大学无机化学之化学平衡.ppt
第三章 化学平衡原理3.3 化学平衡的移动化学平衡的移动3.2 标准平衡常数的应用标准平衡常数的应用3.1 标准平衡常数标准平衡常数3.1 标准平衡常数标准平衡常数3.1.3 标准平衡常数的实验测定标准平衡常数的实验测定3.1.2 标准平衡常数表达式标准平衡常数表达式3.1.1 化学平衡的基本特征化学平衡的基本特征化学反应的限度化学反应的限度 1、高炉中的炼铁反应为： Fe2O3+ 3CO = 2Fe+3CO2 2、合成氨反应： N2+3H2 NH3 N2 转化率最大为65.1% 3、KClO3 = 2KCl + O2 作催化剂MPaFeC4 .3040000 0.0100 0.0100 0 7.60 02000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20 0.204 4850 0.00213 0.00213 0.0157 0.345 0.343 反应开始 ：c(H2),c(I2) 较大, c(HI) = 0, r正较大,r逆为 0；反应进行：c(H2),c(I2)减小,r正减小,c(HI)增大,r逆增大；某一时刻：r正= r逆，系统组成不变，达到平衡状态。大多数化学反应都是可逆的。例如：3.1.1 化学平衡的基本特征化学平衡的基本特征t/s1Lmol/c11sLmol2HI(g) (g)I(g)H22r正106 r逆107 r正r逆r/(molL-1s-1)2HI(g) (g)I(g)H22化学平衡：特征：（1）系统的组成不再随时间而变。（2）化学平衡是动态平衡。（3）平衡组成与达到平衡的途径无关。 在一定条件下，可逆反应处于化学平衡状态：r正=r逆0实验编号起始浓度/(mol/L)平衡浓度/(mol/L)COH2OCO2H2CO2H2COH2OCO2H2COH2O12340.0100.0100.01000.0100.0200.0100000.0010.0020000.0200.00400.00220.00410.00820.00400.01220.00410.00820.00600.00780.00690.01180.00600.00780.00590.01182.32.42.42.4CO2H2COH2O 无论反应是从反应物开始，还是从产物开始，最后达到化学平衡。无论反应是从反应物开始，还是从产物开始，最后达到化学平衡。 起始浓度不同会导致平衡时各物质的浓度不同，但平衡浓度按特定组合的起始浓度不同会导致平衡时各物质的浓度不同，但平衡浓度按特定组合的 值却都是值却都是2.42.4。是一个常量，该常量被称为实验平衡常数。是一个常量，该常量被称为实验平衡常数。 对于许多其他可逆反应，由大量实验结果也总结出相同的规律。对于许多其他可逆反应，由大量实验结果也总结出相同的规律。(4)(4)可见，化学平衡状态最重要的特点是存在一个平衡常数，它是反映体系的特性，可见，化学平衡状态最重要的特点是存在一个平衡常数，它是反映体系的特性， 是反应限度的一种表示，其值大小与各物质的起始浓度无关，仅是温度的函数。是反应限度的一种表示，其值大小与各物质的起始浓度无关，仅是温度的函数。3.1.2 标准平衡常数表达式标准平衡常数表达式对于溶液中的反应：2HI(g) (g)I(g)H22对于气相反应： /)I ( /)H( /)HI(222ppppppKSn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)232224 )Fe( )Sn( )Fe( )Sn(/cc/cc/cc/ccK对于一般的化学反应：Z(l)Y(aq)X(g) C(s)B(aq)A(g)zyxcbaK bccappyccxpp /B /A /Y /X 是温度的函数，与浓度、分压无关。K* 标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。 是量纲一的量。K2HI(g) (g)I(g)H22K 1 /)I ( /)H( /)HI(222ppppppK 122HI(g) (g)I21(g)H21K 2K 2K 1( )1/22/122/12 / )I ( / )H( / )HI(ppppppK 32HI(g)(g)I(g)H22K 1=( )-1K 3 /)I ( /)H( /)HI(222pppppp例如：例如：C（石墨）（石墨）+ O2 = CO2 K总总（1）C（石墨）（石墨）+ 1/2O2 = CO K1（2）CO + 1/2O2 = CO 2 K2K 总总 = K1 K2(1)+(2)(1)+(2)得得总反应：总反应：C（石墨）（石墨）+ O2 = CO2 总22222(CO )(O )(CO )(CO)12 1/2 1/2(O )(CO)(O )p/P KP/P P/P )P/P KKP/P P/P P/P 3.1.3 多重平衡原理 如果某一（总）反应是由几个反应相加（或如果某一（总）反应是由几个反应相加（或 相减）所得，则这个（总）反应的平衡数就等相减）所得，则这个（总）反应的平衡数就等 于相加（或相减）的几个反应的平衡常数的乘于相加（或相减）的几个反应的平衡常数的乘 积（或商），这种关系称为多重平衡规则；即积（或商），这种关系称为多重平衡规则；即: :反应反应M = M = 反应反应A + A + 反应反应B + B + 反应反应C + C + K K(M) =K(M) =K(A) (A) K K(B) (B) K K(C)(C)思考：这与盖斯定律有何区别思考：这与盖斯定律有何区别(P)？3.2.1 判断反应程度判断反应程度3.2 标准平衡常数的应用标准平衡常数的应用3.2.3 计算平衡组成计算平衡组成3.2.2 预测反应方向预测反应方向3.2.1 判断反应程度判断反应程度K 愈小，反应进行得愈不完全；K 愈大，反应进行得愈完全；K 不太大也不太小(如 10-3 K 103), 反应物部分地转化为生成物。对于一般的化学反应：3.2.2 预测反应方向预测反应方向任意状态下：aA (g)+ bB(aq)+cC(s) xX(g)+yY(aq)+zZ(l)biaiyixiccppccppQ /)(B /)(A /)(Y /X)(def反应商：反应商判据：Q K 反应逆向进行。例题1：定温定容下，GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4 (g) ：3.2.3 计算平衡组成计算平衡组成 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 (g)2098 . p(W2O6)=100.0 kPa - kPa=51.0 kPap(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g)20.98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 - 98.020.98 /OW /GeO /GeWO 62224ppppppK 322104.71000 .511000 . 21000 .98 平衡转化率： BBBB0eq0defnnn%49%100kPa0 .100kPa0 .510 .100OW62%98%100kPa0 .100kPa0 . 20 .100GeO例如：RTcp)B()B(解：pV = nRT 因为T 、V 不变，pnBp0(CO)=(0.03508.314373)kPa=108.5 kPap0(Cl2)=(0.02708.314373)kPa=83.7 kPa反应开始时c0(CO)=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2：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转化量 -(83.7-x) -(83.7-x) 83.7-x平衡pB/kPa 24.8+x x 83.7-x解：设平衡时Cl2的分压为x CO(g) + Cl2 (g) COCl2(g) / )(Cl /CO/ ) (COCl 22ppppppK 8105 . 11001008 .24100/7 .83xxx68103 .2105 .18 .241007 .83xx平衡时:p(CO)=24.8kPa ，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，COCOCOCO0eq0ppp%1 .77%1005 .1088 .245 .108 例题3：某容器中充有N2O4(g) 和NO2(g)混合物，n(N2O4):n (NO2)=10.0:1.0。在308K， 0.100MPa条件下，发生反应： 计算平衡时各物质的分压； N2O4(g) 2NO2(g)； K (308K)=0.315解：反应在定温定压条件下进行。1.000.102100.0 100.01.101.10 xxxx平衡时pB/kPa平衡时nB/mol 1.00-x 0.10+2x开始时nB/mol 1.00 0.100N2O4(g) 2NO2(g)以1molN2O4为计算基准。 n总=1.10+x0337.0432.032.42xx315. 010. 100. 110. 1210. 0 )ON( )NO( 24222xxxxppppKkPa6 .42kPa0 .100234. 010. 1234. 0210. 0NO2pkPa4 .57kPa0 .100234. 010. 1234. 000. 1ON42p234. 0 x3.3.1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响3.3 化学平衡的移动化学平衡的移动3.3.3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响3.3.2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 化学平衡的移动：当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程。3.3.1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响对于溶液中的化学反应，平衡时，Q = K 当c(反应物)增大或c(生成物)减小时,当c(反应物)减小或c(生成物)增大时, Q K 平衡向逆向移动。(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?例题：25oC时，反应 Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s)的K =3.2。解：(1)计算反应商，判断反应方向 /)Ag( /)Fe(/)Fe(23ccccccQ QK , 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)00. 11000. 1100. 01000. 123c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.8410-2 molL-1c(Fe3+)= 2.6 10-3molL-13.2x21.352x2.210-3=0 x=1.610-3 /)Ag( /)Fe(/)Fe( 23ccccccK)1000. 1)(100. 0(1000. 13.223xxx3.3.2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 如果保持温度、体积不变，增大反应物的分压或减小生成物的分压，使Q减小，导致Q K ，平衡向逆向
