課件-夏令營-第13講化學(xué)平衡

2023/3/9一、化學(xué)反應(yīng)計量方程式和反應(yīng)進度

二、化學(xué)平衡的熱力學(xué)特征和動力學(xué)特征三、志向氣體反應(yīng)的等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)四、影響化學(xué)平衡的因素五、幾種典型化學(xué)平衡的計算實例

主要內(nèi)容2023/3/9（1）化學(xué)熱力學(xué)：推斷變更的可能性一．化學(xué)反應(yīng)計量方程式和反應(yīng)進度

1．物理化學(xué)的兩個主要探討領(lǐng)域解決的問題反應(yīng)自發(fā)進行探討化學(xué)變更的方向能達(dá)到的最大限度外界條件對平衡的影響t02023/3/9探討化學(xué)反應(yīng)的速率溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對反應(yīng)速率的影響反應(yīng)的機理（2）化學(xué)動力學(xué)：將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實性t02023/3/9用以描述體系狀態(tài)的物理量稱為“狀態(tài)函數(shù)”狀態(tài)函數(shù)是體系的單值函數(shù)其數(shù)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，而與體系的歷史無關(guān)。狀態(tài)函數(shù)的變更僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變更的途徑無關(guān)。某一狀態(tài)函數(shù)的變更等于該狀態(tài)函數(shù)的終態(tài)值減去該狀態(tài)函數(shù)的始態(tài)值。2．狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的變更2023/3/9異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，數(shù)值還原。狀態(tài)函數(shù)的特性：X1X2X=X2-X12023/3/9h2h1h=h2-h1h狀態(tài)函數(shù)的特性：2023/3/9A(F)：亥姆霍茲自由能A=U-TSH：焓

H=U+pVU：熱力學(xué)能

(內(nèi)能)U=Q+W幾個常用熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)：S：熵G：吉布斯自由能G=H-TS2023/3/9化學(xué)反應(yīng)計量方程式是用以表示一個反應(yīng)系統(tǒng)的變更關(guān)系的定量方程式。一個反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)計量方程式有多數(shù)個。任何一個寫出的化學(xué)反應(yīng)計量方程式都稱為1mol反應(yīng)。3．化學(xué)反應(yīng)計量方程式2023/3/94．化學(xué)反應(yīng)計量方程式的通式表示2023/3/9nB有量綱，為:mol物質(zhì)B/mol反應(yīng)B為反應(yīng)物，nB取負(fù)值，B為生成物，nB取正值。nB為任一組分B的化學(xué)計量系數(shù)4．化學(xué)反應(yīng)計量方程式的通式表示2023/3/95．反應(yīng)進度反應(yīng)進度的定義：

20世紀(jì)初比利時的deDonder引進反應(yīng)進度x

2023/3/9引入反應(yīng)進度的優(yōu)點：在反應(yīng)進行到隨意時刻，可以用任一反應(yīng)物或生成物來表示反應(yīng)進行的程度，所得的值都是相同的。留意:反應(yīng)進度必需與化學(xué)反應(yīng)計量方程式相對應(yīng)。例如:當(dāng)都等于1mol時，兩個方程所發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量明顯不同。5．反應(yīng)進度2023/3/9二．化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動力學(xué)特征1、化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，各物種的濃度維持不變t無凈變更cR反應(yīng)物cP生成物teq2023/3/9

2、動力學(xué)特征達(dá)到平衡時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率是相等的。tr

正r

逆rteq二．化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動力學(xué)特征2023/3/9反應(yīng)自發(fā)地向右進行反應(yīng)自發(fā)地向左進行，不可能自發(fā)向右進行反應(yīng)達(dá)到平衡，此時正逆方向上反應(yīng)的速率相等。前提條件是：等溫、等壓、不做非體積功3、?G判據(jù)二．化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動力學(xué)特征2023/3/9三．志向氣體反應(yīng)等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)1．化學(xué)反應(yīng)等溫方程式2023/3/9化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能(改)變只是溫度的函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，表示物種B處于下1×105Pa101325Pa標(biāo)準(zhǔn)態(tài)沒有規(guī)定溫度的大小一個溫度對應(yīng)于一個標(biāo)準(zhǔn)態(tài)√2023/3/9反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)反應(yīng)進度為1mol吉布斯自由能反應(yīng)（reaction）反應(yīng)溫度化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能變(298.15K)

變化2023/3/91．化學(xué)反應(yīng)等溫方程式2023/3/92023/3/92.志向氣體反應(yīng)等溫方程式對志向氣體反應(yīng)2023/3/9為壓力商它為無量綱的純數(shù)2023/3/92023/3/92023/3/9為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡常數(shù)，又稱標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。1、僅與溫度有關(guān)，與壓力無關(guān)。2、無量綱的純數(shù)。①★

2023/3/9>,則<0,反應(yīng)可正向自發(fā)進行;=,則=0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài);若：<

,則>0,反應(yīng)可逆向自發(fā)進行.2023/3/9在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時吉布斯自由能的變更值，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能。為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能②2023/3/9=反應(yīng)物的鍵焓總和—生成物的鍵焓總和（物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓）（物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓）③2023/3/9F=96500C·mol-1z的量綱：mol電子/mol反應(yīng)④例12023/3/93．各種平衡常數(shù)及其相互之間的關(guān)系對志向氣體反應(yīng)壓力平衡常數(shù)

和它僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。2023/3/92023/3/9可見，當(dāng)時，是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)。2023/3/9(2)物質(zhì)的量濃度平衡常數(shù)和2023/3/9可見，僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。2023/3/9是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)?？梢?，當(dāng)時，2023/3/9(3)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)可見，是一個無量綱的物理量，且與溫度、壓力有關(guān)。2023/3/9(4)物質(zhì)的量平衡常數(shù)是一個有量綱的物理量，且與溫度、壓力和總物質(zhì)的量有關(guān)?？梢姡?dāng)時，2023/3/9四．影響化學(xué)平衡的因素勒沙特列原理假如變更影響化學(xué)平衡的一個條件(如濃度、溫度、壓力等)，平衡就向能夠減弱這種變更的方向移動。2023/3/91．溫度的影響定積分式：不定積分式：為常數(shù)時，有：習(xí)題42023/3/91．溫度的影響2023/3/92023/3/9平衡右移平衡向放熱方向移動2023/3/92．壓力的影響（p為反應(yīng)體系的總壓）平衡左移反應(yīng)后氣體分子數(shù)的增大平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動2023/3/93．惰性氣體的影響p為反應(yīng)體系的總壓，n總為反應(yīng)體系的總的物質(zhì)的量(1)總壓力不變下，加入惰性氣體

(2)總體積不變下，加入惰性氣體

2023/3/9(1)總壓力不變下，加入惰性氣體

等同于降壓效應(yīng)平衡左移（反應(yīng)后氣體的體積減小）平衡向體積增大的方向移動p不變，n總2023/3/9平衡不移動(2)總體積不變下，加入惰性氣體

2023/3/9復(fù)相化學(xué)反應(yīng)例如，有下述反應(yīng)，并設(shè)氣體為志向氣體：有氣相和凝合相（液相、固體）共同參與的反應(yīng)稱為復(fù)相化學(xué)反應(yīng)。只考慮凝合相是純態(tài)的狀況，純態(tài)的化學(xué)勢就是它的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢。復(fù)相反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)只與氣態(tài)物質(zhì)的壓力有關(guān)。2023/3/9五．幾種典型化學(xué)平衡的計算實例【例題1】在298K下，下面反應(yīng)的依次為：C8H18(g)+25/2O2(g)→8CO2(g)+9H2O(l)

=-5512.4kJ·mol-1C(石墨)+O2(g)→CO2(g)=-393.5kJ·mol-1H2(g)

+1/2O2(g)→H2O(l)

=-285.8kJ·mol-1正辛烷、氫氣和石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵分別為：463.7、130.6、5.694J·K-1·mol-1。1．志向氣體反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率等2023/3/9設(shè)正辛烷和氫氣為志向氣體，問：（1）298K下，由單質(zhì)生成1摩爾正辛烷的反應(yīng)的平衡常數(shù)是多少？給出計算過程。返回2023/3/9（2）增加壓力對提高正辛烷的產(chǎn)率是否有利？為什么？（3）上升溫度對提高產(chǎn)率是否有利？為什么？（4）若在298K及101.325kPa下進行，平衡氣相混合物中正辛烷的摩爾分?jǐn)?shù)能否降到0.1?（5）若希望正辛烷在平衡氣相混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5，則在298K時，須要多大的壓力才行?給出計算過程。2023/3/9【例題2】在298K下，Mg(OH)2(s)在水中也發(fā)生電離：Mg(OH)2(s)====Mg2+(aq)+2OH－(aq)其平衡常數(shù)=1.2×10－11，試計算：（1）Mg(OH)2(s)飽和溶液中Mg2+的濃度，該溶液能否使酚酞溶液變紅？（2）已知=1.0×10－33，那么Al(OH)3(s)飽和溶液中Al3+的濃度是多少？2．酸堿反應(yīng)的酸堿平衡常數(shù)與酸堿強度的定性關(guān)系2023/3/9【例題3】難溶化合物的飽和溶液存在溶解平衡。在確定溫度下，難溶化合物的飽和溶液的離子濃度的乘積為一常數(shù)，這個常數(shù)用Ksp表示。已知：＝1.8×10-10，＝1.9×10-12?，F(xiàn)有0.001mol·L－1AgNO3溶液滴定0.001mol·L－1KCl和0.001mol·L－1K2CrO4的混合溶液，試通過計算回答：(1)Cl－和CrO42-中哪種離子先沉淀？(2)當(dāng)CrO42－以Ag2CrO4形式沉淀時，溶液中Cl－的濃度是多少？Cl-和CrO42-能否達(dá)到有效分別？（設(shè)當(dāng)一種離子起先沉淀，另一種離子濃度<10－5mol·L－1時，則認(rèn)為能有效分別）3．難溶鹽的溶度積2023/3/9習(xí)題1．當(dāng)以5molH2與4molCl2混合，最終生成2molHCl,若以下式為化學(xué)計量方程式：H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)，則反應(yīng)進度為?！敬鸢福?mol】2．能否說：“對于志向氣體反應(yīng)體系，加入惰性氣體與降低總壓對平衡轉(zhuǎn)化率的影響總是相像的”？【答案：不能。只有在總壓不變的狀況下，加入惰性氣體等同于降低總壓。而在總體積不變的狀況下，加入惰性氣體對平衡無影響?！?023/3/93．PCl5的分解作用為：PCl5(g)===PCl3(g)+Cl2(g)，在523.2K、101325Pa下反應(yīng)到達(dá)平衡后，測得平衡混合物的密度為2.695kg·m－3，試計算該反應(yīng)在523.2K下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)?！敬鸢福?.778】2023/3/94．在1000K時，