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无机化学

无机化学. 第四章 化学平衡. Chapter4: Chemical equilibrium. 内容提要. 第一节 平衡常数. 第二节 化学平衡的移动. 第一节 平衡常数. 一、 化学反应的可逆性和化学平衡. 可逆反应： 在相同条件下，既能向某一方向又能向相反方向进行的反应。. 化学平衡： 在可逆反应中正逆反应速率相等时，体系各组份的相对量不随时间而改变的状态。. 化学平衡特点： ★ 各物质的浓度或分压不再发生变化，反应 达到 动态平衡 ； ★ 平衡条件破坏后，平衡会发生移动。 ★ 物质浓度或分压的 幂的乘积比值为常数 。.

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Presentation Transcript

  1. 无机化学 第四章 化学平衡 Chapter4: Chemical equilibrium

  2. 内容提要 第一节 平衡常数 第二节 化学平衡的移动

  3. 第一节 平衡常数 一、 化学反应的可逆性和化学平衡 可逆反应：在相同条件下，既能向某一方向又能向相反方向进行的反应。 化学平衡： 在可逆反应中正逆反应速率相等时，体系各组份的相对量不随时间而改变的状态。 化学平衡特点： ★ 各物质的浓度或分压不再发生变化，反应 达到动态平衡； ★ 平衡条件破坏后，平衡会发生移动。 ★ 物质浓度或分压的幂的乘积比值为常数。

  4. 第一节 平衡常数 N2O4(g) ⇌2NO2(g) 对于任意溶液反应： aA + bB ⇌dD + eE 当反应达到平衡时，

  5. 第一节 平衡常数 二、 标准平衡常数 对于任意溶液反应： aA + bB ⇌ dD + eE 当反应物、产物中有气体物质（平衡分压为 p )，则气体物质用 p / pθ 代替浓度项。 注：浓度和分压为平衡时的浓度或分压。

  6. 第一节 平衡常数 说明： ★ Kθ越大，化学反应向右进行得越彻底。 因此标准平衡常数是一定温度下化学反 应可能进行的最大限度的量度。 ★ Kθ只与反应的本性和温度有关， 与浓度 或分压无关。 ★ Kθ是单位为1的量。

  7. 第一节 平衡常数 书写标准平衡常数应注意的问题： ★ 反应方程式的写法不同，则Kθ不同。 方程式系数扩大一倍，则Kθ平方。因此，表达式及 Kθ值应与所书写的反应式相对应。 ★ 如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应 写在平衡关系式中。 ★ 在稀溶液中进行的反应，若溶剂参与反应，但因其 浓度几乎维持不变，可以看成常数，故也不写入表 达式。 ★ 正、逆反应的Kθ互为倒数。即K正θ· K逆θ＝1

  8. （2）CaCO3(s) ⇌CaO(s)+CO2(g) = 第一节 平衡常数 （1）2N2O4(g) ⇌4NO2(g) N2O4(g) ⇌2NO2(g) （3）Cr2O72-+H2O ⇌ 2CrO42-+2H+

  9. 第一节 平衡常数 三、 标准平衡常数与标准自由能变的关系 △rGm= △rGmθ + RT lnQ — — Vant’Hoff 等温方程式 平衡时：△rGm= 0 △rGmθ = - RT ln Kθ

  10. 第一节 平衡常数 用标准平衡常数判断自发反应方向 △rGm= - RT lnKθ+ RT lnQ △rGm= RT ln(Q/Kθ) • Q ＜ Kθ，则△rGm＜0，正向反应自发； • Q ＞ Kθ，则△rGm＞0，逆向反应自发； • Q ＝ Kθ，则△rGm＝0，化学反应达到平衡。 ★标准平衡常数也是化学反应自发进行方向的判据。 Q值与Kθ相差越大，从正向或逆向自发进行反应的趋势就越大。

  11. 第一节 平衡常数 对于任意反应： aA + bB ⇌ dD + eE 补充： Kc :浓度平衡常数 Kp :压力平衡常数 ★当a+b=d+e时，Kc和Kp无单位，与Kθ在数值上相等， ★当a+b≠d+e时，Kc和Kp有单位， Kc与Kθ在数值上相等。

  12. 第一节 平衡常数 四、 多重平衡 多重平衡：在一定条件下，在一个反应系统中一个或 多个物种同时参与两个或两个以上的化学反应，并共同达到化学平衡。 基本特征：参与多个反应的物种的浓度或分压必须同时满足这些平衡。 多重平衡规则：反应相加减，则△rGm相加减，K相乘除。 • 标准平衡常数和实验平衡常数均适用。

  13. 第一节 平衡常数 例如： (1)C(gra)+ O2(g) ⇌ CO2(g) K1 △rGm,1 (2)CO(g)+ 1/2O2(g) ⇌ CO2(g) K2 △rGm,2 (3)C(gra)+ 1/2O2(g) ⇌ CO (g) K3 △rGm,3 △rGm,1= △rGm,2+ △rGm,3 K1=K2 × K3

  14. 第二节 化学平衡的移动 定义：由于化学平衡的条件变化导致化学平衡移动的过程。 化学平衡移动直到建立新的平衡为止。 影响因素：浓度、压力和温度。 （一）浓度对化学平衡的影响 △rGm= RT ln(Q/Kθ) 增加反应物浓度或减少生成物浓度，QKθ, 化学平衡向着正反应方向移动； 增加生成物浓度或减少反应物浓度，QKθ, 化学平衡向着逆反应方向移动。

  15. 第二节 化学平衡的移动 （二）压力对化学平衡的影响 压力的变化对液相和固相反应的平衡几乎没有影响。 对于任意气相反应： aA + bB ⇌ dD + eE 1、改变气体分压 增加反应物的分压或减小产物的分压，将使Q＜ Kθ，则 △rGm＜0， 平衡正向移动。反之，平衡逆向移动.

  16. 第二节 化学平衡的移动 2、改变系统总压 • 当a+b = d+e，改变总压不会改变Q值，仍然有Q = Kθ，平衡不发生移动； • 当a+b≠d+e，改变总压将改变Q值，使Q≠ Kθ， 平衡将发生移动。 • 增加总压力，平衡将向气体分子总数减少的方向移动。减小总压力，平衡将向气体分子总数增加的方向移动。

  17. 两式合并得： 第二节 化学平衡的移动 （三）温度对化学平衡的影响 温度与浓度、压力相比，对平衡影响有本质区别：浓度、压力只改变Q值，Kθ不改变；而温度改变是通过改变平衡常数Kθ使平衡发生移动。

  18. 第二节 化学平衡的移动 设T1和T2时反应的标准平衡常数分别为K1θ和 K2θ 则有： 两式相减得：

  19. 第二节 化学平衡的移动 讨论： 对于正向吸热反应， ΔrHmθ＞0，当T2＞T1，必然有K2θ＞ K1θ，平衡将向吸热反应方向移动； 对于正向放热反应， ΔrHmθ < 0，当T2＞T1，必然有K2θ < K1θ，平衡将向吸热反应方向移动。 结论：升高温度，平衡向吸热方向移动； 降低温度，平衡向放热方向移动。

  20. 第二节 化学平衡的移动 （四） Le Chatelier原理 平衡向着减弱改变的方向移动。

  21. 第二节 化学平衡的移动 稳态与内稳态 具有恒定的输入、输出组成 非平衡浓度 稳态：所有具有恒定输入输出的敞开系统所具 有的状态； 内稳态：生物系统内可能达到的稳态。

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