无机化学化学平衡课件PPT课件

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解：(1)计算反应商，判断反应方向
c(Fe3 ) / c J
[c(Fe2 ) / c ][c(Ag ) / c ]
1.00103
1.00
0.1001.00102
J<K , 反应正向进行。
(2)
Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s)
开始cB/(mol·L-1) 0.100 1.00×10-2 1.00×10-3
c(Ag+)=8.4 ×10-3mol·L-1 c(Fe2+)=9.84×10-2 mol·L-1
c(Fe3+)= 2.6 ×10-3mol·L-1
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(3)求 Ag+ 的转化率
1 (Ag
)
c0 (Ag ) ceq (Ag c0 (Ag )
)
1.6 103 100% 1.00102
K 愈大，反应进行得愈完全； K 愈小，反应进行得愈不完全； K 不太大也不太小(如 10-3< K <103),
反应物部分地转化为生成物。
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4.2.2 预测反应方向
反应商：
对于一般的化学反应： aA (g)+ bB(aq)+cC(s) xX(g)+yY(aq)+zZ(l)
任意状态下：
/
p
( )1/2
] K 1/ 2
1
2HI(g)
H (g) I (g)
2
2
[ p ( H ) / p ][ p ( I ) / p
K3
2
2
[ p ( HI ) / p ] 2
K3
]
K =( )-1 1
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多重平衡原理 例题：已知25℃时反应
①2BrCl(g) Cl2(g)+Br2(g)的 =0.45
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。
对于溶液中的化学反应，平衡时，J = K 当c(反应物)增大或c(生成物)减小时,
J < K 平衡向正向移动。 当c(反应物)减小或c(生成物)增大时,
J > K 平衡向逆向移动。
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例题：25oC时，反应 Fe2+(aq)+ Ag+(aq)
* 标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应。
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H2(g) I2(g) 2HI(g)
K1
K1
[ p(HI) / p ]2
[ p(H2 ) / p ][p(I2 ) /
p
]
1 2
H
2 (g)
1 2
I 2 (g)
HI(g) K 2
K
2
[
p(H2 )
[ p(HI) / p ] / p ]1/2[ p(I2 )
对于反应前后气体分子数不变的反应， ΣnB(g) =0， xΣn B(g) =1， J = K ，平衡不 移动。
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3.惰性气体的影响 ①在惰性气体存在下达到平衡后，再定
温压缩, ΣnB(g) ≠0，平衡向气体分子数减小 的方向移动, Σ n B(g) =0，平衡不移动。
②对定温定容下已达到平衡的反应， 引入惰性气体，反应物和生成物pB不变， J= K ，平衡不移动。
K3
4.1.3 标准平衡常数的实验测定
例题：定温定容下，GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4 (g) ：
2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4 (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。
J def [ pi (X) / p [ pi (A) / p
]x[ci (Y) / c ]a[ci (B) / c
]y ]b
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反应商判据：
J<K 正向进行； J=K 平衡状态； J>K 逆向进行。
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4.2.3 计算平衡组成
例题：已知反应CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) 在定温定容条件下进行,373K时K =1.5108。
③对定温定压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大， 反应物和生成物分压减小，如果Σ n B(g) ≠0，平衡向气体分子数增大的方向移 动。
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例题：某容器中充有N2O4(g) 和NO2(g)混合物，n(N2O4):n (NO2)=10.0:1.0。在308K， 0.100MPa条件下，发生反应：
的K =3.2。
Fe3+(aq) +Ag(s)
(1)当c(Ag+)=1.00 ×10-2mol·L-1, c(Fe2+)=0.100 mol·L-1, c(Fe3+)= 1.00 ×10-3mol·L1时反应向哪一方向进行? (2)平衡时, Ag+ ,Fe2+,Fe3+的浓度各为多少? (3) Ag+ 的转化率为多少? (4)如果保持Ag+ ,Fe3+的初始浓度不变,使c(Fe2+) 增大至0.300 mol·L-1,求Ag+ 的转化率。
J xSn B(g)
K
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对于气体分子数增加的反应，ΣnB(g) > 0， xΣn B(g) > 1，J>K ，平衡向逆向移动，即向气 体分子数减小的方向移动。
对于气体分子数减小的反应 ，ΣnB(g) <0， xΣn B(g) <1， J < K ，平衡向正向移动，即 向气体分子数减小的方向移动。
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4.1.2 标准平衡常数表达式
对于气相反应：
H2(g) I2(g) 2HI(g)
K
[ p(HI) / p ]2
[ p(H2 ) / p ][p(I2 ) / p ]
对于溶液中的反应：
Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
K
[c(Sn [c(Sn
7.60 1.20 0.345
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r/(mol·L-1·s-1)
H2(g) I2(g) 2HI(g)
r正 r逆
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化学平衡：
在一定条件下，可逆反应处于化学平衡状态：
r正=r逆≠0
特征： （1）系统的组成不再随时间而变。 （2）化学平衡是动态平衡。 （3）平衡组成与达到平衡的途径无关。
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解：
CO(g)+Cl2 (g) COCl 2(g)
开始cB/(mol·L-1)
0.0350 0.0270 0
开始pB/kPa
108.5 83.7
0
假设Cl2全部转化 108.5-83.7 0 83.7
又设COCl 2转化x
x
x
-x
平衡pB/kPa
24.8+x x
83.7-x
K
p(COCl 2) / p
N2O4(g) 2NO2(g)； K (308K)=0.315 (1)计算平衡时各物质的分压； (2)使该反应系统体积减小，反应在308K，0.200MPa条件下进行，平衡向 何方移动？在新的平衡条件下，系统内各组分的分压改变了多少？
x 2.3106
CO
p0 CO peq CO p0 CO
108.5 24.8 100% 108.5
77.1%
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§4.3 化学平衡的移动
4.3.1 浓度对化学平衡的影响 4.3.2 压力对化学平衡的影响 4.3.3 温度对化学平衡的影响
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4.3.1 浓度对化学平衡的影响
§4.1 标准平衡常 数
4.1.1 化学平衡的基本特征 4.1.2 标准平衡常数表达式 4.1.3 标准平衡常数的实验测定
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4.1.1 化学平衡的基本特征
大多数化学反应都是可逆的。例如：
c / mol
t/s
L1
H2
(g)
I2
(g)
2HI(g)
r正×106 r逆×107 mol L1 s1
p(W2O6)=100.0 kPa -
kPa=51.09k8Pa.0 2
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K
[
[ pGeWO4 / p ]2 pGeO/ p ]2[ pW2O6 /
p
]
2.0
98.0 1002
1002 51.0
1
0
0
4.71
03
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平衡转化率：
B
def
n0
B neq n0 B
B
例如：
0 0.0100 0.0100 0
20000 0.00397 0.00397 0.0121
24.80540 0.00213 0.00213 0.0157
3.43反应开始 ：c(H2),c(I2) 较大, c(HI) = 0,
r正较大,r逆为 0；反应进行：c(H2),c(I2)减小, r正减小,c(HI)增大,r逆增大；某一时刻： r正= r逆，系统组成不变，达到平衡状态。
②I2(g)+Br2(g) 计算反应
2IBr(g)的
=0.051
K1 K2
③2BrCl (g)+ I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g)的 。 解：反应① + ②得：
2BrCl (g)+ I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g)
K K K =
·
= 0.45×0.051=0.023
3
1
2
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反应开始时c0(CO)=0.0350mol·L-1， c0(Cl2)=0.0270mol·L-1， c0(COCl2)=0。 计算373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。
解：pV = nRT 因为T 、V 不变，p∝nB
p ( B ) c ( B ) RT
p0(CO)=(0.0350×8.314×373)kPa=108.5 kPa p0(Cl2)=(0.0270×8.314×373)kPa=83.7 kPa
1.0010-3 1.0010-22
(0.3001.0010-22 )[1.0010-2 (12 )]
2 43%
2 (Ag ) 1(Ag )
说明平衡向右移动。
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4.3.2 压力对化学平衡的影响
1.部分物种分压的变化
如果保持温度、体积不变，增大反应 物的分压或减小生成物的分压，使J减小， 导致J<K ，平衡向正向移动。反之，减小 反应物的分压或增大生成物的分压，使J增
16%
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(4) 设达到新的平衡时Ag+ 的转化率为α2
Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s)
平衡Ⅱ 0.300-
1.00×10-2 × 1.00×10-3+
cB/(mol·L-1) 1.00×10-2α2 (1- α2)
1.00×10-2 α2
3.2
GeO 100.0 2.0kPa 100% 98%
100.0kPa
W2O6
100.0 51.0kPa
100.0kPa
100%
49%
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§4.2 标准平衡常数的应用
4.2.1 判断反应程度 4.2.2 预测反应方向 4.2.3 计算平衡组成
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4.2.1 判断反应程度源自变化cB/(mol·L-1) -x
-x
x
平衡cB/(mol·L-1) 0.100-x 1.00×10-2-x 1.00×10-
3
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c(Fe3 ) / c K
[c(Fe2 ) / c ][c(Ag ) / c ]
3.2
1.00103 x (0.100 x)(1.00102
x)
3.2x2－1.352x＋2.2×10-3=0 x=1.6×10-3
4 2
) /c ) /c
][c(Fe2 ) /c ][c(Fe3 ) /c
]2 ]2
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对于一般的化学反应：
aA(g) bB(aq) cC(s)
xX(g) yY(aq) zZ(l)
K
pX/ p pA/ p
xcY/ c acB/ c
y b
K 是量纲一的量。 K 是温度的函数，与浓度、分压无关。
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解： 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g)
开始pB/kPa 100.0 100.0
0
变化pB/kPa -98.0 -
98.0 98.0 2
平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0-
98.0
98.0
2
p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa
大，导致J> K ，平衡向逆向移动。
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2.体积改变引起压力的变化 对于有气体参与的化学反应
aA (g) + bB(g) yY(g) + zZ(g)
平衡时，K pY/ p ypZ/ p z pA/ p apB/ p b
定温下压缩为原体积的1/ xx 1时
J xpY/ p yxpZ/ p z xpA/ p axpB/ p b
pCO/ p p(Cl2 )
/
p
83.7 x/1
24.8 x
00 x
100 100
1.5 108
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因为K 很大，x很小，
假设 83.7-x ≈ 83.7， 24.8+x ≈24.8 。
83.7 100 1.5108 24.8x
平衡时:p(CO)=24.8kPa ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa