化學(xué)平衡相關(guān)知識點(diǎn)總結(jié)
1864年，古德伯格(G.M.Guldberg)提出化學(xué)平衡常數(shù)，成為化學(xué)平衡的動(dòng)力學(xué)真實(shí)圖像。下面給大家?guī)硪恍╆P(guān)于化學(xué)平衡相關(guān)知識點(diǎn)總結(jié)，希望對大家有所幫助。
一.化學(xué)平衡常數(shù)
是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，也不考慮反應(yīng)物起始濃度大小，最后都達(dá)到平衡，這時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積的比值是個(gè)常數(shù)，用K表示，這個(gè)常數(shù)叫化學(xué)平衡常數(shù)。平衡常數(shù)一般有濃度平衡常數(shù)和壓強(qiáng)平衡常數(shù)。
二.注意問題
在書寫平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，要注意以下問題：
① 在應(yīng)用平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，稀溶液中的水分子濃度可不寫。因?yàn)橄∪芤旱拿芏冉咏? g/mL。水的物質(zhì)的量濃度為55.6 mol/L。在化學(xué)變化過程中，水量的改變對水的濃度變化影響極小，所以水的濃度是一個(gè)常數(shù)，此常數(shù)可歸并到平衡常數(shù)中去。
對于不以水為溶劑的溶液中的反應(yīng)，溶劑的濃度同樣是常數(shù)。
② 當(dāng)反應(yīng)中有固體物質(zhì)參加時(shí)，分子間的碰撞只能在固體表面進(jìn)行，固體的物質(zhì)的量濃度對反應(yīng)速率和平衡沒有影響，因此，固體的“濃度”作為常數(shù)，在平衡常數(shù)表達(dá)式中，就不寫固體的濃度。
③ 化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，由于書寫的方式不同，各反應(yīng)物、生成物的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，平衡常數(shù)就不同。但是這些平衡常數(shù)可以相互換算。
④ 不同的化學(xué)平衡體系，其平衡常數(shù)不一樣。平衡常數(shù)大，說明生成物的平衡濃度較大，反應(yīng)物的平衡濃度相對較小，即表明反應(yīng)進(jìn)行得較完全。因此，平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。
⑤一般認(rèn)為K>10^5反應(yīng)較完全(即不可逆反應(yīng))，K<10^(-5)反應(yīng)很難進(jìn)行(即不反應(yīng))。
平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度
三.測定方法
平衡常數(shù)可以用實(shí)驗(yàn)方法測定，也可以利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算而得。
實(shí)驗(yàn)方法通常有化學(xué)方法和物理方法。
化學(xué)方法
化學(xué)方法是通過化學(xué)分析法測定反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。但必須防止因測定過程中加入化學(xué)試劑而干擾了化學(xué)平衡。因此，在進(jìn)行化學(xué)分析之前必須使化學(xué)平衡“凍結(jié)”在原來平衡的狀態(tài)。通常采用的方法是采取驟冷、稀釋或加入阻化劑使反應(yīng)停止，然后進(jìn)行分析。例如，要測定反應(yīng)2H2+O2?2H2O在2 000 ℃達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)，可以將一定量的水置于耐高溫的合金管中加熱，在2 000 ℃時(shí)保持一段時(shí)間，使之達(dá)到化學(xué)平衡。然后，將管子驟然冷卻，再分析其中H2O、H2、O2的含量，便可計(jì)算出在2 000 ℃時(shí)這個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)。
物理方法
物理方法就是利用物質(zhì)的物理性質(zhì)的變化測定達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)濃度的變化，如通過測定體系的折光率、電導(dǎo)、顏色、壓強(qiáng)或容積的改變來測定物質(zhì)的濃度。物理方法的優(yōu)點(diǎn)是在測定時(shí)不會干擾或破壞體系的平衡狀態(tài)。
四.單位
平衡常數(shù)的單位比較復(fù)雜，有標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和非標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之分，前者的量綱為一，意思是根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)△G計(jì)算的，所以就是統(tǒng)一的一個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)間接體現(xiàn)反應(yīng)的程度的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一的單位意思。后者的量綱取決于平衡常數(shù)的表達(dá)式所用的物質(zhì)的物理量。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)算得的平衡常數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，記作K,又稱之為熱力學(xué)平衡常數(shù);用平衡時(shí)生成物對反應(yīng)物的壓力商或濃度商表示的平衡常數(shù)是經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)(Kp或Kc),或稱作非標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。中學(xué)教材中涉及的平衡常數(shù)是經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)。
大家知道，一些重要的熱力學(xué)函數(shù)，如U、H、F、G等的絕對值是無法確定的。為了計(jì)算它們的相對大小，需要統(tǒng)一規(guī)定一個(gè)狀態(tài)作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才不致引起混亂。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指在溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力 (100kPa)下物質(zhì)的特定狀態(tài)，簡稱標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，國際上都已有明確規(guī)定。
對于反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)之和等于生成物計(jì)量系數(shù)之和的反應(yīng)，其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)是無量綱的純數(shù)，與壓力、濃度所用的單位無關(guān)，而且也等于標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之值。
對于反應(yīng)物計(jì)量系數(shù)之和不等于生成物計(jì)量系數(shù)之和的反應(yīng)，則其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)是有量綱的量，其數(shù)值就與壓力、濃度所用的單位有關(guān)。也只有當(dāng)壓力、濃度的單位與熱力學(xué)數(shù)據(jù)表中對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的單位相同時(shí)，所計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)數(shù)值才能與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)數(shù)值相同。
五.影響因素
在中學(xué)階段，通常認(rèn)為化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，吸熱反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，放熱反應(yīng)則相反。但是嚴(yán)格說來，化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)是溫度與壓力的函數(shù)，對于不同的化學(xué)平衡常數(shù)，其情況也有所不同。
在氣相反應(yīng)中，所有的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)都只是溫度的函數(shù)。如果氣體是理想氣體，那么此時(shí)其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)也只是溫度的函數(shù)。但對于非理想氣體，平衡常數(shù)受溫度和壓力的共同影響。
理論上，只要有凝聚相(固體或者液體)參與的反應(yīng)，都是溫度和壓力的函數(shù)。但是，在壓力變化范圍不大的情況下，可以忽略壓力對凝聚相體積變化的影響，即可以忽略壓力對平衡常數(shù)的影響。
六.催化劑
對于一個(gè)確定的可逆反應(yīng)來說，由于反應(yīng)前后催化劑的化學(xué)組成、質(zhì)量不變，因此，無論是否使用催化劑，反應(yīng)的始、終態(tài)都是一樣的，則反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變化是相等的，催化劑對化學(xué)平衡無影響。也就是說，催化劑只是改變了化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)途徑，而熱力學(xué)卻僅僅關(guān)注變化的始、終兩態(tài)。
一個(gè)化學(xué)反應(yīng)采用同一種催化劑，可以同等程度改變正、逆反應(yīng)速率(使正、逆反應(yīng)速率等倍增加，但比例不變)，從而使化學(xué)平衡保持原有的狀態(tài)。因此，催化劑對化學(xué)平衡常數(shù)亦無影響。
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