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化學平衡, ₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉, ₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉⇆⁰ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ⁺ ⁻ ⁼ ⁽ ⁾ ⁿ…
化學平衡
平衡常數
平衡常數與化學反應式的變化關係
反應式相加,常數相乘
反應式相減,常數相除
反應式逆寫,常數為倒數
反應式N倍,常數N次方
平衡常數的計算類型
由平衡濃度、平衡壓力計算
列出濃度 列出表示式 求出結果
平衡常數求出平衡壓力、平衡濃度
平衡常數極小:可以忽略,反應量很小
平衡常數極大:表示反應很完全,此時必須先假設完全反應,在逆向依K值極小達平衡
平衡常數不是極大或極小時:列出成分濃度,帶入平衡常數表示式,解方程式
CaCO₃⇆CaO(s)+CO₂(g)
依照題意,判斷CO2可不可以達到平衡時莫爾數
可以:壓力=KP
不行:PV+NRT求
平衡常數與解離度
設解離度>莫爾分率>分壓>Kp
平衡常數的應用
平衡常數大小可以判斷可逆反應向右進行的程度
K值越大就代表反應向右進行的傾向越大,正反應越完全,反應物幾乎變成生成物
K值越小代表向右進行的傾向較小,正反應越不完全,反應物很少變成生成物
平衡常數大小無法預測達到平衡的速率快慢
預測反應方向:在一個可逆反應中,將反應物與生成物的出濃度帶入平衡常數計算所得數值為反應商(Q)
Q<K代表生成物濃度太低或反應物濃度太高,反應向右方進行
Q=K代表已經平衡
Q>K代表生成物濃度太高或反應物濃度太低,反應向左方進行
平衡常數表示式的簡化
水溶液中水的變化很少,所以可以不必列出
非水溶液中的反應水要列出
非勻相反應系之固體或純液體的濃度為一定值,可以併入平衡常數中,所以平衡常數不必列出固體或純液體
平衡常數與平衡常數表示式
平衡常數:一個可逆反應達到平衡時,生成物濃度係數次方的成績除以反應物濃度係數次方的成績,舊式平衡常數以K表示
濃度平衡常數Kc
兩者關係Kp=Kc(RT)ⁿ
n=氣體生成物係數和-氣體反應物係數和
分壓平衡常數Kp
平衡常數的特性
平衡常數只與物質的本性、溶劑種類、溫度有關
同一反應,同一溫度時,平衡常數為定值
溶解平衡
溶度積常數之定義表示法
Ksp之表示法例子
Ag₂CrO₄(s)⇆2Ag⁺(aq)+CrO₄²⁻(aq) ksp=[Ag⁺]²[CrO₄²⁻]
Hg₂Cl₂(s)⇆Hg₂²⁺(aq)+2Cl⁻(aq) ksp=[Hg₂²⁺][Cl⁻]²
MgNH₄PO₄(s)⇆Mg²⁺(aq)+NH₄⁺(aq)+PO₄³⁻(aq) ksp[Mg²⁺][NH₄⁺][PO₄³⁻]
AgCl(s)⇆Ag⁺(aq)+Cl⁻ (aq) Ksp=[Ag⁺ ][Cl⁻]
Ksp與溶解度的關係:設微溶或難溶電解質AₘBₙ在純水中的溶解度為S莫耳/g升
同型化學式的溶度積越大溶解度越大
不同型化學式的電解質溶積度較大者溶解度未必較大
AₘBₙ(s)⇆mAⁿ⁺(aq)+nBᵐ⁻(aq)
-s +ms +ns
Ksp=[Aⁿ⁺]ᵐ[Bᵐ]ⁿ=(ms)ᵐ(ns)ⁿ
定義:定溫時,微溶或難溶的電解質在水中溶解時,最終會成為飽和溶液,溶解速率和解離速率相等,會達到動態平衡。此時離子濃度係數次方乘積即Ksp
電解質的溶解度
物質在水中的溶解度大小不一致
可溶
10⁻¹M
微溶
10⁻⁴M
難溶
難溶電解質的再溶解
過度元素之氫氧化物(或氧化物)難溶於水,加入過量氨水可形成錯離子而溶解
種類:過度元素(Cu Zn Ag NI Cd CO
難溶鹽,溶於強酸者
金屬氫氧化物:Cu(OH)₂ Al(OH)₃
弱酸鹽:CO₃²⁻ CrO₄²⁻ SO₃²⁻ PO₄⁻³ S²⁻
兩性氫氧化物難溶於水但可溶於強酸或強鹼中
種類Be(OH)₂ Al(OH)₃ Cr(OH)₃ Sn(OH)₂ Pb(OH)₂ Zn(OH)₂Ga(OH)₂
鹵化物
AgCl可溶於氨水 Agl AgBr不溶於氨水
電解質在水中的溶解度:參考沉澱表
沉澱反應
單一沉澱
離子積Q
大於K時為過飽和溶液有沉澱析出
小於K時:溶液不飽和無沉澱析出
等於K時恰為飽和溶液無沉澱析出
選擇性沉澱:混合液中有多種離子,可同時對加入之離子做沉澱反應時,沉澱之發生是依照Ksp所需之離子濃度由小而大順序沉澱
同離子效應:微溶或難溶電解質在含有與電解質相同離子中的溶液中的溶解度,較在水中為小
影響化學平衡的因素
影響平衡的因素
壓力
減壓向平衡係數較大的一方移動
加壓向平衡係數較小的一方移動
兩邊係數相等時,平衡不移動
加入鈍氣或不參與反應的氣體時
定溫定容下加入鈍氣,平衡不移動
定溫定壓下加入鈍氣,平衡向氣體係數較大的一方移動
溫度
溫度降低,平衡向放熱方向移動
溫度會改變平衡常數
溫度升高,平衡向左,常數變小
溫度降低,平衡向左,常數變小
溫度升高,平衡向右,常數變大
溫度降低,平衡向右,常數變大
溫度升高,平衡向吸熱方向移動
濃度
減少反應物或增加生成物之濃度,平衡向反應物方向移動
增加或減少原物系已經有的固體,平衡不移動
增加反應物或減少生成物脂濃度,平衡向生成物方向移動
催化劑
加入催化劑,正反速率同時加速,常數不變,平衡不移動
催化劑不能增加產率,只能加速平衡
哈柏法製氨
N₂(g)+3H₂(g)⇆2NH₃(g)+22kcal
加鐵粉為催化劑
理論上高溫低壓有利於氨的生成
勒沙特列原理:若施以一種外加因素(溫度、壓力,濃度)此平衡會發生移動。新平衡會向抵銷此外來的方向移動
可逆反應與化學平衡
可逆反應
定義:一化學反應中,反應物生成生成物,同時生成物也可以生成反應物,這種正反同時進行的反應稱為可逆反應
例子:N₂O₄(無色)⇆2NO₂(紅棕色)
性質
在可逆反應中,不是所有反應物都會變成生成物,所以反應物與生成物應該同時存在,幾乎所有反應都是可逆反應
不是所有反應都是可逆反應
例子:燃燒反應
化學平衡
定義:一個定溫的密閉系統中,一個可逆反應的正反應與逆反應相同時,就稱為化學平衡
特性
影響平衡的條件改變時,平衡會發生移動
化學之平衡可以由正反應或逆反應達成,所以平衡的達成與方向無關
巨觀之下個成分濃度保持定值,不隨時間改變
微觀之下化學平衡為一個動態平衡
平衡反應無法表示的屬性
平衡系個物質的濃度
平衡達成的所需時間
₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉
₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉⇆⁰ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ⁺ ⁻ ⁼ ⁽ ⁾ ⁿ º ˙