第3章化学平衡(讲授6学时) Chapter 3 Chemical equilibrium 本章教学内容 平衡常数。K、和p、K"及K"与△rG"m的关系。多元弱酸的电离平衡。缓冲溶液。沉淀 一溶解平衡,溶度积规则。配离子的电解平衡。 本章教学要求 (1)理解标准平衡常数的意义及其与标准摩尔吉布斯自由能变的关系,并初步掌 握有关计算。理解浓度,压力,温度对化学平衡的影响。 (2)明确酸碱离解平衡,分级电离和缓冲溶液的概念,能进行溶液pH值的基本 计算,能进行化学平衡和缓冲溶液的有关计算,了解配离子的解离平衡及平衡 移动。 (3)初步掌握溶度积和溶解度的基本计算。了解溶度积规则及其应用 本章教学重点 1)反应程度的标志一—平衡常数:Kc、Kp、K° 2)K与△rGm关系,K"与T的关系 3)各类化学平衡:Ki、Ks、K稳 本章习题1:P12,1、4、5、6、8、9 本章习题2:P312,16,17,18 概述
13 第 3 章 化学平衡（讲授 6 学时） Chapter 3 Chemical equilibrium 本章教学内容 平衡常数。Kc、Kp、K θ及 K θ与△rG θm 的关系。多元弱酸的电离平衡。缓冲溶液。沉淀 —溶解平衡，溶度积规则。配离子的电解平衡。 本章教学要求 (1) 理解标准平衡常数的意义及其与标准摩尔吉布斯自由能变的关系，并初步掌 握有关计算。理解浓度，压力，温度对化学平衡的影响。 (2) 明确酸碱离解平衡，分级电离和缓冲溶液的概念, 能进行溶液 pH 值的基本 计算，能进行化学平衡和缓冲溶液的有关计算，了解配离子的解离平衡及平衡 移动。 (3) 初步掌握溶度积和溶解度的基本计算。了解溶度积规则及其应用. 本章教学重点： 1）反应程度的标志——平衡常数：Kc、Kp、Kθ 2）Kθ与△rGmθ关系，Kθ与 T 的关系。 3）各类化学平衡：Ki、Ks、K 稳 本章习题 1： P72，1、4、5、6、8、9 本章习题 2: P73 12,16,17,18 概述
化学平衡一一可逆反应中,当正、逆反应速率相等时体系所处的状态 特征:1)平衡体系△G=0 2)平衡体系的性质不随时间而变 3)动态平衡 4)平衡移动 本章重点讨论: 4)反应程度的标志——平衡常数:Kc、Kp、K 5)K与△rGm关系,K与T的关系。 6)各类化学平衡:Ki、Ks、K稳 31平衡常数( equilibrium constant) 31.1气体分压定律( partial pressure law) Dalton pointed out:混合气体的总压力等于各分压力之和 设有三种气体a,b,c组成的一个体系,均为理想气体,各物质的量分别为na,nb n,具有相同的体积, 由理想气体状态方程PV=nRT Pa=naRT/V Pb=nbRT Pc=nerT/V (3.1) Ptotal=Pa+Pb+Pe(na+nb+ncRT/V=ntotal RT/V (3. 1)(3.2): Pa= Ptotalna/ntotal=PtotalXa Pb=Ptotalnb/ntotal=PtotalXb Pc= Ptotalnc/ntotal=Ptotalxc
14 化学平衡——可逆反应中，当正、逆反应速率相等时体系所处的状态。 特征：1）平衡体系 △G = 0 2）平衡体系的性质不随时间而变 3）动态平衡 4）平衡移动 本章重点讨论： 4）反应程度的标志——平衡常数：Kc、Kp、KӨ 5）KӨ与△rGmӨ关系，KӨ与 T 的关系。 6）各类化学平衡：Ki、Ks、K 稳 3.1 平衡常数(equilibriumconstant) 3.1.1 气体分压定律(partial pressure law) Dalton pointed out :混合气体的总压力等于各分压力之和。 设有三种气体 a, b, c 组成的一个体系，均为理想气体，各物质的量分别为 na, nb, nc,具有相同的体积, 由理想气体状态方程:PV= nRT Pa=naRT/V Pb=nbRT/V Pc=ncRT/V (3.1) Ptotal=Pa+Pb+Pc=(na+nb+nc)RT/V=ntotalRT/V (3.2) (3.1)/(3.2): Pa= Ptotalna/ntotal=Ptotalxa Pb= Ptotalnb/ntotal=Ptotalxb Pc= Ptotalnc/ntotal=Ptotalxc
PiPtotaIX (3.3) 表示组分气体ⅰ的分压等于混合气体总压力与组分气体ⅰ的摩尔分数的乘积 如果组分气体具有相同的压力,组分i所占有的体积V Vinirt/Ptotal Vtotal ntotal rT/Ptotal 则 tatal 将可将(33)写成P=m 表示组分气体i的气体分压等于总压力与组分气体i的体积分数的乘积 3.12平衡常数 (1)气相反应平衡常数 aA(g)+bb(ggG(g)+dD(g) K 3.5) PAPR 压力平衡常数 (P/P)(P/P°) Kgn=(P/P")°(P/P) Kn—一标准平衡常数
15 Pi=PtotalXi (3.3) 表示组分气体 i 的分压等于混合气体总压力与组分气体 i 的摩尔分数的乘积. 如果组分气体具有相同的压力，组分 i 所占有的体积 Vi Vi=niRT/Ptotal Vtotal=ntotalRT/Ptotal 则 total i tatal i n n V V = = i 将可将(3.3)写成:Pi=Ptotal total i V V = Ptotal i 表示组分气体 i 的气体分压等于总压力与组分气体 i 的体积分数的乘积. 3.1.2 平衡常数 (1)气相反应平衡常数 aA(g)+bB(g)=gG(g)+dD(g) b B a A d D g G P P P P Kp = (3.5) Kp ——压力平衡常数 b B a A d D g G g T P P P P P P P P K ( / ) ( / ) ( / ) ( / ) ( , ) = (3.6) K(g,T ) ——标准平衡常数 K(g,T ) = (P ) Kp
(2)溶液反应的平衡常数 稀溶液中的反应: aA+ bb=gg +dD CCD Kc一一浓度平衡常数 K 标准平衡常数 C=Imol dm 3 Kc与K数值相同,但量纲不同 (3)平衡常数的意义 平衡常数表示反应进行程度的大小,平衡常数大,反应进行得彻底 注意的几个问题 (1)平衡常数的表达式与反应方程式的书写有关,进行平衡常数计算时,使 用与反应方程式相应的平衡常数表达式。 3H2(g)+N2(g)今2NH3(g)(1) Kp(1F P-(NH,) P(N2)·P3(H2)
16 (2)溶液反应的平衡常数 稀溶液中的反应： aA+ bB = gG +dD Kc= b B a A d D g G C C C C (3.7) Kc ——浓度平衡常数 K(c,T ) = b B a A G g D d C C C C C C C C ( ) ( ) ( ) ( ) (3.8) K(c,T ) ——标准平衡常数 C =1mol.dm-3 , K(c,T ) = (C ) Kc (3.9) Kc 与 K(c,T ) 数值相同，但量纲不同. (3)平衡常数的意义 平衡常数表示反应进行程度的大小，平衡常数大， 反应进行得彻底。 注意的几个问题： （1） 平衡常数的表达式与反应方程式的书写有关，进行平衡常数计算时，使 用与反应方程式相应的平衡常数表达式。 3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) (1) Kp(1)= ( ) ( ) ( ) 2 3 2 3 2 P N P H P NH
3/2H(g)1/2N2(g→NH(g)(2) Kp(2Fp(NH3)p/(N2).p3/(H2) Kp(l)={Kp(2)2 (2)对有纯液体,纯固体参加的反应,它们的浓度或分压不写入表达式,做常 (3)稀溶液进行的反应,平衡常数的表达式中不列入水的浓度,视为常数1。 (4)多重平衡规则( Simultaneous equilibrium) 某反应是各分步反应之和,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数的乘 积 2HClg)÷H2(g)Ch(g)K1=4.2×10-34at25C 12(g)+Cl2(g)2ICl(g) 2=2.1×105at250C 2HCI(g)+12(g)s2ICI(g)+H2(g) KK2=12l×G=2ck [HCI l2Cl2][C[2 (42×10-34)(2.1×105)=8.8×1029 at 250C 313标准平衡常数K与△,G的关系 对大多数反应而言,反应都不是在标准状态下进行的。而是处于任意的给定状 态,这时应该用等温等压下的△,Gn来判断反应进行的方向和限度,反应是否达 到平衡? 热力学研究表明,Am、△、与各物质的浓度或压力存在一定的关系
17 3/2H2(g)+1/2N2(g)NH3(g) (2) Kp(2)= p(NH3)/p1/2(N2) ·p 3/2(H2) Kp(1)= {Kp(2)} 2 （2）对有纯液体，纯固体参加的反应，它们的浓度或分压不写入表达式，做常 数 1。 （3）稀溶液进行的反应，平衡常数的表达式中不列入水的浓度，视为常数 1。 （4）多重平衡规则（Simultaneous equilibrium） 某反应是各分步反应之和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数的乘 积。 2HCl(g) ⇌ H2(g)+Cl2(g) K1=4.2×10-34 at 250C I2(g)+Cl2(g) ⇋2ICl(g) K2=2.1×105 at 250C 2HCl(g)+I2(g) ⇋2ICl(g)+H2(g) K1K2= [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ]{ ] 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 HCl I H ICl I Cl ICl HCl H Cl = =K3 = (4.2×10-34)(2.1×105 )=8.8×10-29 at 250C 3.1.3 标准平衡常数 K 与 rGm 的关系 对大多数反应而言，反应都不是在标准状态下进行的。而是处于任意的给定状 态，这时应该用等温等压下的 rGm 来判断反应进行的方向和限度，反应是否达 到平衡？ 热力学研究表明， rGm、 rGm 与各物质的浓度或压力存在一定的关系