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1、第3章 化学平衡第1页，共63页，编辑于2022年，星期二*2 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液3.1.1 3.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程3.1.2 3.1.2 道尔顿（道尔顿（dalton)dalton)分压定律分压定律 3.1.3 3.1.3 标准溶液标准溶液第2页，共63页，编辑于2022年，星期二 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液3.1.1 3.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程p Pa，V m3，TK，R8.314Jmol-1K-1 T=273.15+t 绝对温标绝对温标(度度)t 可写作：可写作：例例1在在温温度度为为400K，压压力力为为200kPa的
2、的条条件件下下，体体积积为为20.0dm3的的二二氧氧化化碳碳气气体体的的物物质质的的量量及及质质量量各各是是多多少？少？*3解：解：根据根据 得得第3页，共63页，编辑于2022年，星期二 组分气体组分气体理想气体混合物中每一种气体理想气体混合物中每一种气体 分压分压组分气体组分气体i在相同温度下占有与混合气体相同在相同温度下占有与混合气体相同 体积时所产生的压力体积时所产生的压力3.1.2 3.1.2 道尔顿（道尔顿（dalton)dalton)分压定律分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和 p=p1+p2+或或 p=pi 分
3、压定律分压定律*4 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第4页，共63页，编辑于2022年，星期二n=n1+n2+分压的求解分压的求解x i i 组分的摩尔分数组分的摩尔分数*5 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第5页，共63页，编辑于2022年，星期二例例题题2 某某容容器器中中含含有有NH3、O2、N2等等气气体体的的混混合合物物。取取样样分分析析后后,其其中中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。解：解：n=n（NH3）+n（O2）
4、+n（N2）=0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol *6p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第6页，共63页，编辑于2022年，星期二分压定律的应用实例*7例例3 在在17，99.3 kPa 下下,用排水取气法收集氮气用排水取气法收集氮气150ml。求在标准状况下气体经干燥后的体积。（已知。求在标准状况下气体经干燥后的体积。（已知17时水的饱和蒸汽压为时水的饱和蒸汽压为1.93 kPa)3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第7页，共63页，编辑于2022年，
5、星期二解：解：P=P(H2O)+P(N2)=99.3kPa P(H2O)=1.93kPa P(N2)=P-P(H2O)=99.3-1.93=97.37 kPa 标准状况：标准状况：0，100kPa,即即 P0=100kPa,T0=273.15K P(N2)=97.37kPa,T(N2)=273.15+17=290.15K V(N2)=150ml 根据理想气体方程：根据理想气体方程：*8 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第8页，共63页，编辑于2022年，星期二*93.1.3 3.1.3 标准溶液标准溶液1.基准物质基准物质 基准物质，必须满足下列要求：基准物质，必须满足下列要求：1)实实际
6、际组组成成应应与与其其化化学学式式完完全全相相符符。例例如如：Na2B4O710H2O(硼硼砂砂),其其中中结结晶晶水水的的含含量量也也要要与与化化学学式式完完全全相符相符2)纯度高，杂质含量不超过纯度高，杂质含量不超过0.1%，一般用优级纯，一般用优级纯(GR)试剂或分析纯试剂或分析纯(AR)试剂。试剂。3)性质稳定。不分解，不吸潮，不吸收空气中的二氧化碳，不失去结晶水等。性质稳定。不分解，不吸潮，不吸收空气中的二氧化碳，不失去结晶水等。4)基准物质应尽可能有较大的摩尔质量，以减少称量误差。基准物质应尽可能有较大的摩尔质量，以减少称量误差。已知准确浓度的溶液已知准确浓度的溶液 3.1 3.1
7、 气体与溶液气体与溶液第9页，共63页，编辑于2022年，星期二1）直接法）直接法：直接法就是准确称取一定量的基准物质，溶解后用容量瓶定容，然后根据基准物质的质量和定容：直接法就是准确称取一定量的基准物质，溶解后用容量瓶定容，然后根据基准物质的质量和定容的体积计算出该标准溶液的准确浓度。只有基准物质才可以用来直接配制标准溶液的体积计算出该标准溶液的准确浓度。只有基准物质才可以用来直接配制标准溶液 2）间接法）间接法：又称标定法：又称标定法 2.标准溶液的配制标准溶液的配制 直接法和间接法两种直接法和间接法两种*10 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第10页，共63页，编辑于2022年，星期
8、二*11解：解：5A +2B=2P 5 2 x 0.02(2030)mmol 滴定体积滴定体积 2030mlx=50.02(2030)2=1.01.5mmolm=130(1.01.5)10-3=0.130.1950.10.2g 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液 例例4 某某基基准准物物A的的摩摩尔尔质质量量为为130g mol 1，用用它它标标定定0.02mol dm 3 的的B溶溶液液。假假定定反反应应为为5A+2B=2P，则每份基准物的称取量（单位则每份基准物的称取量（单位:g）应为应为 A.0.020.03；B.0.060.07；C.0.10.2；D.0.20.4在滴定分析中，一般滴
9、定体积为在滴定分析中，一般滴定体积为2030ml第11页，共63页，编辑于2022年，星期二3.3.基本单元及溶液浓度基本单元及溶液浓度1)基本单元的选择基本单元的选择 基基本本单单元元(basic cell)系系统统(system)中中的的基基本本组组分分，可可以以是是分分子子、原原子子、离离子子、电电子子及及其其它它粒粒子子，也也可可以以是是这这些些粒粒子子的特定组合，还可以指某一特定的过程或反应的特定组合，还可以指某一特定的过程或反应 如如：H2SO4、1/2 H2SO4是是两两个个不不同同的的基基本本单单元元，1mol H2SO4 可可以以与与2mol NaOH反反应应，而而1mol
10、1/2 H2SO4 只只能能与与1mol NaOH反应。再如：反应。再如：3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液是两个不同反应基本单元，是两个不同反应基本单元，1mol 这样的反应，前者生成这样的反应，前者生成2mol水，而后者则生成水，而后者则生成1mol水水第12页，共63页，编辑于2022年，星期二*131mol(KMnO4)表示表示6.0231023个个KMnO4，式量为，式量为158.03g/mol1mol(1/5KMnO4)表示表示6.0231023个个1/5KMnO4，式量为，式量为158.03/5=31.61g/mol1mol(H2SO4）表示）表示6.0231023个个H2SO
11、4，式量为，式量为98.0g/mol1mol(1/2H2SO4）表示）表示6.0231023个个1/2 H2SO4，式量为，式量为98.0/2=49.0g/mol例例5 计算计算158.03gKMnO4中中KMnO4及及1/5KMnO4的物质的量的物质的量已知：已知：M(KMnO4)=158.03g/mol。解：解：M(KMnO4)=158.03g/mol M(1/5KMnO4)=1/5158.03g/mol n(KMnO4)=158.03158.03=1.0000mol n(1/5KMnO4)=158.031/5 158.03=5.0000mol 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液基本单元
12、的选择不同，对应的物质的量是不同的，如基本单元的选择不同，对应的物质的量是不同的，如第13页，共63页，编辑于2022年，星期二2)溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法 浓浓度度还还可可以以用用其其他他的的表表示示方方法法，如如：质质量量摩摩尔尔浓浓度度（mol/kg），体体积积浓浓度度（体体积积分分数数，%），百百分分比比浓浓度度（质质量量分分数数，%），质量体积浓度（密度，），质量体积浓度（密度，g/ml）等等。）等等。式中式中nB表示基本单元的物质的量表示基本单元的物质的量(mol)，V表示溶液的体积表示溶液的体积(dm3或或L)。浓度单位用摩尔每立方分米。浓度单位用摩尔每立方分米(mo
13、ldm-3或或molL-1)*143)分析浓度和平衡浓度分析浓度和平衡浓度分分析析浓浓度度根根据据溶溶质质的的物物质质的的量量和和溶溶液液的的体体积积计计算算得得到到的的浓浓度度，常常用用符符号号c表表示示，也也称称为为溶溶质质总总浓浓度度，如如用用0.10molHAc配配制成制成1.0L溶液，则其分析浓度为溶液，则其分析浓度为0.10mol/L。平平衡衡浓浓度度溶溶液液体体系系在在平平衡衡状状态态下下，各各种种存存在在形形式式的的浓浓度度。如如上上述述HAc溶溶液液，因因HAc在在水水中中存存在在解解离离：HAc=Ac-+H+，既既HAc在在水水中中具具有有两两种种存存在在形形式式，HAc和
14、和Ac-,平平衡衡时时HAc的的浓浓度度必必然然小小于于0.10mol/L。平平衡衡时时HAc和和Ac-的的浓浓度度就就称称为为平平衡衡浓浓度度，用用 表示表示，如，如Ac-和和HAc分别表示分别表示Ac-和和HAc的平衡浓度。但的平衡浓度。但Ac-+HAc=c，既，既有关组分平衡浓度之和等于分析浓度有关组分平衡浓度之和等于分析浓度 3.1 3.1 气体与溶液气体与溶液第14页，共63页，编辑于2022年，星期二*153.2 3.2 化学热力学基础化学热力学基础(自由学习自由学习)3.2.1 3.2.1 热力学术语和基本概念热力学术语和基本概念3.2.2 3.2.2 热力学第一定律热力学第一定
15、律3.2.3 3.2.3 盖斯定律（盖斯定律（HessHess定律）定律）3.2.4 3.2.4 热力学第二定律热力学第二定律3.2.5 3.2.5 吉布斯（吉布斯（Gibbs)Gibbs)自由能自由能第15页，共63页，编辑于2022年，星期二1.1.系统和环境系统和环境系统系统：被研究对象：被研究对象环境环境:系统外与其密切相关的部分系统外与其密切相关的部分敞开系统敞开系统:与环境有物质交换也有能量交换与环境有物质交换也有能量交换封闭系统封闭系统:与环境无物质交换有能量交换与环境无物质交换有能量交换隔离系统隔离系统:与环境无物质、能量交换与环境无物质、能量交换3.2.1 3.2.1 热力学
16、术语和基本概念热力学术语和基本概念第16页，共63页，编辑于2022年，星期二2.2.状态和状态函数状态和状态函数状态状态：系统宏观性质：系统宏观性质(p,T,V,n,U,H,S.)的综合表现的综合表现状态函数状态函数:描述系统性质的物理量，描述系统性质的物理量，(p,V,T)特点特点:(1)状态一定状态一定,状态函数一定状态函数一定 (2)状态变化状态变化,状态函数也随之而变状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关而与变化途径无关P1=100kPaV1=2m3T1=298.15P2=00kPaV2=m3T2=298.15加
17、压加压P=1000kPaV=.2m3T=298.15始态始态终态终态加压加压减压减压例如：例如：3.2.1 3.2.1 热力学术语和基本概念热力学术语和基本概念第17页，共63页，编辑于2022年，星期二3.3.过程过程,途径和可逆过程途径和可逆过程定温过程定温过程:T1=T2=T T=0，始态和终态温度同，始态和终态温度同定压过程定压过程:p1=p2=pex P=0,整个过程不变整个过程不变定容过程定容过程:V1=V2=Vex V=0，整个过程不变，整个过程不变 注意：定压、定容与定温不同注意：定压、定容与定温不同途径途径:状态变化所经历的具体步骤或过程状态变化所经历的具体步骤或过程可逆过程
18、可逆过程:系统从终态到始态时系统从终态到始态时,消除了对环境产生的一切影响消除了对环境产生的一切影响;可逆过程是理想化过程可逆过程是理想化过程,无限接近热力学无限接近热力学平衡态平衡态过程：状态变化中的一个经历过程：状态变化中的一个经历3.2.1 3.2.1 热力学术语和基本概念热力学术语和基本概念第18页，共63页，编辑于2022年，星期二2 2）功）功(W W )*19 系统与环境之间由于存在温差而传递的能量系统与环境之间由于存在温差而传递的能量Q 热不是状态函数。规定：热不是状态函数。规定：系统吸热系统吸热:Q 0 系统放热系统放热:Q 04.4.热和功热和功 1 1）热）热(Q Q )
19、3.2.1 3.2.1 热力学术语和基本概念热力学术语和基本概念 系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量系统与环境之间除热之外以其它形式传递的能量。规定规定：系统对环境做功，系统对环境做功，W0体积功体积功体积变化反抗外力所作的功体积变化反抗外力所作的功非体积功非体积功体积功以外的功，如电功等体积功以外的功，如电功等 功不是状态函数！功不是状态函数！第19页，共63页，编辑于2022年，星期二体系中所蕴藏的总能量叫做热力学能体系中所蕴藏的总能量叫做热力学能热力学能热力学能(U):系统内部所有微观粒子的全部能量之和系统内部所有微观粒子的全部能量之和 也称内能也称内能 U是状态函数是状态函数状
20、态一定，内能具有定值状态一定，内能具有定值热力学能变化只与始态、终态有关，而与变化途径无关。即热力学能变化只与始态、终态有关，而与变化途径无关。即5.5.热力学能热力学能3.2.1 3.2.1 热力学术语和基本概念热力学术语和基本概念第20页，共63页，编辑于2022年，星期二所以所以封闭体系的热力学第一定律封闭体系的热力学第一定律可写为：可写为：得功得功W 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。即：热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。即：U体系体系+U环境环境=定值定值3.2.2 3.2.2 热力学第一定律热力学第一定律 1.1.热力学第一定律热力学第一定律对于一个封闭体系：对于一
21、个封闭体系：第21页，共63页，编辑于2022年，星期二 对于一个封闭的系统，假如在变化过程中只做膨胀功（体积功）时，如果对于一个封闭的系统，假如在变化过程中只做膨胀功（体积功）时，如果 1)定容过程定容过程：即即 V V=0,=0,则：则：则：则：WW=0,=0,所以有：所以有：所以有：所以有：QV为定容反应热，等于体系内能变化为定容反应热，等于体系内能变化 即：在等容过程中，体系所吸收的热量全部用于增加体系的内能（热力学能）即：在等容过程中，体系所吸收的热量全部用于增加体系的内能（热力学能）2）定压过程）定压过程，即：，即：p1=p2=pex ,则体积功则体积功则体积功则体积功 W=-pW
22、=-pexex(V V2 2-V V1 1)3.2.2 3.2.2 热力学第一定律热力学第一定律2.2.焓及焓变焓及焓变第22页，共63页，编辑于2022年，星期二焓：焓：焓变：焓变：Qp-等压反应热，等于体系的焓变等压反应热，等于体系的焓变注意：对于有相变发生的体系：注意：对于有相变发生的体系：注意：对于有相变发生的体系：注意：对于有相变发生的体系：考虑相变潜能考虑相变潜能考虑相变潜能考虑相变潜能3.2.2 3.2.2 热力学第一定律热力学第一定律第23页，共63页，编辑于2022年，星期二 在温度在温度T下下,由参考状态单质生成由参考状态单质生成1mol物质物质B的标准摩尔焓变的标准摩尔焓
23、变,称为物质称为物质B的标准摩尔生成焓。的标准摩尔生成焓。(参考状态参考状态标标准态下最稳定态准态下最稳定态)参考状态参考状态P(白白)C(石墨）石墨）S(斜方）斜方）H+(aq)各物质在各物质在298.15K下的标准生成焓见下的标准生成焓见p456附录附录63.2.3 3.2.3 盖斯定律（盖斯定律（HessHess定律）定律）1.1.标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓第24页，共63页，编辑于2022年，星期二反应物反应物最终产物最终产物中间产物中间产物 化学反应不管是一步完成还是分几步完成，过程的热效应总是相同的化学反应不管是一步完成还是分几步完成，过程的热效应总是相同的2.Hess2.Hes
24、s定律定律注意：这种关系是注意：这种关系是在一步完成与多步在一步完成与多步完成中的每一分步完成中的每一分步均在相同条件下进均在相同条件下进行时才成立的行时才成立的标准态标准态3.2.3 3.2.3 盖斯定律（盖斯定律（HessHess定律）定律）第25页，共63页，编辑于2022年，星期二3.2.4 热力学第二定律热力学第二定律自发性自发性不需要外力帮助就能自发进行不需要外力帮助就能自发进行 如：苹果落地、玻璃杯落地打碎、气体扩散等如：苹果落地、玻璃杯落地打碎、气体扩散等 这些过程的特点：这些过程的特点：（1）体系能量减小）体系能量减小自发过程中体系释放出能量自发过程中体系释放出能量（2）自发
25、分散）自发分散导致体系更混乱（混乱度加大）导致体系更混乱（混乱度加大）混乱度混乱度热力学函数热力学函数熵（熵（S)2.熵及热力学第二定律熵及热力学第二定律 熵熵熵是描述体系混乱度的热力学函数熵是描述体系混乱度的热力学函数,熵越大熵越大,体系的混乱度越大。和其他热力学函数一样，熵体系的混乱度越大。和其他热力学函数一样，熵也是一个状态函数，过程的熵变也是一个状态函数，过程的熵变S只与始态和终态有关，而与途径无关只与始态和终态有关，而与途径无关1.1.化学反应的自发性化学反应的自发性自发过程的混乱度增加，即熵增加，这就是热力学第二定律自发过程的混乱度增加，即熵增加，这就是热力学第二定律第26页，共6
26、3页，编辑于2022年，星期二对对于于纯纯净净物物质质的的完完整整晶晶体体，在在热热力力学学0K时时，分分子子间间排排列列整整齐齐，且且分分子子的的任任何何热热运运动动也也停停止止了了，这这时时体体系系完完全全有有序序化化，体体系系的的混混乱乱度度可可视视为为零零，即即熵熵为为零零。这这就就是是热热力力学学第第三三定定律律。即即：在在热热力力学学温温度度0K时时，任任何纯物质完整晶体的熵值为零。何纯物质完整晶体的熵值为零。TK与与0K的熵值之差：的熵值之差：在标准态下在标准态下1mol物质的熵值称为该物质的物质的熵值称为该物质的标准摩尔熵标准摩尔熵(or 标准熵标准熵)，用，用 表示，表示，单
27、位为：单位为：J.mol-1.K-1。3.3.热力学第三定律热力学第三定律3.2.4 3.2.4 热力学第二定律热力学第二定律各物质在各物质在298.15K下的标准熵见下的标准熵见p456附录附录6第27页，共63页，编辑于2022年，星期二3.2.5 3.2.5 吉布斯（吉布斯（Gibbs)Gibbs)自由能自由能对于等温等压过程：对于等温等压过程：对于自发过程对于自发过程：所以必有所以必有:即即在等温等压下自发过程在等温等压下自发过程有：有：第28页，共63页，编辑于2022年，星期二则则所以对于自发过程，有：所以对于自发过程，有：G 0 G0 自发过程自发过程 G=0 平衡状态，化学反应
28、的限度平衡状态，化学反应的限度 G 0 不可能自发进行的过程不可能自发进行的过程T、H、S均为状态函数，均为状态函数，G也是状态函数，称为也是状态函数，称为Gibbs(吉布斯吉布斯)自由能，也称自由焓自由能，也称自由焓G的物理意义：在的物理意义：在等温等压过程等温等压过程中，被用于做非体积功的最大值中，被用于做非体积功的最大值G与过程自发性的关系与过程自发性的关系3.2.5 3.2.5 吉布斯（吉布斯（Gibbs)Gibbs)自由能自由能假设：假设：G=H-TS用热力学函数可以判断过程发生的可能性用热力学函数可以判断过程发生的可能性第29页，共63页，编辑于2022年，星期二3.3 3.3 化
29、学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数3.3.1 化学反应的可逆性及化学平衡化学反应的可逆性及化学平衡3.3.2 平衡常数平衡常数*30第30页，共63页，编辑于2022年，星期二3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数*31可逆性可逆性：在同一条件下在同一条件下，既能向一个方向进行，又能，既能向一个方向进行，又能 向相反方向进行向相反方向进行 化学反应是原子之间的化合或化合着的原子分解的过程，反应过程中矛盾的双方不化学反应是原子之间的化合或化合着的原子分解的过程，反应过程中矛盾的双方不能孤立存在能孤立存在 任何任何反应都具有一定的可逆性反应都具有一定的可逆性，但不同的反应，但不同的反
30、应可逆的程度不同可逆的程度不同，各反应进行的，各反应进行的限度限度就就不一样，不一样，可逆程度小，反应进行的限度大，反之亦反之可逆程度小，反应进行的限度大，反之亦反之3.3.1 化学反应的可逆性及化学平衡化学反应的可逆性及化学平衡第31页，共63页，编辑于2022年，星期二正、逆反应速率相等时体系所处的一种状态正、逆反应速率相等时体系所处的一种状态化学平衡：化学平衡：I2+H2 2HI 化学平衡化学平衡条件平衡条件平衡3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数*32是是 G=0 的状态，的状态，是是化学反应的限度化学反应的限度第32页，共63页，编辑于2022年，星期二化学反应平衡的
31、特征：化学反应平衡的特征：（1）化学平衡是动态平衡）化学平衡是动态平衡 （2）系统的组成不再随时间而变）系统的组成不再随时间而变 （3）平衡组成与达到平衡的途径无关）平衡组成与达到平衡的途径无关平衡状态平衡状态化学反应达到的最大限度化学反应达到的最大限度*333.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第33页，共63页，编辑于2022年，星期二*343.3.2 平衡常数平衡常数 1.经验（试验）平衡常数经验（试验）平衡常数 式中式中a,b,c,d称为化学反应的计量系数，常用称为化学反应的计量系数，常用v表示。反应物的表示。反应物的v为负值，生成物的为负值，生成物的v为正值。为正值。A
32、、B、C、D的的v为分别：为分别：vA=-a，vB=-b，vE=e，vD=d 0=eE+dD-aA-bB 反应平衡时：反应平衡时：A、B、C、D的浓度不再改变，所以的浓度不再改变，所以浓度平衡常数浓度平衡常数对于可逆反应对于可逆反应 aA+bB eE+dD例如：例如：H2(g)+I2(g)2HI(g)3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第34页，共63页，编辑于2022年，星期二 对于气相反应，平衡常数可以写为：对于气相反应，平衡常数可以写为：称为压力平衡常数称为压力平衡常数 对于同时有气、固和溶液参加的反应对于同时有气、固和溶液参加的反应,如如 混合平衡常数混合平衡常数aA(
33、g)+bB(aq)+f F(l)eE(s)+dD(g）*353.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第35页，共63页，编辑于2022年，星期二在一定温度下，反应达到平衡时，有关物种的浓度（或分压力）以其相应的在一定温度下，反应达到平衡时，有关物种的浓度（或分压力）以其相应的化学计量系数化学计量系数为方次的乘积是为方次的乘积是一个常数一个常数称为试验（经验）平衡常数，既称为试验（经验）平衡常数，既化学平衡定律化学平衡定律(试验平衡常数试验平衡常数具有单位具有单位)*363.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数i若为气体，式中若为气体，式中ci表示表示i的分压的分压第36
34、页，共63页，编辑于2022年，星期二*372.标准平衡常数标准平衡常数a-有关物种在平衡状态的相对浓度或相对分压力有关物种在平衡状态的相对浓度或相对分压力对于反应：对于反应：aA+bB=eE+f F当反应处于平衡状态时，当反应处于平衡状态时，G=0,其平衡常数可表示为其平衡常数可表示为是热力学平衡常数，是由热力学函数决定的：是热力学平衡常数，是由热力学函数决定的：3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第37页，共63页，编辑于2022年，星期二对于气体对于气体：标准压力，标准压力，100KPa对于溶液对于溶液：标准浓度标准浓度,1mol.dm-3*38相对浓度或相对分压力可定义
35、为：相对浓度或相对分压力可定义为：K标准平衡常数标准平衡常数a 无量纲，或量纲为无量纲，或量纲为1所以：标准平衡常数所以：标准平衡常数K的量纲为的量纲为1 说明：相对平衡浓度用说明：相对平衡浓度用a表示，任意状态下浓度用表示，任意状态下浓度用 a 表示表示3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第38页，共63页，编辑于2022年，星期二对于气相反应对于气相反应如如*39 对于溶液中的反应对于溶液中的反应 Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第39页，共63页，编辑于2022年，星期二说明：说明
36、：（1）K量纲（单位）为量纲（单位）为1（2）K只是温度的函数，与浓度、分压无关只是温度的函数，与浓度、分压无关*40对于一般的化学反应对于一般的化学反应3.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第40页，共63页，编辑于2022年，星期二（3）标准平衡常数表达式必需与化学反应计量式相对应）标准平衡常数表达式必需与化学反应计量式相对应如：如：*413.3 3.3 化学平衡及平衡常数化学平衡及平衡常数第41页，共63页，编辑于2022年，星期二*423.4 3.4 多重平衡原理多重平衡原理第42页，共63页，编辑于2022年，星期二3.4 多重平衡原理多重平衡原理一种或几种物质同时参与
37、几个不同的反应一种或几种物质同时参与几个不同的反应 可以是反应物也可以是产物可以是反应物也可以是产物 当体系中的有关化学反应都达到平衡时，称为当体系中的有关化学反应都达到平衡时，称为多重平衡或同时平衡多重平衡或同时平衡 多重平衡体系多重平衡体系多重平衡的平衡常数具有一定的关系，可以由已知的平衡常数计算得到未知的平衡常数多重平衡的平衡常数具有一定的关系，可以由已知的平衡常数计算得到未知的平衡常数*43第43页，共63页，编辑于2022年，星期二例例4 已知已知25时反应时反应 （1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的的 =0.45（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的的 =0.
38、051计算反应计算反应（3）2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的的 。反应反应（1）+（2）得：）得：2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)*443.4 多重平衡原理多重平衡原理解：解：第44页，共63页，编辑于2022年，星期二例例5 已知已知25时反应时反应（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的的 =0.45(2)2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的的计算反应计算反应（3）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的的 。(2)-(1)得得 I2(g)+Br2(g)2IBr(g)*453.4 多重平衡原理多重平衡原理解：
39、解：第45页，共63页，编辑于2022年，星期二*463.5.1 3.5.1 判断反应的程度判断反应的程度3.5.2 3.5.2 预测反应方向预测反应方向3.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用3.5.3 3.5.3 计算平衡组成计算平衡组成第46页，共63页，编辑于2022年，星期二3.5.1 判断反应的程度判断反应的程度K愈大，反应进行得愈完全愈大，反应进行得愈完全K愈小，反应进行得愈不完全愈小，反应进行得愈不完全K不太大也不太小不太大也不太小(如如 10-3 K 103),反应物部分地转化为生成物反应物部分地转化为生成物*473.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用第47页，共6
40、3页，编辑于2022年，星期二*483.5.2 预测反应方向预测反应方向 反应反应 aA(g)+bB(aq)+cC(s)=eE(g)+dD(aq)+fD(l)在任意状态下，有关物种的浓度关系可表示为：在任意状态下，有关物种的浓度关系可表示为：反应商反应商3.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用第48页，共63页，编辑于2022年，星期二反应方向的商判据反应方向的商判据J K 反应逆向自发进行。反应逆向自发进行。*49由由J 和和K的相对大小可以判断反应进行的方向的相对大小可以判断反应进行的方向3.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用第49页，共63页，编辑于2022年，星期二例例8 反
41、应反应 CO(g)+Cl2(g)COCl 2(g)在在恒温恒容恒温恒容条件下进行。已知条件下进行。已知373K时时K=1.5 108。反应开始时。反应开始时c0(CO)=0.0350moldm-3，c0(Cl2)=0.0270 moldm-3，c0(COCl2)=0。计算。计算373K反应达到反应达到平衡时各物种的分压和平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。的平衡转化率。3.5.3 3.5.3 计算平衡组成计算平衡组成解：解：CO(g)+Cl2(g)COCl 2(g)开始开始cB/(moldm-3)0.0350 0.0270 0开始开始pB/kPa 108.5 83.7 0平衡平衡pB/kPa
42、 108.5-(83.7-x)x (83.7-x)=24.8+x*503.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用第50页，共63页，编辑于2022年，星期二因因K很大很大,x很小很小,则则 83.7-x 83.7,24.8+x 24.8平衡时平衡时:p(CO)=24.8kPa p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa*513.5 3.5 平衡常数的应用平衡常数的应用第51页，共63页，编辑于2022年，星期二*523.6.1 3.6.1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响3.6 3.6 化学平衡的移动化学平衡的移动3.6.2 3.6.2 压力对化学平衡的
43、影响压力对化学平衡的影响3.6.3 3.6.3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响3.6.4 Le Chatelier 3.6.4 Le Chatelier 原理原理第52页，共63页，编辑于2022年，星期二3.6.1 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响对于溶液中的化学反应对于溶液中的化学反应，平衡时，平衡时，J=K 当当c(反应物反应物)增大或增大或c(生成物生成物)减小时减小时 J K 平衡向逆向移动平衡向逆向移动化学平衡的移动化学平衡的移动 当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程当外界条件改变时，化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程3
44、.6 3.6 化学平衡的移动化学平衡的移动例如：例如：25C时，反应时，反应 Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)的的K=3.2。平衡时平衡时,J =K 当增大当增大Fe2+的浓度，的浓度，或减小或减小Fe3+的浓度时，会导致的浓度时，会导致 J K平衡向正向移动，可以提高平衡向正向移动，可以提高Ag+的转化率的转化率*53第53页，共63页，编辑于2022年，星期二3.6.2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响(1)部分物种分压的变化部分物种分压的变化 如如果果保保持持温温度度、体体积积不不变变，增增大大反反应应物物的的分分压压或或减减小小生生成成物物的的分分压
45、压，使使J 减减小小，导导致致J K，平衡向逆向移动。，平衡向逆向移动。(2)体积改变引起压力的变化体积改变引起压力的变化对于有气体参与的化学反应对于有气体参与的化学反应平衡时平衡时 aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g)*543.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第54页，共63页，编辑于2022年，星期二恒温下恒温下压缩为原体积的压缩为原体积的 时时即即对于气体分子数增加的反应对于气体分子数增加的反应即即向气体分子数减小的方向移动向气体分子数减小的方向移动x VB 1J K平衡向逆向移动平衡向逆向移动 B 0*553.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第55页，共63页，编辑于2022年
46、，星期二对于气体分子数减小的反应对于气体分子数减小的反应 例例9 某容器中充有某容器中充有N2O4(g)和和NO2(g)混合物，混合物，n(N2O4):n(NO2)=10.0:1.0。在。在308K,0.100MPa条条件下件下,发生反应发生反应:N2O4(g)NO2(g)K=0.315 (1)计算平衡时各物质的分压；计算平衡时各物质的分压；(2)使使该该反反应应系系统统体体积积减减小小到到原原来来的的1/2，反反应应在在308K，0.200MPa条条件件下下进进行行，平平衡衡向向何何方方移移动？在新的平衡条件下，系统内各组分的分压改变了多少？动？在新的平衡条件下，系统内各组分的分压改变了多少
47、？即即向气体分子数减小的方向移动向气体分子数减小的方向移动 B 0 x VB 1J K平衡向正向移动平衡向正向移动对于反应前后气体分子数不变的反应对于反应前后气体分子数不变的反应 平衡不移动平衡不移动 B=0 x B=1J=K*563.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第56页，共63页，编辑于2022年，星期二解解：(1)反应在恒温恒压条件下进行反应在恒温恒压条件下进行 以以1molN2O4为计算基准，设平衡时消耗为计算基准，设平衡时消耗N2O4 x mol N2O4(g)2NO2(g)开始时开始时nB/mol 1.00 0.100平衡时平衡时nB/mol 1.00-x 0.10+2x平衡时平
48、衡时pB/kPa 其中：其中：1.10+x=n总总*573.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第57页，共63页，编辑于2022年，星期二（2）压缩后）压缩后平衡向逆反应方向移动平衡向逆反应方向移动此时有此时有 N2O4(g)2NO2(g)开开 始始 时时 nB/mol 1.00 0.100平衡平衡()时时nB/mol 1.00-y 0.10+2y平衡平衡()时时pB/kPa *583.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第58页，共63页，编辑于2022年，星期二*593.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第59页，共63页，编辑于2022年，星期二3.6.3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影
49、响 K是温度的函数。是温度的函数。温度变化引起温度变化引起K的变化，导致化学平衡的移动的变化，导致化学平衡的移动 对于放热反应，温度升高对于放热反应，温度升高，K减小减小 平衡向逆向移动平衡向逆向移动对于吸热反应，温度升高对于吸热反应，温度升高,K增大增大 平衡向正向移动平衡向正向移动*603.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第60页，共63页，编辑于2022年，星期二影响化学平衡常数及平衡移动的因素总结影响化学平衡常数及平衡移动的因素总结影响因素的改变化学平衡K移动恒温时增加反应物的浓度不变正向移动气相反应恒温压缩,总压增加n 0不变逆向移动升高温度吸热反应增大正向移动放热反应减小逆向移动加
50、入催化剂不变不移动结论与温度有关，与浓度、压力和催化剂无关与浓度、压力和温度有关，与催化剂无关3.6 化学平衡的移动化学平衡的移动第61页，共63页，编辑于2022年，星期二需要说明的问题需要说明的问题 催化剂不能使化学平衡发生移动催化剂不能使化学平衡发生移动 催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡常数，也不改变反应商常数，也不改变反应商 催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成3.6.4 Le