第5章_化學(xué)平衡習(xí)題課

1、1第六章第六章 化學(xué)平衡化學(xué)平衡習(xí)題課習(xí)題課2本章內(nèi)容小結(jié)本章內(nèi)容小結(jié)一、化學(xué)平衡特點(diǎn)一、化學(xué)平衡特點(diǎn)二、平衡常數(shù)二、平衡常數(shù)三、平衡轉(zhuǎn)化率三、平衡轉(zhuǎn)化率四、化學(xué)平衡的移動(dòng)四、化學(xué)平衡的移動(dòng)3一、化學(xué)平衡特點(diǎn)一、化學(xué)平衡特點(diǎn)1.平衡建立的前提：恒溫，封閉體系，可逆平衡建立的前提：恒溫，封閉體系，可逆反應(yīng)。反應(yīng)。2.平衡建立的條件：平衡建立的條件：v正正 = v逆逆。3.平衡建立的標(biāo)志：各物質(zhì)濃度不再隨時(shí)間平衡建立的標(biāo)志：各物質(zhì)濃度不再隨時(shí)間改變而改變。改變而改變。4.平衡態(tài)是封閉體系可逆反應(yīng)的最大限度。平衡態(tài)是封閉體系可逆反應(yīng)的最大限度。5.化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡?；瘜W(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡。4二、平衡常

2、數(shù)二、平衡常數(shù)1.經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)：經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)：對任一可逆反應(yīng)對任一可逆反應(yīng) aA + bB gG + hH T一定，達(dá)平衡時(shí)，有一定，達(dá)平衡時(shí)，有 稱濃度平衡常數(shù) BAHGcbahgcKK 5對任一氣相可逆反應(yīng)對任一氣相可逆反應(yīng) aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g) T一定，達(dá)平衡時(shí)，有一定，達(dá)平衡時(shí)，有 稱分壓平衡常數(shù) )()()()(pbBaAhHgGpKppppK 6)()()( )( cpbahgnRTKKRTVnpn可推導(dǎo)出根據(jù)Kp與與Kc的關(guān)系：的關(guān)系：注意注意：(1) 進(jìn)行進(jìn)行Kp與與Kc的轉(zhuǎn)換時(shí)，必須注意各物的轉(zhuǎn)換時(shí)，必須注意各物理量的單位；理量的單位；7（2

3、） 經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)Kc與與Kp是有量綱的是有量綱的物理量，物理量， Kc的單位為的單位為 (moldm-3) n，Kp的單位為的單位為 (kPa) n或或(Pa) n。只有當(dāng)。只有當(dāng) n = 0 時(shí)，時(shí)， Kc與與Kp才是量綱一的量。才是量綱一的量。82. 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)： 可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若以相對濃度或可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若以相對濃度或相對分壓表示平衡常數(shù)關(guān)系式，則得到標(biāo)相對分壓表示平衡常數(shù)關(guān)系式，則得到標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。準(zhǔn)平衡常數(shù)。 )()()()(or )B()A()H()G(bBaAhHgGbahgppppppppKccccKpc9注意注意：(1) 溶液相反應(yīng)的溶

4、液相反應(yīng)的Kc與與K數(shù)值相等，數(shù)值相等， 但但Kc一般一般有單位，有單位， K無單位。無單位。(2) 氣相反應(yīng)的氣相反應(yīng)的Kp或或Kc與與K數(shù)值一般不相等，數(shù)值一般不相等，且且Kp、Kc一般有單位，一般有單位， K則無單位。則無單位。npnpppKKpRTKKKKK)1( )(pcpc之間的關(guān)系：和與氣相反應(yīng)10(3) 書寫化學(xué)平衡關(guān)系式時(shí)，只包括氣態(tài)物書寫化學(xué)平衡關(guān)系式時(shí)，只包括氣態(tài)物質(zhì)平衡相對分壓和溶液中各溶質(zhì)的平質(zhì)平衡相對分壓和溶液中各溶質(zhì)的平衡相對濃度；固體、純液體和稀溶液衡相對濃度；固體、純液體和稀溶液中大量存在的水相，其相對量為中大量存在的水相，其相對量為1，不，不必寫在平衡關(guān)系式

5、中。必寫在平衡關(guān)系式中。(4) 為了計(jì)算簡便，平衡關(guān)系式中的相對濃為了計(jì)算簡便，平衡關(guān)系式中的相對濃度經(jīng)常用一般濃度代替，但對于氣態(tài)度經(jīng)常用一般濃度代替，但對于氣態(tài)物質(zhì)必須代入其相對分壓。物質(zhì)必須代入其相對分壓。113. 多重平衡規(guī)則：多重平衡規(guī)則：如果如果 反應(yīng)反應(yīng)3 = 反應(yīng)反應(yīng)1 + 反應(yīng)反應(yīng)2，則，則K3 = K1K2 反應(yīng)反應(yīng)3 = 反應(yīng)反應(yīng)1 反應(yīng)反應(yīng)2，則，則K3 = K1/K24. K 與與 rG 的關(guān)系的關(guān)系(1)化學(xué)反應(yīng)等溫式：化學(xué)反應(yīng)等溫式： rGm = rGm + RTlnQ 平衡時(shí)平衡時(shí) rGm = RTlnK 12(2) 判斷化學(xué)反應(yīng)的方向：判斷化學(xué)反應(yīng)的方向： r

6、Gm = RTln(Q/ K) Q K rGm K rGm 0 時(shí)，時(shí)， 逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行aA hHahcAcHQ 13(3) 幾種熱力學(xué)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：幾種熱力學(xué)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系： rGm = i fGm(生成物生成物) i fGm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rHm = i fHm(生成物生成物) i fHm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rSm = iSm(生成物生成物) iSm(反應(yīng)物反應(yīng)物) rGm = rHm T rSm14三、平衡轉(zhuǎn)化率三、平衡轉(zhuǎn)化率%100)()(%起始濃度轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量濃度應(yīng)物的量平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反平衡轉(zhuǎn)化率四、化學(xué)平衡的移動(dòng)四、化學(xué)平衡的移動(dòng)1. Le Chate

7、lier 原理：如果對平衡體系施加外部影原理：如果對平衡體系施加外部影響響(如溫度、壓強(qiáng)或濃度如溫度、壓強(qiáng)或濃度)，平衡將向著減小該影，平衡將向著減小該影響的方向移動(dòng)。具體見下表。響的方向移動(dòng)。具體見下表。15條件的改變條件的改變化學(xué)平衡化學(xué)平衡平衡常數(shù)平衡常數(shù)K 定溫下增加反應(yīng)物濃定溫下增加反應(yīng)物濃度度向生成物方向移動(dòng)向生成物方向移動(dòng)不變不變定溫下增加總壓強(qiáng)定溫下增加總壓強(qiáng)(氣氣相反應(yīng)相反應(yīng))向氣體分子數(shù)減少方向向氣體分子數(shù)減少方向移動(dòng)移動(dòng)( n = 0的反應(yīng)，的反應(yīng)，平衡不移動(dòng)平衡不移動(dòng))不變不變定壓下升高溫度定壓下升高溫度向吸熱方向進(jìn)行向吸熱方向進(jìn)行改變改變其他條件不變，加催其他條件不變

8、，加催化劑化劑無影響無影響不變不變外界條件對化學(xué)平衡的影響外界條件對化學(xué)平衡的影響注意：體積增大相當(dāng)于濃度減小或壓強(qiáng)減?。欢w積減小注意：體積增大相當(dāng)于濃度減小或壓強(qiáng)減?。欢w積減小相當(dāng)于濃度或壓強(qiáng)的增大。相當(dāng)于濃度或壓強(qiáng)的增大。162. 平衡常數(shù)與溫度間關(guān)系：平衡常數(shù)與溫度間關(guān)系：2112mr12lnTTTTRHKK17有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算題的解題思路有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算題的解題思路v1、寫出化學(xué)反應(yīng)方程式、寫出化學(xué)反應(yīng)方程式v2、寫出反應(yīng)物的起始濃度、寫出反應(yīng)物的起始濃度v3、寫出各種物質(zhì)的平衡濃度、寫出各種物質(zhì)的平衡濃度v4、寫出平衡常數(shù)表達(dá)式、寫出平衡常數(shù)表達(dá)式v5、將各種物質(zhì)的平衡濃度代

9、入平衡常數(shù)表達(dá)、將各種物質(zhì)的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式中式中v6、解方程。、解方程。18 27oC時(shí)，反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g) 達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓分別為達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和產(chǎn)物的分壓分別為p1和和p2。寫出。寫出Kc，Kp和Kp的表達(dá)式，并求出的表達(dá)式，并求出pcKK(以以p=100kPa計(jì)算）。計(jì)算）。例題例題1：19 2NO2(g) N2O4(g) 平衡時(shí)分壓平衡時(shí)分壓 p1 p2故故RTppRTKKppppKnpcp2122122242)()g ,NO()g ,ON(解：解：202242NOONcKRTppRTpRTp2122NOON)(2422122122

10、242)()g ,NO()g ,ON(ppppppppppppKRTPVn 212242NOONccKp注意：注意：Kc的單位是的單位是(moldm-3)-1，而，而Kp 是量綱為是量綱為1的量，的量，R的的取值應(yīng)為取值應(yīng)為8.314 103 Pa dm3 mol-1 K-1。212212ppRTpppRTppKKc標(biāo)準(zhǔn)濃度標(biāo)準(zhǔn)濃度c (= 1 mol dm-3)只適用于只適用于液相反應(yīng)液相反應(yīng)，不能，不能用于氣相反應(yīng)。用于氣相反應(yīng)。221 -31 -1 -33moldm 94.24 Pa 1000100K 300KmoldmPa 10314. 8 pRTKKpc所以1 -31 -1 -3mo

11、ldm 94.24 kPa 100K 300KmoldmkPa 314. 8 pRTKKpc或者23 某溫度下，某溫度下，100kPa時(shí)反應(yīng)時(shí)反應(yīng) 2NO2(g) N2O4(g) 的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K=3.06，求，求NO2的平衡轉(zhuǎn)化率。的平衡轉(zhuǎn)化率。例題例題2：24 2NO2(g) N2O4(g) 反應(yīng)前反應(yīng)前/mol 1 0平衡時(shí)平衡時(shí)/mol x (1-x) 平衡時(shí)平衡時(shí)n總總= x + (1-x) = (1+x) xxxxppxxxxpxxxxxxxiii11 12 )1 ()1 (kPa 100 )1 (2 kPa 100 11)1 (21)1 (21 )1 (21 平衡時(shí)

12、平衡時(shí)解：解：25%5 .72%100mol 1mol)275. 01 ( NO275. 0 124.13 06. 3 4)1)(1 (1211)g ,NO()g ,ON(22222242平衡轉(zhuǎn)化率為解得整理得xxxxxxxxxppppK26例題例題3v某溫度下，反應(yīng)某溫度下，反應(yīng)N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) 的的Kc=0.77mol-2.dm-3。v用計(jì)算結(jié)果判斷，當(dāng)用計(jì)算結(jié)果判斷，當(dāng)cN2=0.81mol.dm-3, cH2=0.32mol.dm-3, cNH3=0.15mol.dm-3時(shí)，時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的方向。反應(yīng)進(jìn)行的方向。27解：解： N2(g) + 3H2(g) 2NH

13、3(g) t時(shí)刻濃度時(shí)刻濃度(mol dm-3) 0.81 0.32 0.1562-333233HN2NHdmmol 85. 0 )dmmol32. 0()dmmol81. 0()dmmol15. 0( 223cccQc28在比較反應(yīng)商在比較反應(yīng)商Q與平衡常數(shù)的大小時(shí)，要與平衡常數(shù)的大小時(shí)，要注意：注意：Qc與與Kc比較，比較，Qp與與Kp比較，比較，Q 與與K 比較。比較。因?yàn)橐驗(yàn)镼c (= 0.85 mol-2 dm6) Kc (= 0.77 mol-2 dm6)，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行。，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行。29例題例題4v一定量的氯化銨受熱分解一定量的氯化銨受熱分解NH4Cl(s)vNH3(g

14、)+HCl(g)。已知反應(yīng)的。已知反應(yīng)的 rHm=161kJmol-1, rSm =250Jmol-1K-1, 求在求在700K達(dá)到平衡時(shí)體系的總壓強(qiáng)。達(dá)到平衡時(shí)體系的總壓強(qiáng)。30解：解：依題設(shè)條件可得依題設(shè)條件可得 rGm = rHm T rSm= 161 1000 Jmol-1 700 K 250 Jmol-1K-1= 14000 Jmol-1由于由于 rGm = RTlnK ，所以，所以lnK = rGm /RT= 14000 Jmol-1/(8.314 Jmol-1K-1 700 K)= 2.41故故 K = 1131kPa 103 . 33 . 3)g ,NH( 3 . 3)g ,N

15、H( 11)g ,NH( ),g HCl,()g ,NH( 11)g HCl,()g ,NH(2332333ppppppppppppK所以故有因?yàn)閗Pa 106 . 6kPa 103 . 32 )g ,NH(2)g HCl,()g ,NH( 2233pppp總32例題例題5v某溫度時(shí)將某溫度時(shí)將2.00molPCl5與與1.00molPCl3相混合，相混合，發(fā)生反應(yīng)發(fā)生反應(yīng)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g),平衡時(shí)平衡時(shí)總壓為總壓為202kPa, PCl5(g) 轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為91%。求該。求該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp和和K。33解：解： PCl5(g) PCl

16、3(g) + Cl2(g)起始時(shí)的量起始時(shí)的量/mol 2.00 1.00 0平衡時(shí)的量平衡時(shí)的量/mol 2.00(1-0.91) 1.00+2.00 0.91 2.00 0.91 = 0.18 = 2.82 = 1.82 xi摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù) 0.18/4.82 2.82/4.82 1.82/4.82 pi /kPa 0.18 202/4.82 2.82 202/4.82 1.82 202/4.82 相對相對pi 10082. 420218. 010082. 420282. 210082. 420282. 134kPa 1020. 1 kPa82. 420218. 0kPa82. 4202

17、82. 2kPa82. 420282. 13pK所以所以1210082. 420218. 010082. 420282. 2 10082. 420282. 1K35例題例題6v反應(yīng)反應(yīng)3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 200oC時(shí)時(shí)的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)K1=0.64, 400oC時(shí)的平衡常數(shù)時(shí)的平衡常數(shù) K2=6.010-4，據(jù)此求該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反，據(jù)此求該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱應(yīng)熱rHm和和NH3(g)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱fHm。36解：解： 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)141 -1 -121221mr2112mr12molkJ 92K20064. 0

18、100 . 6lnKmol8.314JK673K473 ln ln TTKKRTTHTTTTRHKK所以，因?yàn)?7 rHm = 2 fHm (NH3, g) fHm (NH3, g) = 1/2 rHm =1/2 ( 92 kJ mol-1) = 46 kJ mol-1 38某化合物某化合物A的水合晶體的水合晶體A3H2O脫水反應(yīng)過程：脫水反應(yīng)過程： A3H2O(s) = A2H2O(s) + H2O(g) K1 A2H2O(s) = AH2O(s) + H2O(g) K2 AH2O(s) = A (s) + H2O(g) K3 為使為使A2H2O晶體保持穩(wěn)定晶體保持穩(wěn)定(不發(fā)生潮解或風(fēng)化不發(fā)生潮解或風(fēng)化)，則容器中水蒸氣壓則容器中水蒸氣壓p(H2O)與平衡常數(shù)的關(guān)系應(yīng)滿與平衡常數(shù)的關(guān)系應(yīng)滿足足(A) K2 p