无机化学Inorganic Chemistry第五章化学平衡的热力学原理k,(PA/RT),EquilibriumachievedPA/RTEquilibrium achieved(ratesareequal)PA/RTP/RTk(PB/RT)iTimeTime
1 无机化学 Inorganic Chemistry 第五章 化学平衡的热力学原理
化学平衡的重要性化工生产的主要任务就是推动平衡体系向提供更多产物的方向进行。在等温等压且不作非体积功时，一个化学反应的△,G°<0，可以自发进行化学反应具有可逆性，当反应物的自由能达到与产物的自由能相等时(△,G°=0），正反应速率等于逆反应速率，体系达到动态平衡2
2 化学平衡的重要性 在等温等压且不作非体积功时，一个化学 反应的rGm < 0，可以自发进行。 化学反应具有可逆性，当反应物的自由能 达到与产物的自由能相等时(rGm = 0 )，正反应 速率等于逆反应速率，体系达到动态平衡。 y y 化工生产的主要任务就是推动平衡体系 向提供更多产物的方向进行
学习要点与要求1.巩固可逆反应与化学平衡的概念2.掌握平衡常数的两种表示形式3.范特霍夫等温方程式及标准平衡常数与化学热力学的关系4.掌握化学平衡的移动与勒夏特列原理3
3 1. 巩固可逆反应与化学平衡的概念 2. 掌握平衡常数的两种表示形式 3. 范特霍夫等温方程式及标准平衡常数与 化学热力学的关系 4. 掌握化学平衡的移动与勒夏特列原理 学习要点与要求
5.1可逆反应与化学平衡在一定条件下，既能向正方向进行又能向逆方向进行的反应。在密闭容器中，可逆反应不能进行到底A,Mn0, >2KCl + 302 T可进行到底 2KCI0(1)(2) Ag*+CIAgCl 逆反应倾向弱可逆反应(3) CO(g)+H,O(g)CO2(g) +H2(g)避坏舱(4) N2(g)+3H,(g)2NH,(g)(5) N,O4 (g)2NO2(g)4
4 5.1 可逆反应与化学平衡 2 , MnO 3 2 (1) 2KClO 2KCl 3O ⎯⎯⎯⎯→ + (2) Ag Cl AgCl + − + ⎯⎯⎯⎯→ 2 2 2 (3) CO(g) H O(g) CO (g) H (g) + + ⎯⎯⎯⎯→ 2 2 3 (4) N (g) 3H (g) 2NH (g) + ⎯⎯⎯⎯→ 2 4 2 (5) N O (g) 2NO (g) ⎯⎯⎯⎯→ 可进行到底 可 逆 反 应 逆反应倾向弱 正逆 反应 均不 完全 在一定条件下，既能向正方向进行又能向逆方向进行的 反应。在密闭容器中，可逆反应不能进行到底
373KN,O4(g)2NO2(g)040802060时间/秒（s)100N,O4浓度/molL0.0400.1000.0700.0500.0400.040NO,浓度/mol·L0.0000.1200.0600.1000.1200.1201.此反应不能进行到底，最多只能有0.060molN,04分解2.反应达60s时，正反应和逆反应速率相等，体系达动态平衡5
5 1. 此反应不能进行到底，最多只能有0.060mol N2O4分解。 2. 反应达60s时，正反应和逆反应速率相等， 体系达动态平衡。 N O (g) 2NO (g) 2 4 2 ⎯⎯⎯⎯→ 373K
化学平衡的宏观特征在可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等时，体系所处的状态1.建立平衡的前提：只有恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡建立平衡的条件：正逆反应速率相等2.3.建立平衡的标志：平衡状态是Forward Rate封闭体系中可逆反应进行的最Equal Rates大限度，各物质的浓度都不随ReverseRate时间而改变。timeReactants化学平衡是有条件的平衡：当外4Equilibrium:uno界因素改变时，正逆反应速率都No change inamounts会发生变化，原有的平衡会被破Products坏，直到建立新的动态平衡。time
6 化学平衡的宏观特征 在可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等时， 体系所处的状态。 1. 建立平衡的前提：只有恒温条件下，封闭体系中进行 的可逆反应才能建立化学平衡。 2. 建立平衡的条件：正逆反应速率相等。 3. 建立平衡的标志：平衡状态是 封闭体系中可逆反应进行的最 大限度，各物质的浓度都不随 时间而改变。 4. 化学平衡是有条件的平衡：当外 界因素改变时，正逆反应速率都 会发生变化，原有的平衡会被破 坏，直到建立新的动态平衡
5.2化学平衡常数N,O4 (g)2NO,(g)373K040802060100时间/秒（s)N,04浓度/molL0.1000.0700.0500.0400.0400.040NO,浓度/molL0.0000.1200.0600.1000.1200.120373K时，用0.100mol.L-1N,0.建立的平衡体系平衡浓度:[N,04] =0.040 mol-L-1平衡浓度：[NO2]=0.120 mol·L-1用1代表平衡浓度，℃代表起始浓度或未达到平衡时的浓度
7 373K时，用0.100 molL-1 N2O4建立的平衡体系 平衡浓度：[N2O4 ] = 0.040 molL-1 平衡浓度：[NO2 ] = 0.120 molL-1 用[ ]代表平衡浓度，c 代表起始浓度或未达到平 衡时的浓度。N O (g) 2NO (g) 2 4 2 ⎯⎯⎯⎯→ 373K 5.2 化学平衡常数
N,O4(g)2NO2(g)可用不同的方法建立这个平衡：373K初始浓度平衡浓度[NO2] /[N2O4]mol-L!mol·L!NO20.0000.120实验1(0.120)/0.040 = 0.36N2040.1000.040NO20.1000.072(0.072)/0.014=0.37实验2N2040.0000.014NO20.1000.160实验3(0.160)%0.070 = 0.36N2040.1000.070可见，不论反应的初始浓度如何，不管反应是从正向开始还是逆向开始，最后均达到平衡。NO,平衡浓度的二次方与N,O4平衡浓度的一次方的比值是相同的。8
8 可见，不论反应的初始浓度如何，不管反应 是从正向开始还是逆向开始，最后均达到平衡。 NO2 平衡浓度的二次方与N2O4 平衡浓度的 一次方的比值是相同的。 可用不同的方法建立这个平衡：373K N O (g) 2NO (g) 2 4 2 ⎯⎯⎯⎯→
经验平衡常数5.2.1通过实验还发现：当温度变化时，[NO,]2/[N,O4] 的比值也随之改变。但在给定的温度下不管浓度如何变化，比值均为一个常数[NO, ]K.=[N,O4]273323373T(K)Kc0.360.00050.022K.的值与化学反应的浓度无关，仅决定于反应温度，反应温度不同，K的值也不相同9
9 通过实验还发现：当温度变化时，[NO2 ] 2 / [N2O4 ] 的比值也随之改变。但在给定的温度下， 不管浓度如何变化，比值均为一个常数。 2 2 2 4 [NO ] [N O ] K c = Kc的值与化学反应的浓度无关，仅决定于反应温 度，反应温度不同， Kc的值也不相同。 5.2.1 经验平衡常数
对于一般可逆反应：aA+bBgG+hH[G][H]hK浓度平衡常数K[A]"[B]bK为给定温度下的经验平衡常数在一定的温度下，可逆反应达到平衡时生成物的浓度的计量数为指数的幂的乘积，与反应物的浓度的计量数为指数的幂的乘积之比为一个常数。10
10 对于一般可逆反应： aA bB gG hH + + ⎯⎯⎯⎯→ g h a b [G] [H] [A] [B] K c = Kc为给定温度下的经验平衡常数。 在一定的温度下，可逆反应达到平衡时， 生成物的浓度的计量数为指数的幂的乘积，与 反应物的浓度的计量数为指数的幂的乘积之比 为一个常数。 Kc ——浓度平衡常数