化学平衡 习题课
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[G ] g [ H ] h ( θ ) ( θ ) θ c c K [A ] a [B] b ( θ ) ( θ) c c
pG g p H h ( θ) ( θ) p p θ or K pA a pB b ( θ) ( θ) p p
9
气相反应K 与K c 和K p之间的关系:
注意:
θ
RT n K Kc ( θ ) p
14
三、平衡转化率
平衡时已转化了的某反 应物的量(浓度) 平衡转化率% 100% 转化前该反应物的量 (起始浓度)
四、化学平衡的移动
1. Le Chatelier 原理:如果对平衡体系施加外部影 响(如温度、压强或浓度),平衡将向着减小该影 响的方向移动。具体见下表。
15
外界条件对化学平衡的影响
4
2. 3.
4. 5.
二、平衡常数
1.
经验平衡常数: gG + hH
对任一可逆反应 aA + bB T一定,达平衡时,有
[G ] [ H ] Kc a b [A] [B]
g
h
K c 称浓度平衡常数
5
对任一气相可逆反应
aA(g) + bB(g) gG(g) + hH(g)
T一定,达平衡时,有
1、写出化学反应方程式
2、写出反应物的起始浓度 3、写出各种物质的平衡浓度 4、写出平衡常数表达式 5、将各种物质的平衡浓度代入平衡常数表达
式中 6、解方程。
18
书后习题
P111 5-4
27oC时,反应2NO2(g)
N2O4(g)
实现平衡时,反应物和产物的分压分别为p1和 p2。写出Kc,Kp和Kө的表达式,并求出 Kc
由于平衡时H2O的压强小于该温度下其饱和蒸气压, 故发生的实际过程是SrCl2•2H2O(s)的吸水潮解。
35
P112 5-19
标准状态下的某化学反应,
rHmӨ >0,
rSmӨ <0。根据勒沙特列原理,升高温度
时平衡右移;但根据公式rGmӨ = rHmӨ
16
2. 改变压强与改变浓度所引起平衡移动的 区别在于:改变体系的压强,各组分气体 分压均随之改变,平衡移动的方向取决于 反应方程式中气体反应物和气体产物的计 量系数。 3. 平衡常数与温度间关系:
K r H T2 T1 ln K R T1T2
θ 2 θ 1 θ m
17
有关化学平衡的计算题的解题思路
3 3 -1 -1
K c RT 或者 θ θ K p 8.314 kPa dm 3 mol-1 K -1 300 K 100 kPa 3 -1 24.94 dm mol
23
K c RT 8.314 J mol K 300 K 或者 θ θ K p 100 1000P a
第五章 化学平衡 习题课
化学学院 陈维林
1
本章内容小结 书后习题
P111-112, 5-4, 5, 6, 8, 11, 13, 5-14, 15, 16, 18, 19.
课外习题
2
本章内容小结
一、化学平衡特点
二、平衡常数 三、平衡转化率
四、化学平衡的移动
3
一、化学平衡特点
1.
平衡建立的前提:恒温,封闭体系,可逆 反应。 平衡建立的条件:v正 = v逆。 平衡建立的标志:各物质浓度不再随时间 改变而改变。 平衡态是封闭体系可逆反应的最大限度。 化学平衡是动态平衡。
-1 -1
8.314 P a m mol K 300 K 100 1000P a 3 -1 0.02494 m mol
3 -1 -1
24.94dm mol
3
-1
24
P111 5-5
某温度下,100kPa时反应
2NO2(g)
N2O4(g) 的标准平衡常数 Kθ=3.06,求NO2的平衡转化率。
13
标准摩尔生成 (3) 几种热力学数据之间的关系: 吉布斯自由能
rGmӨ = ifGmӨ(生成物) ifGmӨ(反应物)
标准摩尔生成热
rHmӨ = ifHmӨ(生成物) ifHmӨ(反应物)
标准熵
rSmӨ = iSmӨ(生成物) iSmӨ(反应物) rGmӨ = rHmӨ TrSmӨ
mol-2dm6),所以反应逆向进行。 在比较反应商Q与平衡常数的大小时,要 注意: Qc与Kc比较, Qp与Kp比较,
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Q 与K比较。
33
P111 5-11
273K时,水的饱和蒸汽压为611Pa,该温度
下反应SrCl2· 6H2O(s)
SrCl2· 2H2O(s)
+4H2O(g)的Kθ=6.89×10-12, 利用计算结果说 明实际发生的过程是 SrCl2· 6H2O(s)失水风化, 还是SrCl2· 2H2O(s)吸水潮解?
34
P111 5-11 解:
S rC l2 6H2O (s) S rC l2 2H2O (s) 4H2O (g) 因为 所以 故 K (
θ
pH 2O p
θ
) 6.8910
4
12
pH 2O p
θ
1.62103
pH 2O p θ 1.62103 100k Pa1.62103 162 Pa
起始时分压/kPa 平衡时分压/kPa 100 2x 0 0 ½ (100-2x) ½ (100-2x)
p(H 2 , g) p(I 2 , g) Kp 2 [ p (HI, g )] 1 1 (100 2 x) kP a (100 2 x) kP a 2 2 2 (2 x kP a)
30
2
P111 5-8
某温度下,反应N2(g)
+3H2(g)
2NH3(g) 的Kc=0.77mol-2.dm-3。
用计算结果判断,当cN2=0.81mol.dm-3,
cH2=0.32mol.dm-3, cNH3=0.15mol.dm-3时, 反应进行的方向。
31
P111 5-8 解: N2(g) + 3H2(g)
注 意 : Kc 的 单 位 是 (mol•dm-3)-1 ,而 K 是 量纲为1的量,R的取 值 应 为 8.314103 Padm3mol-1K-1。
22
p2 RT 2 Kc RT p1 θ θ p2 θ K p p 2 p1
K c RT 所以 θ θ K p 8.31410 Pa dm mol K 300 K 1001000Pa 24.94 dm 3 mol-1
29
1 2 (100 2 x) 1 -3 故有 2 10 2 x 500 整 理 得 1.0894 x 50 解得 x 45.90
故HI的 解 离 率 为 (100 2 x) k Pa (100 2 45.90) k Pa 100% 100% 100k Pa 100k Pa 8.20%
平衡时 xi x 1 (1 x) 2 100 kPa 2 x (1 x) 2x 1 x
平衡时 pi pi pθ
1 x (1 x)(1 x) θ 1 x K 3.06 2 2 2 4x p ( NO2 , g ) 2x θ p 1 x 2 整理得 13.24x 1 解得 x 0.275 (1 0.275)mol NO2 平衡转化率为 100% 72.5% 1 mol
11
3. 多重平衡规则:
如果 反应3 = 反应1 + 反应2,则K3 = K1•K2
反应3 = 反应1 反应2,则K3 = K1/K2
4. KӨ 与rGӨ 的关系
(1)
化学反应等温式:
rGm = rGmӨ + RTlnQ (Q—反应商) 平衡时 rGmӨ = RTlnKӨ
12
(2) 判断化学反应的方向:
rGm = RTln(Q/ KӨ)
Q < KӨ rGm < 0时, 正向反应自发进行
Q = KӨ rGm = 0 时, 反应达平衡态 Q > KӨ rGm > 0 时, 逆向反应自发进行 Q—反应商 aA hH
h
[H ] c Q a [ A] c
t时刻浓度 (moldm-3) 0.81
0.32
2NH3(g)
0.15
Qc
cNH 3
2 3 3 2
c N 2 cH 2
(0.15mol dm ) 3 3 3 (0.81mol dm ) (0.32mol dm ) 0.85 mol dm
-2 6
32
因为Qc (= 0.85 mol-2dm6) > Kc (= 0.77
p( N 2O 4 , g) pθ
27
P111 5-6
某温度下,反应
H2 + I2(g) 度时反应 2HI(g) 的解离率。
2HI(g)的Kp=500,求该温 H2 + I2(g) 的Kp,并计算HI
28
P111 5-6 解:
互为逆反应的两个反应,其平衡常数互为倒数。 2HI(g) H2 + I2(g)
( pG ) ( p H ) Kp a b ( pA ) ( pB )
g
h
K p 称分压平衡常数
6
Kp与Kc的关系: n n 根据 p ( ) RT 可推导出 K p K c ( RT ) V n ( g h) (a b)
注意: (1) 进行Kp与Kc的转换时,必须注意各物 理 量 的 单 位 ( 此 时 R=8.314103 Pa•dm3•mol-1•K-1);
p( N 2O 4 , g) p2 θ θ p2 θ p p θ K 2 p p ( NO2 , g ) 2 p1 2 p1 [ ] ( ) θ θ p p
21
n P V RT
pN 2O 4
[ N 2O 4 ] θ θ c K [ NO2 ] 2 { θ } c
标准浓度c (= 1 moldm-3) 只适用于溶液相反应,不 能用于气相反应。
θ
1 n K Kp ( θ ) p
θ
(1) 溶液相反应的 Kc 与 KӨ比较,数值相等, 但Kc一般有单位, KӨ无单位。 (2) 气相反应的 Kp或 Kc与KӨ比较,数值一 般不相等,且 Kp 、 Kc 一般有单位, KӨ 则 无单位。
10
(3) 书写化学平衡关系式时,只包括气态物 质平衡相对分压和溶液中各溶质的平 衡相对浓度;固体、纯液体和稀溶液 中大量存在的水相,其相对量为 1,不 必写在平衡关系式中。 (4) 为了计算简便,平衡关系式中的相对浓 度经常用一般浓度代替,但对于气态 物质必须代入其相对分压。
条件的改变 定温下增加反应物浓 度 化学平衡 向生成物方向移动 平衡常数KӨ 不变
定温下增加总压强(气 相反应)
定压下升高温度 其他条件不变,加催 化剂
向气体分子数减少方向 移动(n = 0的反应, 平衡不移动) 向吸热方向进行
无影响
不变
改变 不变
注意:体积增大相当于浓度减小或压强减小;而体积减小 相当于浓度或压强的增大。
25
P111 5-5 解:
反应前/mol 平衡时/mol
2NO2(g)
1 x
N2O4(g)
0 ½ (1-x)
1 (1 x) 1 x 2 1 (1 x) 1 x 2 100 kPa(1 x) (1 x) 1 x 1 x 26
平衡时n总= x + ½(1-x) = ½(1+x)
K
(以pө=100kPa计算)
19
P111 5-4 解:
2NO2(g) 平衡时分压 故 p1 N2O4(g) p2
p( N 2O 4 , g) p2 Kp 2 2 [ p( NO2 , g)] p1 K c K p ( RT )
n
p2 2 RT p1
20
[ N 2O 4 ] p2 RT Kc RT 2 2 p [ NO2 ] p1 NO 2 2 ( ) RT
7
(2)
经验平衡常数 Kc 与 Kp 是有量纲的物 理量, Kc的单位为 (mol· dm-3)n,Kp 的 单位为 (kPa)n 或 (Pa)n 。 只 有 当
n = 0 时, Kc与Kp才是无量纲的量。
8
2. 标准平衡常数: 可逆反应达到平衡时,若以相对浓度或 相对分压表示平衡常数关系式,则得到标 准平衡常数。