第三章化学平衡 31教学基本要求 1、了解化学平衡的概念,理解标准平衡常数的意义 2、掌握有关化学半衡的计算 3、理解浓度、压力和温度对化学平衡的影嘩 32内容导学与例题解析 可逆反应:在同一条件下,既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应 2、化学平衡:正、逆反应速率相等时,体系所处的状态称为化学半衡。 3、化学平衡状态的特点: ①只有在恒温条件下,封闭体系中进行的可逆反应,才能建立化学半衡,这是建立半衡 的前提 ②正、逆反应速率相等是半衡建立的条件 ③平衡状态是封闭体系中可逆反应进行的最大限度。各物质的浓度都不再随时间改变 这是建立半衡的标志 ④化学平衡是有条件的动态半衡,当外界因素改变时,正、逆反应速率发生变化,原有 的平衡将遭到破坏,直全建立新的动态平衡 4、化学平衡的移动 (1)化学平衡的移动:因条件改变旧的平衡遭到破坏,引起混合物中各物质的百分含量随之改 变,从而达到新的半衡状态的过程。 (2)化学衡移动的方向 对于反应:aA(g)+bB(g gg(g)+dd(g) 当反应达到平衡时有:K ip"(G)/p p"(D)/pjd P(A)/pp(B)/p 当反应在任意时刻有:9=6p(D/pp (A)/p°{p(B)/p 当①QK,Δ1Gm>0,反应逆向自发进行 (3)吕查德里原理( Le- Chatelier 假如改变平衡体系的条件(浓度、压力或温度)之一,平衡就向着减弱这个改变的方向移 5、标准平衡常数 对于反应:aA(g)+bB(g) gG(g)+dd(g) 反应达到平衡时有:K°="G)p°p"D)p° (A) (B)/p K°为标准平衡常数。应当注意
①K°是量纲为1的物理量 ②K°与化学反应方程式的写法有关 ③温度影响标准平衡常数。一个温度下,对应一个标准平衡常数 温度和标准平衡常数之间的定量关系式为 △,Hm(72-71) R717 其中△rHm0-恒压条件下反应的热效应 K10-T1时反应的标准平衡常数 K2°T2时反应的标准平衡常数: 6、多重平衡规则 如果某反应可以表示为两个或多个反应的总和,则总反应的半衡常 数等于各分步反应平衡常数之积 即:反应(3 则:K30=K10·K 3.3例题解析 【例1】C(s)+CO2(g) 2CO(g)是高温加工处理钢铁零件时涉及脱碳氧化或渗碳的 个重要的方程式,试分别计算该反应在29815K和1173K时的标准平衡常数 C(s)+CO2(g) 2Co(g) △/no(29815K)/ kJmol" 393.50 -110.5 Sm. e(29815K)/J.K-morI 0 213,64 197.56 可求得△n0(29815K)和△Sn(29815K)的数据 △Hno(298.15K)=172.5kJmo △Sn(29815K)=175.9JK-mor △Gm9(29815K)=△Hn0(298.15K)-7△,Sn(298.15K) ={172.5-298.15×0.1759} 120.1 kJ.mol-I △Gm°(1173K)≈△Hn(298.15K)-T△Sm0(298.15K) ={172.5-1173×0.1759} =-33.8 kJmol- 当7298:15K,mK°=AG(29815K) 120.1×1000 8.314×298.15 -4845 K0=91×10-2 当7=1173K,h°△G°(1173K) RT 33.8)×1000 8.314×1173
3466 该题日是考察学习者是否熟悉标准平衡常数和标准吉布斯函数变之间的关系式,只要知道 这个关系式将数据代入即可解得。 【例2】将1.2 mol so2和2.00mol的O2混合气体,在800K和101325kPa的总压力下, 缓慢通过V2Os催化剂使生成SO3,在恒温恒压下达到半衡后,测得混合物中生成的SO3为 1.10mol试利用上述实验数据求该温度下反应2SO2(g) 2O2(g)+2SO3(g)的K°, △Gm及SO2的转化率。 2SO2(g)+O2(g) 起始时物质的量(mol) 2.00 平衡时物质的量(mol) 1,20-1.10 2.00-0.55 1.10 平衡时总物质的量(mol) 摩尔分数 0.10/2.6 1452.65 1.10/2.65 0.10 0.10 P5:P2.65 =101.325kPa 3.82kP Pa2=a+145 45 101325kPa 55. 4kPa 1.10 o3=P^2.6 =101325kPax0 =42.1kPa 2.65 (pso,/p° (ps,)2 101325×4212 (p"m/p°)2(pa2 pa2(P“sa2) 2222 △Gne(800K)=- RTIn K° 8.314JK1.mol-×800K×ln222 =-3.59×104J,mol-1 SO2的转化率=×100%=91.7% 1.20 【例3】已知下列反应在29815K时的标准平衡常数 (1)SnO2(S)+2H2(g) Sn(s)+2H2O(g)K1°=1.1×10-1 (2)CO(g)+H20(g) CO2(g)+H(g) K,6=1.03×103 求反应:SnO()+2CO(g) Sn(s)+2CO2(g)的K3°=? 解:山于反应(3)=反应(1)+2反应(2) 所以 K3°=K1°×{K2°}2 =1.1×10-1×(1.03×105)2
即反应(3)的标准半衡常数为012 解该题的关键有两点:一是掌握多重平衡规则 二是掌握标准半衡常数与方程式的写法有关,如果方程式(2)的化 学计量数是方程式(1)的两倍,则方程式(2)的标准半衡常数K2°等于方程式(1)的标 准平衡常数K1°的平方。 【例4】已知反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)在1040K时K-4.60,在940K时K°=0.50 问:①该反应是放热还是吸热?△Hn=? ②940K时,△Gn 解:①山温度和标准半衡常数的关系可知 正反应为吸热反应,ΔHm°为正,平衡常数随着温度的升高而增大 正反应为放热反应,Δ1H为负,半衡常数随着温度的升高而减小; 山题意可知该反应的平衡常数随着温度的升高而增大,所以该反应的正反应方向为吸热 利用公式ln K2△,Hm(72-71) Rn172 R.71·7,;hk2 8314JK1.mol×940K×1040K×hn 940K-1040K 1.80×105Jmol ②山公式△rGm0=- RTIn k° =-8.314JK-1mo1×940K×n0.50 5.4×10Jmo 【例5】一定温度和压强下,某一定量的PCl气体体积为1升,此时PCl气体已有50%解 离为PCl和C12。试判断在下列条件下,PCl3的解离度是增大还是减小? ①减压使气体体积变为2升 ②侏持压强不变,加入氮气使体积增全2升; ③侏持体积不变,加入氮气使压强增大1倍 ④侏持压强个变,加入氯气使体积变为2升; ⑤保持体积不变,加入氯气使压强增加1倍; 解:PCl3的分解反应为:PC1s(g) PC1(g)+C12(g) 当PCl已有50%分解时,PCl5、PCl和Cl2的分压相等,设P=P(PCl)=P(PCl3)=P(Cl2) P(PCI).P(ClP.P 则有标准平衡常数K°= P(PCIs) ①减压使气体体积变为2升,则各物质的分压都相应减小为原来的一半,即
P(PCls)=p(PC13)=p(Cl2)=P P/ne P P P 2p QK°半衡向逆反应方向移动,PCl的解离度减 ⑤休持体积不变,加入氯气使压强增加1倍,即压强增加为6,p(PCls)=p(PCl)=p, p(Cl2)=6p-2p=4P 9P=」4p=4K09>K衡向逆反应方向移动,PC3的解离度减小
