首页 Chap 3-2化学平衡

Chap 3-2化学平衡

Chap 3-2化学平衡第4节化学平衡4.1可逆反应与化学平衡4.2标准平衡常数与标准摩尔自由能变化的关系4.3化学平衡的移动章总目录§4.1化学平衡定义及特征1.可逆反应：在一定条件下，既能朝正方向进行又能向逆方向进行的化学反应(对峙反应)。例如，在高温下进行的下述反应，具有明显的可逆性：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)注：向右进行的反应叫正反应，向左的反应叫逆反应。在强调可逆时，在反应式中常用“”代替等号。从原则上讲，几乎所有的化学反应都是可逆反应，但各个化学反应的可逆程度有很大差别。2.化学平衡（状态）：在可逆反应体...

第4节化学平衡4.1可逆反应与化学平衡4.2 标准平衡常数与标准摩尔自由能变化的关系4.3化学平衡的移动章总目录§4.1化学平衡定义及特征1.可逆反应：在一定条件下，既能朝正方向进行又能向逆方向进行的化学反应(对峙反应)。例如，在高温下进行的下述反应，具有明显的可逆性：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)注：向右进行的反应叫正反应，向左的反应叫逆反应。在强调可逆时，在反应式中常用“”代替等号。从原则上讲，几乎所有的化学反应都是可逆反应，但各个化学反应的可逆程度有很大差别。2.化学平衡（状态）：在可逆反应体系中，正反应和逆反应的速率相等时反应物和生成物的浓度不再随时间而改变的状态。3.化学平衡的特征：1）化学平衡是一种动态平衡，虽然反应物和生成物的浓度均不再发生变化，但反应却没有停止。2）化学平衡是有条件的平衡。当外界条件改变时，原有的平衡即被破坏，直到在新的条件下建立新的平衡。4.2.1经验平衡常数实验证明：化学反应达平衡时，反应物、产物浓度的比值是一常数。可逆基元反应：aA+dDgG+hH平衡时：v正=v逆Kc称为浓度平衡常数，上式称为平衡常数表达式。气体反应：aA+dDgG+hHKP称为压力平衡常数上述的浓度平衡常数和压力平衡常数都是利用实验数据得到的，所以称为实验平衡常数4.2.2标准平衡常数标准平衡常数：又称为热力学平衡常数，简称为平衡常数,标准平衡常数的表达式★对于溶液中的反应标准平衡常数用以定量表达化学反应的平衡状态。值越大，平衡混合物中生成物越多而反应物越少，反之亦然。★对于气相反应aA＋bBcC＋dD反应进行方向的自由能判据：ΔrG<0正反应自发进行ΔrG>0逆反应自发进行ΔrG＝0反应处于平衡反应进行程度的K判据K愈大，（正）反应进行得愈完全；K愈小，（正）反应进行得愈不完全；K适中(10-3103),反应物部分转化为生成物。标准平衡常数与经验平衡常数的比较表示—标准平衡常数K经验平衡常数Kc,Kp量纲—标准平衡常数的量纲为一（无量纲）经验平衡常数的量纲因反应而变化数值—溶液反应,两者数值相同气体反应,两者数值可能不同应用—化学平衡计算,多采用标准平衡常数滴定分析 ,多用经验平衡常数。例1.在1133K于某恒容容器中,一氧化碳与氢气混合并发生如下反应,CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g)起始分压/kPa10030000分压变化/kPa-x-3xxx平衡分压/kPa100-x300-3x13.213.2已知开始时p(CO)=100kPa,p(H2)=300kPa;平衡时p(CH4)=13.2kPa.假定没有其他反应发生,求该反应在1133K时的实验平衡常数和平衡常数.解:因为T,V恒定,故各气体的分压正比于各自的物质的量Kp=p(CH4)·p(H2O)p(CO)·p(H2)313.2kPa×13.2kPa86.4kPa×(160.4kPa)3==4.86×10-7(kPa)-2Kp=(13.2kPa/100kPa)×(13.2kPa/100kPa)(86.4kPa/100kPa)×(160.4kPa/100kPa)3=4.86×10-7由此可见,实验平衡常数有时会出现量纲,数值上也可能与标准平衡常数不同.★对通式▲是无量纲的量▲是温度的函数，与浓度、分压无关▲标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应所表示的多相反应而言，的表达式则为aA(s)＋bB(aq)cC(aq)＋dD(g)2NO2(g)N2O4(g)1/2N2O4(g)NO2(g)Kp=1/Kp´=(Kp")2纯固体、纯液体的浓度或分压不写入平衡常数的表达式。例：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)4.2.3正确书写平衡常数表达式1.平衡常数与反应式的写法有关N2O4(g)2NO2(g)3.在稀水溶液中进行的反应，水的浓度视为常数，不写入平衡常数表达式。例：NH4++H2ONH3·H2O+H+定温定压下，热力学证明△rGm与存在下列关系：对于溶液反应对于任意气相反应aA（g）+dD（g）=eE（g）+fF（g）4.2.4标准平衡常数与反应商令或压力商浓度商反应商范德霍夫（Van’tHoff）化学反应等温式如果系统达到平衡,则不但意味着△rGm(T)＝0,而且意味着反应商等于标准平衡常数，则或等温方程式可写成：△rG=-RTlnKθ+RTlnQ=RTlnQ/Kθ任意状态下的化学反应方向的判据：QK，△G>0,逆反应自发进行。Q=K，△G=0,反应达平衡。4.2.5非标准状态下化学反应方向的判断标准平衡常数K的有关计算：解：查表-300.4-370.4kJ.mol–1△G=2(-370.4)–2(-300.4)=-140kJ.mol–1例：求下列反应在25℃时的KP.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)代入：△G=-RTlnKlnKP=-140×1000/-8.314×298=56.51KP=3.48×1024例：已知氨基甲酸铵NH4CO2NH2在蒸发时完全解离为氨和二氧化碳：NH4CO2NH2（s）2NH3(g)+CO2(g)，测得在25℃平衡时气体的总压力11.75kPa，求反应的平衡常数Kp.解：NH4CO2NH2（s）2NH3(g)+CO2(g)根据反应式，例:已知CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在298K时△H=178kJ·mol–1,△S=161J/mol·K，计算在298K时的标准平衡常数。解：298K时，根据△G=△H-T△S△G=178-298×161×10-3=130(kJ/mol)又根据△G=-RTlnKlnKP=130×1000/-8.314×298=-52.47KP=1.65×10-23例：利用热力学数据求反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在500K时的Kp.解：N2(g)+3H2(g)NH3(g)△Hf00-46.2kJ.mol-1S191.5130.6192.5J.K-1.mol-1△H298=2(-46.2)–0-0=-92.4(kJ.mol-1)△S298=2×192.5-191.5-3×130.6=-198.3J.K-1.mol-1根据△GT≈△H298-T△S298△G500≈-92.4-500×(-198.3)×10-3=6.75(kJ/mol)代入△G=-RTlnK6.75=-8.314×500×10-3lnKlnK=6.75/(-8.314×500×10-3)=-1.624K=0.1974.3多重平衡规则多重平衡规则：如果一个反应可以由几个反应相加（或相减）得到，该反应的平衡常数等于几个反应的平衡常数之积（或商）。②HS-H++S2-①+②得：H2S2H++S2-例：①H2SH++HS-已知25℃时反应（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的计算反应（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的Question2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)Solution反应（1）+（2）得：学习多重平衡时注意：①如果反应方程式在加减过程中，有系数变动，则对应的K有方次改动。如：①Mg(OH)2=Mg2++2OH-K1=5.6110-12②NH3+H2O=NH4++OH-K2=1.810-5③Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3+2H2OK3=?由三个反应的关系可知：③=①-②2②多重平衡常数K表示总反应进行的趋势大小,K大，反应进行的趋势大，K小，反应进行的趋势小。③一个物质同时在几个衡关系式中出现，它的浓度（分压）只有一个值，并且满足各个平衡式及总平衡式4.4化学平衡的移动影响平衡的外界因素有浓度、压力、温度。4.4.1浓度对平衡移动的影响化学平衡移动的方向就是反应自发进行的方向△rG=-RTlnKθ+RTlnQ定T,P下Q/K的比值判断浓度对化学平衡移动的影响。△G=-RTlnKc+RTlnQcaA+dDgG+hH1.若增大反应物的浓度或减少产物的浓度.QcKc,△G>0，反应逆向进行。到Qc=Kc止.在830℃，反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),Kә=1.00若起始浓度为,c(CO)=1.00mol·L-1，c(H2O)=2.00mol·L-1试计算：（1）平衡时各物质的浓度；（2）若将平衡体系中CO2(g)的浓度减少0.417mol·L-1，平衡向何方移动？解：设平衡时生成CO2(g)的浓度为xmol·L-1CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)起始浓度/mol·L-11.002.0000变化浓度/mol·L-1-x-xxx平衡浓度/mol·L-11.00-x2.00-xxxK=[c(CO2)/cә][c(H2)/cә][c(CO)/cә]·[c(H2O)/cә]1.00=x2[1.00-x]·[2.00-x]X=0.667mol·L-1(2)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)原平衡浓度/mol·L0.331.330.6670.667减少后浓度/mol·L-10.331.330.667-0.4170.667Q=[c(CO2)/cә]·[c(H2)/cә][c(CO)/cә]·[c(H2O)/cә](0.667-0.417)×0.6670.33×1.33==0.38QKp，△G>0,反应逆向进行。直到Qp=Kp止。平衡时：无论增大总压力还是减小总压力：增大体系的总压力，平衡向气体分子数减小的方向移动，反之，减小体系的总压力，平衡向气体分子数增大的方向移动.例：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)思考：如向反应体系中加入不参与反应的惰性气体时，平衡移动情况如何？答：（1）在等温定容条件下，尽管通入惰性气体总压力增大，但各组分分压不变，Q值等于Kә值。无论反应前后气体的计量数之和相等还是不相等，都不引起平衡移动。（2）在等温定压条件下，反应达平衡后通入惰性气体，为了维持恒压，必须增大体系的体积，这时各组分的分压下降，平衡要向气体计量系数之和增加的方向移动。对于n>0的反应，此时平衡向正反应方向移动；对于n<0的反应，此时平衡向逆反应方向移动。4.4.3温度对化学平衡的影响因为△G=-RTlnK△G=△H-T△S等量代换得：设T1、T2的平衡常数分别为K1、K2，①②②-①K2△HT2–T1ln——=———(———)K1RT1T2分析：1、吸热反应，△H>0,升高温度时等式右边为正值，说明K2>K1，降温K2K1.范霍夫方程结论：在其它条件不变时，升温平衡向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反应方向移动。例：在合成氨工业中，CO的变换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H=-37.9kJ·mol-1，800K时的Kp=4.02,求500K时的Kp。解：根据公式K2△HT2–T1ln——=———(———)K1RT1T2K2-37.9×103500–800ln——=—————(————)=3.4194.028.314500×800(1)温度对平衡常数的影响与反应热有关。rHm绝对值越大，温度对平衡常数的影响越大。对于rHm绝对值很小的反应，不易用改变温度的方法使平衡移动。公式的应用：（2）同一反应ΔH近似不变，不同的起始温度，升高温度，K变化倍数不同,低温下，温度对K的影响更大。(2)计算不同温度下K液体汽化过程，如Br2(l)=Br2(g)K(T)=p(Br2)/p估计沸点：？转变温度例题：已知：C2H5OH(l)=C2H5OH(g)rHm=42.2kJmol1。试估计乙醇在1200m高地(气压为60.0kPa)的沸点(不考虑T对rHm及rSm的影响)。T=338K外压降低，乙醇在较低的温度下沸腾。化学上常利用此原理对一些物质进行减压蒸馏。解:C2H5OH(l)=C2H5OH(g)rHm=42.2kJmol1C2H5OH的正常沸点T1=352K，p1=101.3kPa（3）计算rHm，rSmKTKKTK9405.010406.42CO(g)(g)COC(s):22112=====+qq反应例（1）判断该反应是吸热反应，还是放热反应？（2）通过计算估计该反应在标准态，298K是否能自发进行？解：克拉贝龙-克劳修斯方程(T1T2T2-T1RKθ(T1))ΔrHmθ=Kθ(T2)lnB(l)=B(g)Kθ=peq{B(g)}/pθ(T1T2T2-T1Rp(T1))ΔVapHmθ(B)=p(T2)ln克劳修斯-克拉贝龙方程ΔVapHmθ(B)：液体标准摩尔气化焓计算液体的饱和蒸气压、沸点、蒸发热例压力锅内，水的蒸气压可达150kPa，计算水在压力锅内的沸腾温度。解：H2O(l)=H2O(g)ΔrHmθ=44.0kJ·mol-1水的正常沸点是T1=373K,可通过克拉贝龙-克劳修斯方程计算水蒸汽压力为150kPa时的沸腾温度：(T1T2T2-T1Rp1)ΔVapHmθ(H2O)=p2ln(373K×T2T2-373K8.314×10-3kJ·mol-1·K-1101.325kPa)44.0kJ·mol-1=150kPaln得：T2=383K催化剂与化学平衡催化剂使正逆反应速度增大的倍数相同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生移动。吕查德里原理：对平衡体系施加外力，平衡将沿着减少此外力的方向移动。重要知识K的表达式K与rGm(T)关系lnK(T)=-rGm(T)/RT任意状态下，化学反应自发进行方向的判断rGm(T)=RTln(Q/K)多重平衡关系式及平衡常数的计算自测题：1.已知500K时反应SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)的KP=50，则同温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的KP´为（）A.4×10-4B.2×10-2C.4×10-2D.2500D2.PCl5的分解反应是PCl5=PCl3+Cl2，在200℃达到平衡时，PCl5有48.5%分解，在300℃达到平衡时，PCl5有97%分解，则此反应为（）A.放热反应B.既不吸热也不放热C.吸热反应D.这两个温度下的平衡常数相等C3.下述化学平衡A(g)+B(g)=C(g)，在相同的温度下，若体积缩小至2/3，则压力商QP和平衡常数KP的关系为（）A.QP=2KPB.QP=2/3KPC.QP=3/2KPD.QP=KPBB4.在763.15K时，H2(g)+I2(g)2HI(g)的Kc=45.9，当各物质的起始浓度c(H2)=0.0600mol·L-1,c(I2)=0.400mol·L-1和c(HI)=2.00mol·L-1进行混和，反应自发进行的方向是（）A.自发向右进行B.自发向左进行C.反应处于平衡状态C5.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的△Hm为负值，此反应达平衡时，若要使平衡向产物方向移动，可以（）A.升温加压B.升温降压C.降温升压D.降温降压练习题 1.判断下列说法是否正确A、反应商Q和标准平衡常数K的单位均为1；B、由平衡常数的表达式可知，随着反应进行，产物逐渐增多，平衡常数逐渐增大；C、温度升高后，反应的K增大，则rGm必减少;D、某反应rGm随温度升高而降低，则其K必增大。E、TK时，反应的rGm(T)与rGm(298)的关系为rGm(T)=rGm(298)+RTlnQ2.选择正确的答案 A浓度影响化学平衡的移动，故浓度影响标准平衡常数；B压力影响化学平衡的移动，故压力影响标准平衡常数C标准平衡常数与温度有关；D正催化剂加速反应进行，故催化剂影响标准平衡常数3.一定温度下,SnO2(s)+2H2(g)=Sn(s)+2H2O(g)K=21CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)K=0.034则相同温度下反应SnO2(s)+2CO(g)=Sn(s)+2CO2(g)的K等于：A.1.8104;B.0.024;C.6.2102;D.0.714.反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),rHm=133.9kJ.mol-1,则：A 平衡时系统压力为100kPa;B 增大压力不影响此反的平衡移动;C 此反的定容热Ov=133.9kJ.mol-1;D 升高温度将提高碳的转化率。5.升高温度，对放热反应的速率常数k和标准平衡常数K的影响：A.k增大、K增大；B.k增大、K减小；C.k减小、K增大；D.k减小、K减小；6.某T下，反应PCl3(g,0.5kPa)+Cl2(g,0.8kPa)=PCl5(g,0.4kPa)的标准平衡常数为2.3，此条件下反应A、正向自发；B、逆向自发；C、达到平衡；D、无法判断。7、某温度下，反应PCl3(g)+Cl2(g)=PCl5(g)达到平衡后，在保持总压力和温度不变的情况下，向该系统通入氦气，则平衡：A、正向自发；B、逆向自发；C、达到平衡；D、无法判断。8、硫酸铜有多种不同水合物，它们脱水反应的K值分别为：CuSO45H2O(s)=CuSO43H2O(s)+2H2O(g)K1CuSO43H2O(s)=CuSO4H2O(s)+2H2O(g)K2CuSO4H2O(s)=CuSO4(s)+H2O(g)K3为了使CuSO4H2O晶体保持稳定(既不风化也不潮解),容器中水蒸气相对压力p(H2O)应为：K1p(H2O)>K3;C.K1>p(H2O)>K2;D.K2rHm2>0，若反应温度均由T1升至T2，则反应______的平衡常数增加的倍数较大。K2＝(K1)2rHm111、已知反应：HCN(aq)+OH－(aq)=CN－(aq)+H2O(l)rHm=-12.1kJ·mol-1H+(aq)+OH－(aq)=H2O(l)rHm=-55.6kJ·mol-1则1molHCN(aq)在水中电离反应的热为_________________。 12、已知298K时，Cu2+(aq)+4NH3(aq)=Cu(NH3)42+K1=1013.32，Zn2+(aq)+4NH3(aq)=Zn(NH3)42+K2=109.46，则298K、标准态下，反应：Cu(NH3)42++Zn2+=Zn(NH3)42++Cu2+自发进行的方向为———。43.5kJ·mol-1逆向13已知fHm{NO(g)}=90.25kJmol-1,反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)，在2273K时，K=0.100。在2273K时，若p(N2)=p(O2)=10kPa,p(NO)=20kPa时，反应商Q=_________,反应向__________方向进行。当反应达到平衡后，增加系统的总压力，则平衡________移动；若升高温度，则平衡_______移动。14.298K、标准状态下，1mol石墨、1mol金刚石在氧气中完全燃烧，rHm分别为-393.7kJmol-1和-395.6kJmol-1，则金刚石的fHm(298K)为____________。4逆向不移动逆向1.9kJ·mol-116、乙酸在气相可通过氢键形成二聚物：298K时，此反应K=1.3103，rSm=163Jmol-1K-1计算乙酸聚合每形成1mol氢键时反应的标准焓变。15.简答题举例说明什么是多重平衡原理B.试证明多重平衡原理。(-33.18kJmol-1)17、已知298K时，fHm（I2,g）=62.4kJmol-1,fGm(I2,g)=19.4kJmol-1,Sm(I2,g)=261Jmol-1K-1。计算298K时I2(s)的Sm及碘的饱和蒸气压。解：I2(s)=I2(g)rHm=fHm(I2,g）=62.4kJmol-1,rGm=fGm(I2,g)=19.4kJmol-1,rGm=rHm-TrSmrSm=Sm(I2,g)－Sm(I2,s)rGm=fGm(I2,g)=-RTlnK=-RTln{p(I2)/p}练习1已知下列反应的平衡常数，计算MnS是否溶于强酸？2：已知：并且说明AgCl(s)能否溶于氨水例：800℃时，反应CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)Kc=1,反应开始时CO的浓度为2mol/L,H2O的浓度为为3mol/L，求平衡时各物质的浓度及CO的转化率。解：CO+H2OCO2+H2初:2300mol·L-1平:2-x3-xxxCO的转化率=(1.2/2)×100%=60%x=1.2(mol/L)=2-1.2=0.8mol/L=3-1.2=1.8mol/LQuestionSolution2GeO(g)+W2O6(g)2GeWO4(g)开始pB/kPa100.0100.00变化pB/kPa-98.098.0平衡pB/kPa100.0-98.0100.098.0p(GeO)=100.0kPa–98.0kPa=2.0kPap(W2O6)=100.0kPa-kPa=51.0kPa恒温恒容下，2GeO(g)+W2O6(g)2GeWO4(g)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。平衡常数的导出(Derivationofequilibriumconstant)对反应系统的任意状态若eq.()∴记作(aB为aBeq)其中或Kθ：Standardeq.const.(∵T一定时，Kθ值不变)

                    本文档为【Chap 3-2化学平衡】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
                    图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。 
 该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。

                    [版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。

                    本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。

                    网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
                

下载需要：￥20.0 已有0 人下载

立即下载

Chap 3-2化学平衡

你可能还喜欢