准平衡常数K

和

rGm

关系

平衡状态:在任意状态:

cA

和cB:A和B在平衡状态浓度Q为反应商K为平衡常数cA

和cB:A和B在任意状态浓度一、反应商Q和化学反应方向21/45若

Q>K

c,反应逆向进行若Q<K

c,反应正向进行

若

Q=K

c,体系处于平衡状态

通过比较K

和某一时刻反应商Q来判断该时刻反应进行反向22/45

标准状态，298K

标准状态，任意温度（TK）

rGm

＝rHm

-298rSm

rGm

＝

fGm

(产物)-

fGm

(反应物)

rGm

＝rHm

-TrSm

二、化学反应自发性判据（复习）●标准状态，恒温恒压

rGm

<0，自发；

rGm

>0，非自发；

rGm

=0，平衡状态.23/45●任意状态——非标准态下:rGm<0，自发过程；

rG

m>0，非自发过程；

rGm=0，平衡状态。G=G

+RTlnQ

——Van’tHoff化学反应等温式Q称为某时刻反应商

大多数化学反应都是在非标准状态下反应，那么

rGm、rGm

之间关系？

G和

G

和平衡常数又有什么关系？Question:24/45

反应mA(g)+nB(g)qC(g)有关反应商

Q说明Q

与K

不一样之处。PA

，PB，PC分别代表反应物和生成物任意时刻分压，则应除以1.0×105KPa，得相对压力，然后再进行计算。若式中PA

，PB，PC

都等于标准压力，则lgQ=0，

G=G

即，热力学标准态。反应商Q三、Van‘tHoff化学等温方程式25/45四、标准平衡常数K

和

rGm

关系mA(g)+nB(g)qC(g)van‘tHoff

化学等温方程式：若体系处于平衡状态，则

G＝0＝

G

+2.303RTlgKp

＝0Kp

或26/45例3-4(a)

：用

G

＝－2.303RTlgKp

和

fG

m，求合成氨反应

G

m(298K),再进而计算298K时Kp

rG

m(298K)=2×fG

mNH3(g)－

fG

mN2(g)－3×

fG

mH2(g)

＝－33KJ·mol-1

－33＝－2.303a×0.00831×298lgKp

Kp

=6.2×105N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

G

＝－2.303RTlgKp

解：如何求不一样温度下G

(T)和标准平衡常数K

？(T≠298K)27/45解:G

(298)＝-33KJ·mol-1H

(298)=-92.2KJ·mol-1S

(298)=-0.199J·mol-1·K-1G

(673)=H

-TS

=

-92.2–673×(-0.199)=41.7KJ·mol-1-G

(673)=2.30RTlgKp

(673)lgKp

(673)=-3.24Kp

(673)

=5.8×10－4例3-4(b)

：求673K时

G

(673K)和

Kp

(673K).设在298K至673K范围内

H

和

S

不随温度而变28/45五、非标准状态下化学反应自发性判据rGm<0，自发过程；

rG

m>0，非自发过程；

rGm=0，平衡状态。若

Q>K

c,反应逆向进行若Q<K

c,反应正向进行

若

Q=K

c,体系处于平衡状态

二者之间存在着内在联系。29/45G

＝－2.303RTlgKp

GT

=－2.303RTlgKp

+2.303RTlg

Q

＝2.303RTlg——QKp

GT=G

+2.303RTlgQVan‘tHoff化学等温方程式

rGm<0,自发过程；

rGm>0,非自发过程；

rGm=0,平衡状态(Q/Kp

<1或

Q<K

)(Q/Kp

>1或

Q>K

)(Q/Kp

＝1或

Q=K

)30/45例3-5:某反应A(s)→B(s)+C(g)已知

G

(298)=40J·mol-1。问：(1)该反应在

298K时

Kp

.(2)当Pc

=1.0Pa=1.0×10-5bar时，该反应能否自发进行？解：G

＝－2.303RTlgKp

∴

lg

Kp

=-————=….=-7.02G

(298)2.303RT

Kp

=9.5×10-8(a)(b)

G

=2.303RTlgQ/Kp

=2.303×8.31×10-3×298×lg————=+12kJ·mol-11.0×10-59.5×10-8

G>0，反应不能自发进行。31/45例3-6:求下列反应298K

K

cNH3(aq)+H2O(l)＝NH4+(aq)+OH-(aq)解：G

(298)=

Gf

NH4+(aq)+

Gf

OH-(aq)-

Gf

NH3(aq)-

Gf

H2O(l)

=…=+27.1kJ·mol-1G

(298)＝－2.303RTlgKc

lg

Kc

=-————=-4.75G

(298)2.303RTKc

=1.8×10-5热力学证明：Van’tHoff等温式也适用于溶液体系32/45第四节、化学平衡移动勒沙特列原理：当外界条件发生变化时（如温度、压力或浓度），平衡将向着减小该影响方向移动。

当外界条件发生变化后，可逆反应从一种平衡状态变到另一种平衡状态过程叫做化学平衡移动。从反应商Q变化和平衡常数K变化两方面来考虑为何平衡会朝着减小外部影响方向进行33/45=-2.303RTlgKp

+2.30RTlgQ

=2.303RTlgQ/Kp

G=G

+2.303RTlgQ

增大反应物浓度（或分压），减小生成物浓度时（或分压），Q

减小，

G<0,平衡正向移动，

减小反应物浓度（或分压），增大生成物浓度时（或分压），Q

增大，

G>0，平衡逆向移动。一、浓度对平衡影响aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),

34/45例3-7.(1)计算反应

H2O(g)+CO(g)＝H2(g)＋CO2(g)在673K时平衡常数。

Solution

CO(g)＋H2O(g)＝H2(g)＋CO2(g)

fHm

/kJ·mol-1-110.52-241.820

-393.5

Sm

/J·mol-1K-1197.56188.72

130.57

213.64

rHm

=41.16kJ·mol-1,

rSm

=-42.07J·mol-1K-1

rGm

(673)＝

rHm

-T

rSm

rGm

＝-RTlnK

=41.16-673(-42.07)/1000=-12.85kJ·mol-1

lnKT

=12.851000/8.314673=2.297

K

=9.9435/45例3-7

(2)若CO

和H2O

起始浓度分别为

2mol·dm-3,计算CO(g)在673K时最大转化率。

CO(g)＋H2O(g)＝CO2(g)+H2(g)

初始2.02.000

平衡2.0-x2.0-xxxx=1.52moldm-3

Solution36/45例3-7

(c)

H2O起始浓度变为4mol·dm-3，CO最大转化率为多少？

CO(g)＋H2O(g)＝CO2(g)+H2(g)初始

2.04.000平衡2.0-y4.0-yyyy=1.84moldm-3,解：37/45二、压力对平衡影响

在恒温恒容条件下，加入（或移去）气态反应物或生成物

在恒温恒容条件下加入惰性气体

体系体积发生变化使体系压力发生变化三种途径：---其本质是增大总压，但反应物或生成物分压并未发生变化。---其本质是造成反应物或生成物浓度变化---其本质是造成反应物或生成物浓度变化38/45

平衡状态:

若体系总压p总增大为本来2倍:∵pi

=p总xi

∴各组分气体分压