普通化学第一章 第四节 化学平衡 ?化学反应的可逆性与化学平衡 ?平衡常数 ?化学平衡移动 ?化学平衡计算举例
1 第四节 化学平衡 ?化学反应的可逆性与化学平衡 ?平衡常数 ?化学平衡移动 ?化学平衡计算举例 普通化学 第一章
化学反应的可逆性与化学平衡 1、什么是“化学反应的可逆性”? CO+H,O>C02+ H2 也可以 CO2+H2→CO+H2O 起来写:CO+H2O、CO2+H2 既能正向进行,又能逆向进行的反应,叫“可逆反 应”。化学反应的这种性质,称为化学反应的“可逆 性 几乎所有的化学反应都是可逆的。所不同的只是程度上 的差别,有的可逆程度大些(如上例),有的可逆程度 小些(例如:Ag++C=AgCl)。很少有化学反应能 进行到底”,已知进行得“最完全”的化学反应是: 2 KCIO=2 KCI +O
2 一、化学反应的可逆性与化学平衡 1、什么是“化学反应的可逆性”? CO + H2O → CO2 + H2 也可以: CO2 + H2 → CO + H2O 合起来写: CO + H2O CO2 + H2 ——既能正向进行,又能逆向进行的反应,叫“可逆反 应”。化学反应的这种性质,称为化学反应的“可逆 性”。 *几乎所有的化学反应都是可逆的。所不同的只是程度上 的差别,有的可逆程度大些(如上例),有的可逆程度 小些(例如:Ag+ + Cl- = AgCl)。很少有化学反应能 “进行到底”,已知进行得“最完全”的化学反应是: 2 KClO3 = 2 KCl + O2
2、什么是化学平衡? 所谓化学平衡,指的是这样一种状态,此时 °正向反应的速度与逆向反应的速度相等 参与反应的物质的浓度保持一定 动态的平衡,而非化学反应停止 化学反应的可逆性的定量表征:平衡常数
3 2、什么是化学平衡? ——所谓化学平衡,指的是这样一种状态,此时: •正向反应的速度与逆向反应的速度相等 •参与反应的物质的浓度保持一定 •动态的平衡,而非化学反应停止 化学反应的可逆性的定量表征:平衡常数
平衡常数 1、什么是“平衡常数”? 对于一个特定化学反应aA+bB|D+eE △GnD=△G)+RT①p)(@p (p4/p°)(pg/p°) 当反应达到平衡状态,有rGm(T)=0 即 △rGmT)+RThp/p分(/p)° 0 (p4/p°)(pB/p) 其中:pApB、p、p是指在平衡的分压
4 二、平衡常数 1、什么是“平衡常数”? 对于一个特定化学反应 aA + bB dD + eE 当反应达到平衡状态,有rGm(T) = 0 即: 其中:pA、pB、pD、pE是指在平衡时的分压 , , ,
对上式进行变换: RTln(pD/p)2(p/p)° p4/p°)a(pB/p°) 令 K°(T)(平衡常数) (p/p°)a(pB/p) 则有: RThK°(T)=-△rGm(T 此式给出了平衡常数与热力学状态函数之间 的关系
5 对上式进行变换: 令: 则有: 此式给出了平衡常数与热力学状态函数之间 的关系
如果是溶液中的反应,可依此类推: RT In (cn/c°)2(cg/c)° △rGn(T (CA/c)a(cB/ce)b 令 (c/c°)4(cg/c) K°(T)(平衡常数) 则有 RT Ink(T)=-△rGnT)
6 如果是溶液中的反应,可依此类推: 令: 则有:
平衡常数反应了某一个化学反应进行完全的程度, 数值越大,说明反应进行得越完全 ·平衡常数可由实验的方法测定。即:当反应达到 平衡后,分别测出各反应物质的分压(或浓度) 再计算出平衡常数的数值 在同一温度下,平衡常数的数值,不随压力(浓 度)的变化而改变,是一个定值(常数)。 ·平衡常数与反应的标准摩尔吉布斯自由能相关, 是化学反应的热力学性质之
7 • 平衡常数反应了某一个化学反应进行完全的程度, 数值越大,说明反应进行得越完全。 • 平衡常数可由实验的方法测定。即:当反应达到 平衡后,分别测出各反应物质的分压(或浓度), 再计算出平衡常数的数值。 • 在同一温度下,平衡常数的数值,不随压力(浓 度)的变化而改变,是一个定值(常数)。 • 平衡常数与反应的标准摩尔吉布斯自由能相关, 是化学反应的热力学性质之一。 注意要点:
2、平衡常数与温度的关系 RT InK°(T)=-△GR(T) G(T)=AH(T)-T△rsa(r) (吉布斯-赫姆霍兹公式) 代入上式: △rH(T)+T△SmT ΔrHf()、ΔrS(T)近似不随温度改变,则 InK(T1) △Ha RTI R lnK°(T2) △H分 RT2 两式相减得 In K T1) △rHm K(L2) R
8 2、平衡常数与温度的关系
3、平衡常数与化学反应的方向—反应商判据 从范特霍夫等温式可得出恒温恒压、任意状态下的计算公式 4G.=1.0+RTInJ 当反应达到化学平衡时,反应平衡常数K8与标准吉布斯自由能 变有如下关系 4Gn0=- RTIn K0(因为:0=4Gn0+ RTIn K0) 两式合并: G=-RT In K.+RTInJ 或: 4.G=-RTInK 由此得出化学反应反应商判据: 若JK,则AGnK0,则4Gm>0反应逆向进行
9 3、平衡常数与化学反应的方向——反应商判据 从范特霍夫等温式可得出恒温恒压、任意状态下的计算公式: rGm =rGm +RTlnJ 当反应达到化学平衡时,反应平衡常数 K 与标准吉布斯自由能 变有如下关系: rGm = - RT ln K (因为: 0=rGm +RTln K ) 两式合并: rGm =- RT ln K +RT lnJ 或: rGm = - RT ln 由此得出化学反应反应商判据: 若J K ,则 rGm >0 反应逆向进行 K J