本章考點
(1)化學平衡
(2)酸堿平衡
(3)沉澱溶解平衡
(4)氧化還原反應
(5)原子結構與元素周期係
(6)稀溶液通性和膠體
(7)常見的無機化合物
第一節 化學平衡
一、定義
在一定條件下,一個反應既可按反應方程式從左向右進行,又可從右向左進行,稱為反應的可逆性。幾乎所有的反應都是可逆的,反應的可逆性是化學反應的普遍特征。
根據反應速率理論,反應物分子之間的有效碰撞導致正向反應,產物分子之間的有效碰撞導致逆向反應,正向反應和逆向反應同時存在就是可逆反應。
不同的化學反應,可逆程度有很大的差別。同一反應在不同條件下,表現的可逆性也不相同。
對於可逆反應,隨著正、逆反應的進行,一定時間後,必然會出現正、逆反應速率相等的狀態,稱為化學平衡。
化學平衡具有三個主要特征:
①濃度的不變性正、逆反應速率相等時,反應物和產物的濃度不再隨時間而改變;
②平衡的相對性相對於反應條件而存在;
③反應的活動性平衡時,反應並未停止,單位時間內,有多少反應物轉變為產物,就有多少產物也轉變為反應物。宏觀上看不出變化,微觀上反應不停地在進行,故化學平衡是動態平衡。
二、平衡常數
平衡狀態是化學反應在該條件下進行的最大限度。為了定量的研究化學平衡,必須找出平衡時,反應係統內各組分的量之間的關係,平衡常數就是衡量平衡狀態的一種數量標誌,是表明化學反應限度的一種特征值。
對於任意化學反應
mA+nBxC+yD
則:
K=peqCpxpeqDpypeqApmpeqBpnK為標準平衡常數,又稱為熱力學平衡常數,是沒有單位的。在表達式中,對氣態物質用相對分壓peqfp表示,即該組分的平衡分壓除以標準壓力的商;溶液中的物質用相對濃度ceqfc表示,即該組分的平衡濃度除以標準濃度的商。p為標準壓力,為101325Pa,c為標準濃度,為1.0mol/L。
K與係統的濃度(或分壓)無關,它是溫度的函數。在一定溫度下,每個可逆反應均有其特定的平衡常數,平衡常數很好地表達了平衡體係的動態關係,K值愈大,表明正反應進行的程度愈大,說明反應到達平衡時,生成物所占的比例愈大。
關於標準平衡常數應注意:
①K的表達式中一定要用組分的平衡狀態時的濃度、分壓。同樣的表達式,取用任意狀態(非平衡狀態)時的濃度、分壓進行類似的計算,所得結果稱為反應商(Q)。
當Q=K時,係統處於平衡狀態;Q
K時,反應將向逆方向進行。這就是化學反應進行方向的反應商判據。
②純固體和純液體組分,濃度看作常數1,不列入表達式中。
③由於各組分的指數項與反應式中各物質前的計量係數相對應,所以K數值與具體反應方程式對應。
④正、逆反應的標準平衡常數互為倒數。
三、影響化學平衡移動的因素
化學平衡如同其他平衡一樣,都隻是暫時的、相對的和有條件的。當外界條件改變時,由於它們對正、逆反應速率的影響不同,因而使原平衡被破壞了,此時各物質的濃度會發生相應的變化,直至在新的條件下,又建立起新的平衡。
係統從一個平衡狀態轉變到另一個平衡狀態的過程,稱為平衡的移動。化學反應平衡的移動稱為化學平衡的移動。化學平衡的移動是因反應條件變化(濃度、壓力、溫度等)而引起的,移動的方向也是由反應條件的變化所決定。
(1)濃度的影響
在平衡狀態時,增加反應物濃度或減少產物濃度,平衡正向移動。增加產物濃度或減少反應物濃度,平衡逆向移動。如果同時增加或減少反應物和產物濃度,平衡向何方移動?可以用前麵提到的反應商(Q)判斷。
為了獲得更多的產物,工業上常常添加某種廉價原料以提高產率,就是利用上述原理。
(2)壓力的影響
壓力的變化對固相或液相反應的平衡影響很小,可以忽略不計。涉及氣體組分的反應,通過壓縮體積而增大係統的總壓力,就等於增加了單位體積內組分氣體的量,增加了氣體組分的濃度,氣體組分濃度與其分壓呈正比,所以,係統總壓力的增大必將引起各組分氣體分壓的增大,平衡則要發生移動。
總壓力變化對平衡移動的影響與濃度變化對平衡移動的影響有不同之處。濃度變化時,往往隻是某一組分濃度的變化,其他組分濃度不一定也變化。但在平衡係統中,增大或減小總壓力,各組分氣體的分壓都同時增大或減小同樣倍數。