北京大学：《大学化学》第5章 水溶液中的化学平衡

表演实验:振荡反应 主要反应物:H2O2,KIO, 其他:丙二酸,MnSO4,H2SO4,淀粉等 化学反应方程式:

表演实验：振荡反应 主要反应物：H2O2 , KIO3 , 其他：丙二酸，MnSO4， H2SO4 ，淀粉等 化学反应方程式：

第5章水溶液中的化学平衡 A+B、C+D △G°= RTInk inK=-△G°/RT CIID AB」 AC表示平衡浓度,K为平衡常数 由K可判断反应进行的完全程度, K>105,反应进行完全 K<105,反应进行不完全, K值在105和105之间时,反应可以由浓度、压力等因素调节

第5章 水溶液中的化学平衡 A＋B C＋D [ ][ ] [ ][ ] A B C D K= [A],[C]表示平衡浓度, K 为平衡常数 由K可判断反应进行的完全程度， K>105 ，反应进行完全， K<10−5 ，反应进行不完全， K值在10−5和105之间时，反应可以由浓度、压力等因素调节。 −G =RTlnK lnK= −G /RT

氧化还原平衡 1)氧化还原反应(含化合、分解、歧化等) 例:C十O2->CO H2O(电解)—>H2+12O2 HCIO(加热)—>HCI+HCO3 氧化:失电子。常用氧化剂:O2,H2O2,KMnO4C2 还原:得电子。常用还原剂:H2,CO

（1）氧化还原反应（含化合、分解、歧化等） 例：C＋O2 ⎯→ CO2 H2O ( 电解） ⎯→ H2＋1/2O2 HClO （加热）⎯→ HCl + HClO3 氧化：失电子。常用氧化剂：O2 , H2O2，KMnO4 , Cl2 还原：得电子。常用还原剂：H2 , CO 一．氧化还原平衡

(2)标准电极电势(水溶液中) 氧化剂还原剂 氢标:H+e—>12H2E°=0 Na++e->NaE°=-2.71V Zn2++2e)ZnE°=-0.76V Cl2+2e—>2CrE°=136V F2+2e—>2F-E°=2.87v 电池反应:Zn(s)+Cu2+(aq)->Zn2+(aq)+Cu(s)(化学镀)

（2）标准电极电势（水溶液中） 氧化剂 还原剂 氢标：H++ e ⎯→ 1/2H2 E=0 Na++ e ⎯→ Na E= −2.71V Zn2++ 2e ⎯→ Zn E= −0.76V Cl2+ 2e ⎯→ 2Cl− E= 1.36V F2+ 2e ⎯→ 2F − E=2.87V 电池反应：Zn(s) + Cu2+ (aq) ⎯→ Zn2+ (aq) + Cu (s) （化学镀）

E(ce)=E(正极)-E(负极)=0.34-(-0.78)=1V 2Fe3+Cu—)2Fe2+Cu2+(烂板液) E(ce)=E°(正板)-E°(负极)=077-(0.34)=033V K与电池的电动势E的关系 nE°F= RTIn RT lnK=2×96500×0338.314×298=25.7 K=1.5×101l 由电动势得到氧化还原反应的平衡常数K,电池的电动势越大, 则K也越大,氧化还原反应进行得越彻底

E(cell) = E(正极)－E(负极)＝ 0.34 − (−0.78) ＝ 1.1 V 2Fe3+ + Cu ⎯→2 Fe 2++ Cu2+ （烂板液） E(cell) = E(正极)－E(负极)＝ 0.77 − (0.34) ＝ 0.33 V K与电池的电动势E的关系 nE F=RTlnK lnK= RT nFE lnK = 2965000.33/8.314298= 25.7 K=1.5 1011 由电动势得到氧化还原反应的平衡常数K，电池的电动势越大， 则K也越大，氧化还原反应进行得越彻底

对于非标准态,浓度对氧化还原方向的影响和氧化还原反应的方 向可用 Nernst方程表示: RT,(ox 电极反应:a0x+ne= b red E=E°+h ) nF red 氧化剂浓度越大,电势越高,氧化剂的氧化能力越强; 还原剂浓度越大,则氧化剂的氧化能力越弱 对某一个电池反应(例如干电池),随着氧化剂浓度的逐渐减小 还原剂浓度的增大,结果是正极(氧化剂)的电极电势降低,而 负极(还原剂)的电极电势升高,使电池的电动势E逐渐减小, 并趋于0,体系达到平衡,无电流产生

对于非标准态，浓度对氧化还原方向的影响和氧化还原反应的方 向可用Nernst 方程表示： 电极反应：aox +ne =b red E=E+ b a red ox nF RT ( ) ( ) ln 氧化剂浓度越大，电势越高，氧化剂的氧化能力越强； 还原剂浓度越大，则氧化剂的氧化能力越弱 对某一个电池反应（例如干电池），随着氧化剂浓度的逐渐减小 还原剂浓度的增大，结果是正极（氧化剂）的电极电势降低，而 负极（还原剂）的电极电势升高，使电池的电动势E逐渐减小 ， 并趋于0，体系达到平衡，无电流产生

电池反应:ax1+ credI-bre2+dox2的 Nernst方程为: RT,(o×1)°(red1)° E1=En°+ nF(ox2)(red2) 反应物的浓度越大,电池的电动势越大,随着反应的进行,反应物 浓度减小,生成物浓度增加,Ec逐渐减小,最终达到化学平衡 cell 0 以铜锌电池为例, Zn+ Cu2+->Zn2++ Cu

电池反应：aox1+cred1=bred2+dox2 的Nernst方程为： Ecell=Ecell  + a c b d RT (ox1)(red1) ln nF (ox2)(red2) 反应物的浓度越大，电池的电动势越大，随着反应的进行，反应物 浓度减小，生成物浓度增加，Ecell逐渐减小，最终达到化学平衡 Ecell = 0 以铜锌电池为例， Zn + Cu2+ ⎯→ Zn2++ Cu

0=E=1.1+ 2F(b2+)1/0.059(Cn2) RT(Cu log 2 2+ Zn+ Cu2+->Zn2++ Cu 可解出铜锌离子的浓度比为5×10-38 (实际不可能得到,E也不可能得0)

( ) ( ) log 2 0.059 2 2 + + Zn Cu 0 = E=1.1+ =1.1+ Zn + Cu2+ ⎯→ Zn2++ Cu 可解出铜锌离子的浓度比为510−38 (实际不可能得到，E也不可能得0) ( ) ( ) ln 2 2 2 + + Zn Cu F RT

酸碱平衡 1.质子酸碱和酸碱平衡 提供质子的为酸,消耗质子的为碱 例如: 碱:NaOH)Na++OH OH-+Ht h,O 碱酸 Na2CO3CO32+H2OOH+HCO3消耗质子(水中的质子) 碱酸 碱酸

1．质子酸碱和酸碱平衡 提供质子的为酸，消耗质子的为碱 例如： 碱：NaOH ⎯→ Na+＋ OH− OH− + H+ H2O 碱 酸 Na2CO3 CO3 2−+ H2O OH− + HCO3 − 消耗质子（水中的质子） 碱 酸 碱 酸 ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→ 二．酸碱平衡

NaHCO3 HCO3+H2O2OH-+ H2CO3 碱酸 Nacn CN-+hoz oh-+hCN 碱酸 NHCI NH++HO2 NHOH +h+ 酸碱

NaHCO3 HCO3 −+ H2O OH− + H2CO3 碱 酸 NaCN CN− + H2O OH− + HCN 碱 酸 NH4Cl NH4 ++ H2O NH4OH + H+ 酸 碱 ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→