無(wú)機(jī)化學(xué)：第七章 化學(xué)平衡

1、1 第七章第七章 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué) 2 1. 1.化學(xué)平衡化學(xué)平衡 化學(xué)反應(yīng)的限度與平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)的限度與平衡常數(shù) 多重平衡及其規(guī)則多重平衡及其規(guī)則 2.2.化學(xué)平衡的移動(dòng)化學(xué)平衡的移動(dòng) 濃度的影響濃度的影響 壓力的影響壓力的影響 溫度的影響溫度的影響 Le Chatelier原理原理 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 3 第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 一、化學(xué)反應(yīng)的限度與平衡常數(shù)一、化學(xué)反應(yīng)的限度與平衡常數(shù) 1. 化學(xué)平衡特點(diǎn)：化學(xué)平衡特點(diǎn)： 各物質(zhì)的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到各物質(zhì)的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡；動(dòng)態(tài)平衡； 物質(zhì)濃度或分壓的冪的乘積比值為常數(shù)

2、。物質(zhì)濃度或分壓的冪的乘積比值為常數(shù)。 平衡條件破壞后，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。平衡條件破壞后，平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。 4 2. 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standard equilibrium constant) 對(duì)于任意溶液反應(yīng)：對(duì)于任意溶液反應(yīng)：aA + bB = dD + eE 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)， K稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。 當(dāng)反應(yīng)物、產(chǎn)物中有氣體物質(zhì)（平衡分壓為當(dāng)反應(yīng)物、產(chǎn)物中有氣體物質(zhì)（平衡分壓為 p )， 則氣體物質(zhì)用則氣體物質(zhì)用 p / p 代替濃度項(xiàng)。代替濃度項(xiàng)。 ba ed )B()A( )E()D( cc cc K 5 說(shuō)明：說(shuō)明： K是單位為一的量。是

3、單位為一的量。 K越大，化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行得越徹底。越大，化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行得越徹底。 因此標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)可因此標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)可 能進(jìn)行的最大限度的量度。能進(jìn)行的最大限度的量度。 K只與反應(yīng)的本性和溫度有關(guān)，只與反應(yīng)的本性和溫度有關(guān)， 與濃度或分壓無(wú)與濃度或分壓無(wú) 關(guān)。關(guān)。 6 書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)應(yīng)注意：書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)應(yīng)注意： 固體或純液體不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式；固體或純液體不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式； 在稀溶液中，若溶劑參與反應(yīng)，其濃度可以看成在稀溶液中，若溶劑參與反應(yīng)，其濃度可以看成 常數(shù)，也不寫入表達(dá)式中：常數(shù)，也不寫入表達(dá)式中： HAc +

4、H2OH3O+Ac- )HAc( )Ac()OH( e-d 3 c cc K CaCO3(s)CaO(s) CO2(g)+ CO 2 p p K 7 3. 實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)Kc和和Kp 反應(yīng)反應(yīng) aA + bB = dD + eE ba ed c BA ED =K b B a A e E d D p = pp pp K 當(dāng)當(dāng)a+b=d+e時(shí)，時(shí)，Kc和和Kp 無(wú)單位，與無(wú)單位，與K在數(shù)值上相等在數(shù)值上相等, 當(dāng)當(dāng)a+bd+e時(shí)，時(shí)，Kc和和Kp有單位，有單位，Kc與與K在數(shù)值上相等。在數(shù)值上相等。 Kp : 壓力平衡常數(shù)壓力平衡常數(shù) Kc : 濃度平衡常數(shù)濃度平衡常數(shù) 對(duì)于溶液：對(duì)于溶

5、液： 對(duì)于氣體反應(yīng)：對(duì)于氣體反應(yīng)： 8 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K與實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)與實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)Kc和和Kp的區(qū)的區(qū) 別和聯(lián)系：別和聯(lián)系： Kc和和Kp可能有單位，而可能有單位，而K無(wú)單位；無(wú)單位； Kc只用于溶液中，與只用于溶液中，與K 數(shù)值相等；數(shù)值相等； Kp只用于氣體中，與只用于氣體中，與K 數(shù)值常常不相等；數(shù)值常常不相等； K在熱力學(xué)中應(yīng)用，在熱力學(xué)中應(yīng)用，Kc和和Kp在實(shí)踐中應(yīng)用。在實(shí)踐中應(yīng)用。 9 4. 用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)判斷自發(fā)反應(yīng)方向用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)判斷自發(fā)反應(yīng)方向 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)的摩爾自由能變可以用化非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)的摩爾自由能變可以用化 學(xué)反應(yīng)等溫式計(jì)算：學(xué)反應(yīng)等溫式計(jì)

6、算： rGm= r G m + RT lnQ 平衡時(shí)，平衡時(shí)， rGm = 0，Q = K r G m = - RT ln K 此式代入化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式，得此式代入化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式，得 rGm = - RT ln K+ RT lnQ 所以所以 rGm = RT ln (Q / K) 10 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)：非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)： 根據(jù)根據(jù) ： rGm = RT ln (Q / K) Q K ，則，則rGm 0，正向反應(yīng)自發(fā)；，正向反應(yīng)自發(fā)； Q K ，則，則rGm 0，逆向反應(yīng)自發(fā)；，逆向反應(yīng)自發(fā)； Q K ，則，則rGm 0，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡。，化學(xué)反應(yīng)達(dá)

7、到平衡。 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)也是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)也是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向的判據(jù)。 Q 值與值與K相差越大，從正向或逆向自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的趨相差越大，從正向或逆向自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的趨 勢(shì)就越大。勢(shì)就越大。 11 5. 多重平衡多重平衡 定義：定義： 在一定條件下，在一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)在一定條件下，在一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè) 物種同時(shí)參與兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)反應(yīng)，并共物種同時(shí)參與兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)反應(yīng)，并共 同達(dá)到化學(xué)平衡。同達(dá)到化學(xué)平衡。 基本特征：基本特征： 參與多個(gè)反應(yīng)的物種的濃度或分壓必須同時(shí)滿參與多個(gè)反應(yīng)的物種的濃度或分壓必須同時(shí)滿 足這些平衡。足這些平衡。 規(guī)則：規(guī)則

8、：反應(yīng)相加減，則反應(yīng)相加減，則rG m相加減；相加減；K相乘除。相乘除。 12 N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) N2(g) + O2(g) 2NO(g) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2 1 3 KKK 若，反應(yīng)若，反應(yīng) = 反應(yīng)反應(yīng) 反應(yīng)反應(yīng) 2 1 3 / KKK 13 定義：定義：由于化學(xué)平衡的條件變化導(dǎo)致化學(xué)平由于化學(xué)平衡的條件變化導(dǎo)致化學(xué)平 衡移動(dòng)的過(guò)程。衡移動(dòng)的過(guò)程。 化學(xué)平衡移動(dòng)直到建立新的平衡?；瘜W(xué)平衡移動(dòng)直到建立新的平衡。 影響因素：影響因素：濃度、壓力和溫度。濃度、壓力和溫度。 第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)平衡的移動(dòng)化學(xué)平衡的移動(dòng) 14 1. 濃度的影響

9、濃度的影響 對(duì)于任意一化學(xué)反應(yīng)，在等溫下其自由能變?yōu)椋簩?duì)于任意一化學(xué)反應(yīng)，在等溫下其自由能變?yōu)椋?rGm RT ln (Q / K) 若反應(yīng)商若反應(yīng)商Q = K ，rGm = 0，反應(yīng)達(dá)到平衡；，反應(yīng)達(dá)到平衡； 若增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，將使若增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，將使Q K， rGm 0 ，原有平衡被破壞，正向移動(dòng)；，原有平衡被破壞，正向移動(dòng)； 若減少反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度，將使若減少反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度，將使Q K， rGm 0 ，原有平衡被破壞，逆向移動(dòng)。，原有平衡被破壞，逆向移動(dòng)。 15 2. 壓力的影響壓力的影響 改變氣體分壓改變氣體分壓 對(duì)于氣體參與的任

10、意一反應(yīng)，增加反應(yīng)物的分對(duì)于氣體參與的任意一反應(yīng)，增加反應(yīng)物的分 壓或減小產(chǎn)物的分壓，將使壓或減小產(chǎn)物的分壓，將使Q K， rGm 0， 平衡向右移動(dòng)。反之，平衡逆向移動(dòng)平衡向右移動(dòng)。反之，平衡逆向移動(dòng). 壓力的變化對(duì)液相和固相反應(yīng)的平衡位置幾乎壓力的變化對(duì)液相和固相反應(yīng)的平衡位置幾乎 沒(méi)有影響。沒(méi)有影響。 16 改變系統(tǒng)的總壓，對(duì)氣體反應(yīng)化學(xué)平衡的影響改變系統(tǒng)的總壓，對(duì)氣體反應(yīng)化學(xué)平衡的影響 將分兩種情況：將分兩種情況： 當(dāng)當(dāng)a + b = d + e，改變總壓都不會(huì)改變，改變總壓都不會(huì)改變Q值，值， 仍然有仍然有Q = K，平衡不發(fā)生移動(dòng)；，平衡不發(fā)生移動(dòng)； 當(dāng)當(dāng) a + b d + e，

11、改變總壓將改變，改變總壓將改變Q值，使值，使Q K ，平衡將發(fā)生移動(dòng)。，平衡將發(fā)生移動(dòng)。 增加總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少的方向移動(dòng)。增加總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少的方向移動(dòng)。 減小總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)增加的方向移動(dòng)。減小總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)增加的方向移動(dòng)。 17 3. 溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 溫度改變，溫度改變， K值也將改變：值也將改變： mr mr mr =STHG- mr ln=KRTG- R S RT H K mr mr + =ln- 且且 故：故： 18 設(shè)設(shè)T1和和T2時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為時(shí)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為K1和和 K2,有有 R S RT H K mr 2 mr 2 + =ln- R S RT H K mr 1 mr 1 + =ln- )( =ln 21 12 mr 1 2 TT TT R H K K- 兩式相減得：兩式相減得： 19 討論：討論： 對(duì)于正向吸熱反應(yīng)，對(duì)于正向吸熱反應(yīng)， rHm 0，當(dāng)，當(dāng)T2T1，必然，必然 有有K2 K1 ，平衡將向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；，平衡將向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)； 對(duì)于正向放熱反應(yīng)，對(duì)于正向放熱反應(yīng)， rHm 0，當(dāng)，當(dāng)T2T1，必然，必然