化學平衡及移動

1、化學平衡及移動本章掌握：1、化學平衡的概念和特點（1）恒T ，化學平衡的條件； （2） V正=V逆 （3）動態(tài)（4）平衡時 不變，最大限度（5）可移動（6）遵守定律2、平衡定律及關(guān)系式書寫規(guī)律3、平衡常數(shù)的意義程度(107-109)(濃度高)平衡計算 Qc與Kc Qp與Kp 判斷4、平衡常數(shù)與自由能變化的關(guān)系 難點G=-RTlnKp+RTlnQp反應(yīng)等溫式;G=-RTlnKp5、標態(tài)與非標態(tài)平衡方向的判斷 難點G<0 K >1 G=0 K=1 G>0 K<1 6、化學平衡移動原理 判斷方程方向Qp<Kp G<0 Qp=Kp G=0 Qp>Kp G>

2、;0 7、化學平衡的計算 重點求K知平 求K 由Gf GK G=-RTlnKp由KcKp Kp=Kc(RT)n由+= K3=K1*K2 -= K3=K1/K2 =*2 K1=K2 知T1K2 求T2K2 求轉(zhuǎn)化率求Ci , I 或移動后的 I與分壓定律聯(lián)系求P平或移動后的P平§ 2-3 化學平衡引言：解決反應(yīng)進行的程度化學平衡問題 G 0 自發(fā) G=0平衡化學反應(yīng)的最大限度（有多少反應(yīng)物可轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物）是反應(yīng)程度的具體體現(xiàn) G=1atm時， 討論氣體反應(yīng)物生成物處在任意壓力和濃度時，反應(yīng)進行的方向和程度。一、 可逆反應(yīng)和化學平衡(一)、可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)：同一條件下，既可向正向又可向逆向

3、進行的反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。絕大多數(shù)化學反應(yīng)可逆，有的不明顯：Ag+Cl-1 Ag Cl (s)2KClO3 = 2KCl +3O3 873K1273K 4273K5273K 2H2+O2 2H2O NO2(g)+CO(g) NO2(g)+CO(g) （498K，簡單反應(yīng)）根據(jù)質(zhì)量作用定律： V+=k+C（NO2）C（CO） V-=k-（NO）C（CO2） V+= V-，表明各物質(zhì)的量不再改變 化學平衡（動態(tài)）（二）、可逆反應(yīng)特點：1. 封閉體系，恒溫下的可逆反應(yīng)是平衡建立的前提；2. V+=V-是平衡條件。3. 平衡狀態(tài)是該條件下的最終狀態(tài)，各組分濃度不變（最大限度）平衡標志。4.平衡可以移動，改

4、變平衡條件時，重新建立平衡，是動態(tài)過程（相對，暫時，動態(tài)）5.滿足平衡定律。二、 平衡常數(shù)（一）、對于簡單反應(yīng) aA+bB=dD+EeV+=K+AaBbV-=K-DdEe 當V+ = V- ： 平衡定律 是以 molL 為單位的平衡濃度 化學平衡常數(shù)意義為 ：在恒溫下，可逆反應(yīng)達平衡時，產(chǎn)物濃度方次之積與反應(yīng)物濃度方次之積的比值為一常數(shù)。（二）、對于復雜反應(yīng)：平衡是反應(yīng)物，終產(chǎn)物平衡態(tài)濃度間關(guān)系，決定始，終態(tài)，與反應(yīng)歷程無關(guān)A+B AB A+AB A2B 2A+B A2B + = K平：可逆反應(yīng)的特性常數(shù)1. KC與初始濃度無關(guān)，反應(yīng)方向無關(guān)，與T有關(guān)看下表：。（373K）N2O4 2NO2體

5、系中的平衡濃度：mol/dm3原始濃度濃度變化平衡濃度NO22/ N2O4 NO2 N2O40.0000.100+0.120-0.0600.1200.040（0.120）2/0.004 NO2 N2O40.1000.000-0.028+0.0140.0720.014（0.072）2/0.014 NO2 N2O40.1000.100+0.060-0.0700.1600.070（0.160）2/0.070分析（1）：T定，K定值，與初濃度無關(guān)，反應(yīng)方向無關(guān)。不同溫度下，N2O42NO2的KC值如下表：T/K 273323373KC0.00050.0220.36分析（2）：K與T有關(guān)。分析（3）：K

6、標志反應(yīng)完成程度，K（比較大小，單位相同），產(chǎn)，正反應(yīng)，與V無關(guān)。上面討論 的K是實驗平衡常數(shù)，如已知達平衡時各組分的濃度或分壓分別與標準濃度（C=1mol/L）或標準壓力（P=1atm）的比，在代入平衡常數(shù)表達式，即得標準平衡常數(shù)熱力學平衡常數(shù)KT。2. 復雜反應(yīng)-多重平衡規(guī)則復雜反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步反應(yīng)的平衡常數(shù)之積或商-= 則K3=K1/K2（三）書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則：1.同一化學反應(yīng)的化學方程式寫法不同，K值就不同 N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) 1/2N2（g）+3/2H2(g) NH3(g)2NH3(g) N2（g）+3H2(g)有*2= K22=K1與互為正逆反應(yīng)

7、：K正K逆=K1K3=1 K1=1/K3K22=K1=1/K32.固體，純液體的濃度不寫入K關(guān)系式中CaCO3CaO+CO2KC=CO23.稀溶液反應(yīng)，H2O不寫入K關(guān)系式Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+非水溶液反應(yīng), H2O寫入CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2O4.對于氣體反應(yīng)，也可用平衡時各氣體的平衡分壓來表示aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)PiV=niRT Pi=ciRT= iRTKp=Kp=Kc(RT) n Kp=Kc(n=0)例：合成氨在673K時，KC=0.507 求Kp解略三、 平衡常數(shù)的應(yīng)用(一). 判斷反應(yīng)進行的可能性固氮分

8、析：（1）N2（g）+ O2(g) 2NO(g) KC=110-30 （298K） （2）N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) Kc=5*108 （298K）（2）有可能性，但現(xiàn)實25。C永遠達不到平衡豆科根瘤菌常溫常壓可能化學模擬生物固氮（二）. 判斷反應(yīng)進行的方向?qū)θ我饪赡娣磻?yīng)aA+bB=cC+dD 非平衡的任意濃度濃度商Q K 非平衡Q= K 平衡QK 非平衡（三）計算各物質(zhì)的平衡濃度和平衡轉(zhuǎn)化率求K 求 求轉(zhuǎn)化率（表示反應(yīng)程度與C%有關(guān)）平衡轉(zhuǎn)化率=已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量/轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的總量*100% =（起始濃度-平衡濃度）/起始濃度*100%例：CO+H2O=H2+CO2（均

9、是氣體）定T，V=1L ，T=1103K，K=1.0 ，C（CO2）=2mol ，C（H2O）=2mol求（1）CO及CO到CO2的轉(zhuǎn)化率。（2）若CH2O=3mol,在求轉(zhuǎn)化率。（四）.根據(jù)多重平衡規(guī)則，計算平衡常數(shù)在973K時，計算下列平衡反應(yīng)(1).SO2（g）+1/2O2(g) SO3(g) K1=20(2). NO2（g）NO2（g）+1/2O2(g) K2 =0.012求：SO2（g）+ NO2（g） SO3(g) + NO（g）的K平解：(1)+(2)=(3) 則K3 = K1 K2=20*0.012=0.24 四自由焓變化和化學平衡化學反應(yīng)G=（Gf）產(chǎn)-（Gf）反等溫等壓，標

10、準狀態(tài)下：二者之間的關(guān)系？ G 0 自發(fā) QC KC G = 0 平衡 QC = KC G 0 正向非自發(fā) QC KC 這里，對于任意化學反應(yīng) aA+bB=cC+dD Vant Hoff 等溫式： 恒溫恒壓，任意濃度，則 G=G+RT lnG=G+RTln QCln 如果是氣體反應(yīng)，上式應(yīng)寫為 G=G+RTln G=G+RTlnQp (1) 氣相反應(yīng)G有分壓決定 對于任意反應(yīng)達到平衡時G=0，則 GT =- RTlnK .(2) (Kc或Kp)其中，G是“標準自由能變化”，也就是反應(yīng)涉及的各物質(zhì)的濃度都是單位濃度時的自由能變化。K平衡常數(shù)，R氣體常數(shù)，T絕對溫度(2)代入(1),則T為298K

11、時，G查表。T為其他時，用G-H公式求G。G=-RTln K+ RTln Q G=RTln Q/K 化學反應(yīng)等溫方程式（任意壓力下）,它表明在等溫等壓下G與P之間的關(guān)系，即任意壓力下由反應(yīng)物到產(chǎn)物的G。G從能量的角度表明了反應(yīng)進行的趨勢。K從任意的角度表明了反應(yīng)進行的程度。 （則表P99 25） G=-RTln Kc 標態(tài)下，G=-RTln Kp 判斷G 0 Kp 1 (或KC ) G = 0 Kp = 1 G 0 Kp 1 Kp=105完全 G=-28.53KJ mol-1任意態(tài)（非標準，恒溫恒壓 ，氣相反應(yīng)）G=RTln Q/KlnG-40完全 G 40 不可能發(fā)生G在-40到40mol/

12、kJ之間時用下面判斷Q K G 0 Q= K G = 0 QK G 0 G是G的特例，1atm下 C=1mol/dm3時作P44例題五 平衡常數(shù)的測定例1 分別計算合成氨反應(yīng)N2（g）+3H2(g) 2NH3(g)在298K及673K是的Kp例2 計算NiSO4.6H2O(S)= NiSO4(S)+ 6H2O(g)的G及298K時的Kp。 例3 證明G=-28.53KJ/mol時，Kp=105作業(yè)由G數(shù)據(jù)，求1.SO2（g）+O2(g)SO3(g) 的 Kp。六多重平衡規(guī)則相同時方程 + = 則 (a) =* 則 (b) 則/ （c）證明略§ 24 化學平衡的移動 引言 化學平衡的移

13、動移動的原因：條件改變：V+ >V 移動 V+ <V 移動 V+ =V 平衡不移動一、 濃度對化學平衡的影響平衡后,其他條件不變 反,則 則Qc < Kc G < 0 生 同樣 反應(yīng)平衡后，其他條件不變 反，或生，Qc > Kc G <0 當重新達到平衡時AA 特點： 濃度對化學平衡的影響在于改變平衡點（K平不變）； 在K平允許的范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)化率，實際生產(chǎn)中，加廉價原料或移走產(chǎn)物，平衡。例：已知C2H4（氣）+H2O（氣）C2H5OH（氣）在400K時，Kp為0.1，若原料由1摩C2H4和1摩H2O所配成，計算在該溫度及10大氣壓下C2H4的轉(zhuǎn)化率，原料若由

14、1摩C2H4和1.5摩H2O組成，再計算在該溫度及10大氣壓下C2H4的轉(zhuǎn)化率。解：略二、 總壓力對化學平衡的影響 對氣體反應(yīng)，總壓力的改變對化學平衡的影響，在于對正、逆反應(yīng)速度的影響，分幾種情況：1. 反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)，壓力，平衡不移CO+H2OCO2+H2 n若總'總，'不移動此反應(yīng)總，產(chǎn)率不增，故常壓下進行。.有氣體參加，總，平衡向分子數(shù)減少方向移動例：N2+3H22NH3 n=2 P總'=2P總 Pi = 2P G<0 反應(yīng) 若P總'=1/2P總，則 3 對固體、液體、純液體的反應(yīng)，增加壓力對平衡幾乎無影響4、對于氣相反應(yīng)，有時為了控制

15、反應(yīng)速度而加入惰性氣體（不參與原反應(yīng)的氣體），平衡時，在恒容條件下，P總升高，但各不變，濃度不變，P，總=P總 +P惰 =P1 +P2 +P3+P惰 （P1、P2、P3不變）生化中的應(yīng)用：氣肥 P升高,則光合作用促進: 惰性氣體對平衡影響的另一方面:惰性氣體的加入,雖不參加反應(yīng),但影響平衡.(補充內(nèi)容如下) (1)某一有惰性氣體存在的氣體反應(yīng)達平衡后,使體積減小,則P總升高,則平衡各組分PI升高,當 0 時,QPKP,平衡向分子數(shù)減少方向移動. (2)若恒溫恒壓下,平衡時引入惰氣,為保持P總不變,V總升高,則PI下降, QPKP,平衡向分子數(shù)增加方向移動. 證:設(shè) 為總摩爾數(shù), 平衡后各物質(zhì)的

16、摩爾數(shù)，則有：P總不變，對于 （ 均為氣體，已平衡）=c+d-a-b.<0,則加入惰性氣體 ，。則 QP<KP 反應(yīng)如：乙苯脫氫制苯乙烯，在反應(yīng)體系中通入水蒸氣，乙苯.<0， ，則QP>KP，則反應(yīng)例：常壓下，乙苯脫氫制苯乙烯的反應(yīng)，已知873K時，KP=0.178，若原料氣中乙苯和水蒸氣的比例為1：9，求乙苯的最大轉(zhuǎn)化率。若不添加水蒸氣，則乙苯的轉(zhuǎn)化率為若干？（有難度的典型題）解：設(shè)通入1摩爾乙苯和9摩爾水蒸氣，并設(shè)X為乙苯的轉(zhuǎn)化率：C6H5C2H5 C6H5=CH2+H2 H2O 1 0 0 91-X X X 9 n總=10+x 1atmX=0.728不加水蒸氣 N總=1+X 即0.178=X=0.389轉(zhuǎn)化率由38.9%72.8%三.溫度對化學平衡的影響改變C和P 改變平衡點改變T改變平衡常數(shù)已講：T變，反應(yīng)速度常數(shù)變化 變化則K平變化G=H- TS G=-RTlnKa - - 所以升高溫度有利于