第三章 化学平衡.ppt

1、第五章 化学平衡,第一节 化学反应的可逆性和化学平衡,一、可逆反应：在同一条件下，某一反应既能向正反应方向又能向逆反应方向进行。 二、化学平衡： 化学平衡：当可逆反应进行到正、逆反应速率相等时的状态。,化学平衡是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。,化学平衡是一种动态的平衡。,什么是化学平衡？,问题1：,注意,2.化学平衡状态具有以下几个重要特点： （1）正向反应和逆向反应的反应速率相等是化 学平衡建立的条件。V正=V逆0 （2）化学平衡是可逆反应进行的最大限度。反应物与生成物的浓度不再随时间改变，这是建立平衡的标志。（平衡浓度确定不变）,

2、（3）化学平衡是相对的和有条件的动态平衡，当外界因素改变时，正、逆反应速率发生变化，原有平衡将受到破坏，直至在新条件下又建立起新的化学平衡。（化学平衡是一个有条件的动态平衡）,可逆程度显著的反应：,逆向的倾向较弱的反应：,不可逆反应（极少数）：,前提：恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应,条件：正、逆反应速率相等,标志：各物质浓度不随时间改变,化学平衡是相对的有条件的平衡,第二节 标准平衡常数及其计算,标准平衡常数,以热力学为基础，根据热力学关系而得到的平衡常数称为热力学平衡常数或标准平衡常数（K）。,第二节 标准平衡常数及其计算,一、标准平衡常数 的表达式,相对平衡浓度,物质B的化学计量数,

3、标准浓度,产物,反应物,稀溶液中反应的标准平衡常数,稀溶液中反应的标准平衡常数表示方法,标准平衡常数,标准物质的量浓度,B的相对平衡浓度,该式表明：在一定温度下，稀溶液中的可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的相对平衡浓度以化学计量数为指数的幂的乘积是一个常数。,第二节 标准平衡常数及其计算,相对平衡分压,物质B的化学计量数,标准压强,产物,反应物,气体混合物反应的标准平衡常数,气体混合物反应的标准平衡常数,标准平衡常数,标准压力,B的相对平衡分压,该式表明：在一定温度下，气体混合物中的可逆反应达到平衡时，反应物和生成物的相对平衡分压以化学计量数为指数的幂的乘积是一个常数。,第二节 标准平衡常数

4、及其计算,非均相反应的标准平衡常数,在平衡常数的表达式中，各物质均已各自的标准态为参考态。物质为气体，则以标准压强作参考；物质是溶液中的溶质，则以标准浓度为参考；若是液体或固体，其参考态为纯液体或纯固体，所以液体和固体状态可以不出现在平衡常数的表达式中（稀溶液中的溶剂经常也这么处理）。,非均相反应的标准平衡常数,注意,纯固体、纯液体和稀溶液中的溶剂的浓度不应出现在反应式中。,练习一：写出下面可逆反应的标准平衡常数关系式：,Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq),多重平衡规则,将两个独立反应相加（减），所得总反应的标准平衡常数等于这两个相加（减）反应的标准平

5、衡常数之积（商）。,第二节 标准平衡常数及其计算,使用标准平衡常数时应注意事项,? 标准平衡常数的值与浓度无关，只与温度有关,? 标准平衡常数的表达式和值与方程式的写法及系数有关,? 标准平衡常数表达式中的浓度为平衡浓度,( )1/2,=( )-1,标准平衡常数的意义：,1.表明化学反应进行限度的物理量。 2.在一定的温度下，不同的化学反应各有其特定的标准平衡常数。 3.标准平衡常数的数值越大，达到平衡时生成物的分压或浓度越大，而反应物的分压或浓度越小，反应正向进行的程度就越大；标准平衡常数的数值越小，达到平衡时生成物的分压或浓度越小，而反应物的分压或浓度越大，反应正向进行的程度就越小。,化学

6、平衡的计算,例一：某温度时，反应,中的标准平衡常数为9。若用0.020molCO(g)和0.020molH2O(g)作用于1L容器中，计算在这种条件下，CO的转化率最大是多少？,平衡转化率是在一定条件下理论上所能达到的最大转化率。,解：设平衡时有xmol的CO2和H2生成,x=0.015mol,例题：定温定容下，GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4 (g) ：,若反应开始时，GeO和W2O6 的分压均为100.0kPa，平衡时 GeWO4 (g) 的分压为98.0kPa。求平衡时GeO和W2O6的分压以及反应的标准平衡常数。,2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4

7、(g),p(W2O6)=100.0 kPa - kPa=51.0 kPa,p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa,解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g),平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0- 98.0,开始pB/kPa 100.0 100.0 0,变化pB/kPa -98.0 - 98.0,平衡转化率：,解：pV = nRT 因为T 、V 不变，pnB,p0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPa p0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa,反应开始时c0(C

8、O)=0.0350molL-1， c0(Cl2)=0.0270molL-1， c0(COCl2)=0。计算373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。,例题：已知反应CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) 在定温定容条件下进行,373K时K =1.5108。,开始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0 开始pB/kPa 108.5 83.7 0 假设Cl2全部转化 108.5-83.7 0 83.7 又设COCl 2转化x x x -x 平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x,解： CO(g)+Cl2 (g) COCl 2(g),平衡时:p(CO)=24

9、.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa,假设 83.7-x 83.7， 24.8+x 24.8 。,因为K 很大，x很小，,第三节 化学平衡的移动,当外界条件发生改变，可逆反应从一种平衡状态转变到另外一种条件下的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。,反应商,任意稀溶液中反应的浓度商的表示方法,浓度商,cD、cH、cE和cF为任意时刻D、H、E、F的物质的量浓度,浓度对化学平衡的影响：,定性：在平衡体系中，如果其他条件不变，增大（或减小）其中某物质的浓度，平衡就向减小（或增大）该物质浓度的方向移动。 定量：,用浓度商判断反应进行的方向,反应处于平衡状

10、态,正方向自发进行,逆方向自发进行,反应商判据：,JK 反应正向进行；,J = K 系统处于平衡状态；,J K 反应逆向进行。,(1)当c(Ag+)=1.00 10-2molL-1, c(Fe2+)=0.100 molL-1, c(Fe3+)= 1.00 10-3molL-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0.300 molL-1,求Ag+ 的转化率。,例题：25oC时，反应 Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag

11、(s) 的K =3.2。,解：(1)计算反应商，判断反应方向,JK , 反应正向进行。,开始cB/(molL-1) 0.100 1.0010-2 1.0010-3 变化cB/(molL-1) -x -x x 平衡cB/(molL-1) 0.100-x 1.0010-2-x 1.0010-3+x,(2) Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s),c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.8410-2 molL-1 c(Fe3+)= 2.6 10-3molL-1,3.2x21.352x2.210-3=0 x=1.610-3,(3)求 Ag+ 的转化率,平

12、衡 0.300- 1.0010-2 1.0010-3+ cB/(molL-1) 1.0010-22 (1- 2) 1.0010-2 2,(4) 设达到新的平衡时Ag+ 的转化率为2,Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s),压力对化学平衡的影响 1.压力的改变有两种情况： （1）改变气体的分压； （2）改变体系的总压力。 2.改变气体的分压： 与改变其物质的浓度情况相同。 3.改变体系的总压力:,对于气体分子数增加的反应，B(g) 0， x B(g) 1，JK ，平衡向逆向移动，即向气 体分子数减小的方向移动。,对于气体分子数减小的反应 ，B(g) 0， x B(g

13、) 1， J K ，平衡向正向移动，即 向气体分子数减小的方向移动。,对于反应前后气体分子数不变的反应， B(g) =0， x B(g) =1， J = K ，平衡不 移动。,任意气体混合物反应的压力商,压力商,分别为D、H、E、F在任意时刻的分压。,用反应商判断反应进行的方向,反应处于平衡状态,正方向自发进行,逆方向自发进行,解释1：,为什么增大反应物浓度或减小生成物浓度使平衡向正反应方向进行？,正方向自发进行,解释2：,为什么单一增大反应物分压或单一减小生成物分压使平衡向正反应方向进行？,正方向自发进行,解释3：,为什么在恒温恒容的气体混合物反应中充入惰性气体，不影响平衡？,平衡状态,解释

14、4：,为什么在恒温恒压的气体混合物反应中充入惰性气体，平衡向分子数目增大的方向进行？,在惰性气体存在下达到平衡后，再定 温压缩, B(g) 0，平衡向气体分子数减小 的方向移动, B(g) =0，平衡不移动。,对定温定压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，如果 B(g) 0，平衡向气体分子数增大的方向移动。,对定温定容下已达到平衡的反应， 引入惰性气体，反应物和生成物pB不变， J= K ，平衡不移动。,惰性气体的影响,解释5：,为什么增大气体反应的总压力，会使反应向气体分子数目减小的方向移动？,现使体系压力增大m倍，则气体的分压也增大m倍,如果(d+h)(e+f)0,如果(d+h)(e+f)0,逆方向,正方向,温度对化学平衡的影响：,定性：升高温度，有利于吸热反应，这时，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，有利于放热反应，平衡向放热反应方