無機化學(xué)：第七章 化學(xué)平衡

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1、1第七章第七章 化學(xué)平衡化學(xué)平衡無機化學(xué)無機化學(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)平衡的移動化學(xué)平衡的移動 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：化學(xué)平衡特點： 各物質(zhì)的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應(yīng)達到各物質(zhì)的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應(yīng)達到動態(tài)平衡；動態(tài)平衡； 物質(zhì)濃度或分壓的冪的乘積比值為常數(shù)。物質(zhì)濃度或分

2、壓的冪的乘積比值為常數(shù)。 平衡條件破壞后，平衡會發(fā)生移動。平衡條件破壞后，平衡會發(fā)生移動。42. 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standard equilibrium constant) 對于任意溶液反應(yīng)：對于任意溶液反應(yīng)：aA + bB = dD + eE 當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，當(dāng)反應(yīng)達到平衡時， 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。代替濃度項。baed)B()A()E()D(ccccK 5說明：說明： K是單位為一的量。是單位為一的量。 K越大，化學(xué)反應(yīng)向右

3、進行得越徹底。越大，化學(xué)反應(yīng)向右進行得越徹底。 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)可能進行的最大限度的量度。能進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)， 與濃度或分壓無與濃度或分壓無關(guān)。關(guān)。6書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式時應(yīng)注意：書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式時應(yīng)注意：固體或純液體不寫入平衡常數(shù)表達式；固體或純液體不寫入平衡常數(shù)表達式；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)，也不寫入表達式中：常數(shù)，也不寫入表達式中：HAc + H2OH3O+Ac-)HAc()Ac()OH(e-d

4、3cccKCaCO3(s)CaO(s) CO2(g)+CO2ppK 73. 實驗平衡常數(shù)實驗平衡常數(shù)Kc和和Kp 反應(yīng)反應(yīng) aA + bB = dD + eEbaedcBAED=KbBaAeEdDp=ppppK當(dāng)當(dāng)a+b=d+e時，時，Kc和和Kp 無單位，與無單位，與K在數(shù)值上相等在數(shù)值上相等,當(dāng)當(dāng)a+bd+e時，時，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)對于溶液：對于溶液：對于氣體反應(yīng)：對于氣體反應(yīng)：8 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K與實驗平衡常數(shù)與實驗平衡常數(shù)Kc和和Kp的區(qū)的區(qū)別和聯(lián)系：別和聯(lián)系

5、： Kc和和Kp可能有單位，而可能有單位，而K無單位；無單位； 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在實踐中應(yīng)用。在實踐中應(yīng)用。94. 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)等溫式計算：學(xué)反應(yīng)等溫式計算：rGm= r G m + RT lnQ平衡時，平衡時， rGm = 0，Q = K r G m = - RT ln K 此式代入化學(xué)反應(yīng)的

6、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)達到平衡。，化學(xué)反應(yīng)達到平衡。 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)也是化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行方向的判據(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)進行反應(yīng)的趨相差越

7、大，從正向或逆向自發(fā)進行反應(yīng)的趨勢就越大。勢就越大。115. 多重平衡多重平衡定義：定義： 在一定條件下，在一個反應(yīng)系統(tǒng)中一個或多個在一定條件下，在一個反應(yīng)系統(tǒng)中一個或多個物種同時參與兩個或兩個以上的化學(xué)反應(yīng)，并共物種同時參與兩個或兩個以上的化學(xué)反應(yīng)，并共同達到化學(xué)平衡。同達到化學(xué)平衡。基本特征：基本特征： 參與多個反應(yīng)的物種的濃度或分壓必須同時滿參與多個反應(yīng)的物種的濃度或分壓必須同時滿足這些平衡。足這些平衡。 規(guī)則：規(guī)則：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。12N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g)N2(g) + O2(g) 2NO(g)2NO(g)

8、+ O2(g) 2NO2(g) 213KKK若，反應(yīng)若，反應(yīng) = 反應(yīng)反應(yīng) 反應(yīng)反應(yīng)213/ 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)平衡移動的過程。衡移動的過程。 化學(xué)平衡移動直到建立新的平衡?；瘜W(xué)平衡移動直到建立新的平衡。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)平衡的移動化學(xué)平衡的移動 141. 濃度的影響濃度的影響 對于任意一化學(xué)反應(yīng)，在等溫下其自由能變?yōu)椋簩τ谌我庖换瘜W(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)達到平衡；，反應(yīng)達到平衡

9、； 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；，原有平衡被破壞，正向移動； 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。，原有平衡被破壞，逆向移動。152. 壓力的影響壓力的影響 改變氣體分壓改變氣體分壓對于氣體參與的任意一反應(yīng)，增加反應(yīng)物的分對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。反之，平衡逆向移動平衡向右移動。反之，平衡逆向移動.壓力的變化對

10、液相和固相反應(yīng)的平衡位置幾乎壓力的變化對液相和固相反應(yīng)的平衡位置幾乎沒有影響。沒有影響。16 改變系統(tǒng)的總壓，對氣體反應(yīng)化學(xué)平衡的影響改變系統(tǒng)的總壓，對氣體反應(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，改變總壓都不會改變，改變總壓都不會改變Q值，值，仍然有仍然有Q = K，平衡不發(fā)生移動；，平衡不發(fā)生移動； 當(dāng)當(dāng) a + b d + e，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。，平衡將發(fā)生移動。增加總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少的方向移動。增加總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少的方向移動。減小總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)增加的方向

11、移動。減小總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)增加的方向移動。173. 溫度對化學(xué)平衡的影響溫度對化學(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： mrmrmr=STHG-mrln=KRTG-RSRTHKmrmr+=ln-且且 故：故：18設(shè)設(shè)T1和和T2時反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為時反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為K1和和 K2,有有 RSRTHKmr2mr2+=ln-RSRTHKmr1mr1+=ln-)(=ln2112mr12TTTTRHKK-兩式相減得：兩式相減得：19討論：討論： 對于正向吸熱反應(yīng)，對于正向吸熱反應(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；，平衡將向吸熱反應(yīng)方向移動； 對于正向放熱反應(yīng)，對于正向放熱反應(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。，平衡將向吸熱反應(yīng)方向移動。結(jié)論結(jié)論： 升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。)(=ln2112mr12TTTTRHKK-204. Le Chatelier原理原理平衡向著消除外來影響、平衡向著消除外來影響、恢復(fù)原有狀態(tài)的方向移動?；謴?fù)原有狀態(tài)的方向移動。