1、标准平衡常数标准平衡常数主讲：朱连文主讲：朱连文嘉兴学院生化学院嘉兴学院生化学院生化学院首届教师教学设计与技能竞赛生化学院首届教师教学设计与技能竞赛Better chemistry, better life!*说课环节说课环节课程分析课程分析新课介绍新课介绍学情分析学情分析教学设计教学设计*课程分析课程分析化学反应的基本原理化学反应的基本原理物质结构基础理论物质结构基础理论溶液化学平衡溶液化学平衡滴定分析滴定分析常用仪器分析常用仪器分析元素化学元素化学*新课介绍新课介绍标准平衡常数是衡量化学反应的一个重要指标，属于标准平衡常数是衡量化学反应的一个重要指标，属于化学反应原理当中的动力学部分，是连
2、接热力学和动化学反应原理当中的动力学部分，是连接热力学和动力学的桥梁。力学的桥梁。*学情分析学情分析“高中后遗症高中后遗症”，考试为目的；，考试为目的；“急功近利急功近利”，轻原理，重应用；，轻原理，重应用；“鸦雀无声鸦雀无声”，欠缺独立思考；，欠缺独立思考；“雨过地不湿雨过地不湿”，学而不用则罔。，学而不用则罔。*教学设计教学设计生活、历史、科技前沿问题隐秘承载化学原理，引生活、历史、科技前沿问题隐秘承载化学原理，引起学生好奇心；起学生好奇心；化学原理和现实案例无缝嫁接，展示化学的趣味性、化学原理和现实案例无缝嫁接，展示化学的趣味性、应用性、以及逻辑性应用性、以及逻辑性; 化学原理嫁接新闻时
3、事，化学原理嫁接新闻时事，“引诱引诱”学生独立思考，学生独立思考，分析问题，解决问题，勇敢表达捍卫自己的观点。分析问题，解决问题，勇敢表达捍卫自己的观点。*标准平衡常数标准平衡常数Better chemistry, better life!*主要内容：主要内容： 标准平衡常数标准平衡常数K的概念、表达式书写与计算的概念、表达式书写与计算主要内容及目标主要内容及目标知识目标：知识目标：1. 掌握掌握K表达式的书写表达式的书写2. 掌握掌握K的计算的计算能力目标：能力目标：分析问题、利用原理解释现象的能力分析问题、利用原理解释现象的能力为什么我们有饭吃为什么我们有饭吃 ？为什么胡佛能当选美国总统为
4、什么胡佛能当选美国总统 ？为什么为什么“稻草能变成金刚石稻草能变成金刚石” ？ *对任意反应：对任意反应：aA + bB = cC + dD 前情回顾前情回顾反应方向的判断反应方向的判断 rGm 0*“金刚石疯了金刚石疯了”298.15 K标准状态下反应标准状态下反应C (金刚石金刚石) = C(石墨石墨) 的的 rGm 为为-2.9 (kJ mol 1) 0,0,金刚石自发变成石墨金刚石自发变成石墨金刚石金刚石“发疯发疯”的背后隐藏着什么原理？的背后隐藏着什么原理？反应进行的程度反应进行的程度*1.1 标准平衡常数标准平衡常数K的概念的概念在一定温度一定温度下，某反应处于平衡状态平衡状态时，
5、生成物和反应物活度（气体相对分压、溶液相对浓度）的化学计量数的幂次方的乘积等于常数K，称为标准平衡常数（无单位，量纲为1）标准平衡常数是特征常数，与反应本性、温度相关，而与浓标准平衡常数是特征常数，与反应本性、温度相关，而与浓度、压强无关度、压强无关 标准平衡常数的大小可体现反应进行的完全程度标准平衡常数的大小可体现反应进行的完全程度K 107 反应完全进行K 107 反应几乎不可能发生107 K 107 可通过改变条件来促进反应进行* 气相反应气相反应: : 物质的分压用相对分压物质的分压用相对分压( (p p/ /p p) )表示表示 K =p(SO3)/p2p(SO2)/p2 p(O2)
6、/pK =c(H+)/c c(Ac-)/cc(HAc)/c2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)HAc H+ + Ac-1.2 K表达式的书写表达式的书写p p=100 kPa=100 kPa 液相反应: 物质的浓度用相对浓度(c/c) 表示 c c=1 mol/L=1 mol/L*反应有反应有纯固体、纯液体纯固体、纯液体参加，或参加，或稀溶液中水稀溶液中水参加的反应，其浓度不出现在标准平衡常数表参加的反应，其浓度不出现在标准平衡常数表达式中；达式中；K=p(CO2)/pK =c(CrO42-) )/c2 c(H+)/)/c2 c (Cr2O72-) )/cCaCO3(s) CaO(s
7、) + CO2(g)Cr2O72-(aq) +H2O (l) 2CrO42-(aq)+2H+(aq)*(1) N2 + 3H2 2NH3(2) 1/2N2 + 3/2H2 NH3(3) 2NH3 N2 + 3H2 标准平衡常数与反应式的写法有关。标准平衡常数与反应式的写法有关。 *1. 定义式法定义式法 (1) 写出写出K表达式表达式 (2)带入分压、浓度数值，计算求解带入分压、浓度数值，计算求解2. 利用利用 rGm与与K的关系计算的关系计算 rGm = -RTln K 1.3 标准平衡常数标准平衡常数K的计算的计算*让全世界吃饱饭的反应让全世界吃饱饭的反应 1918年诺贝尔化学奖年诺贝尔化
8、学奖“舌尖上的化学反应舌尖上的化学反应”合成氨反应合成氨反应 N2 + 3H2 2NH3*已知已知合成合成NH3反应：反应： N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 773K平衡时压力平衡时压力/103kPa 4.17 12.52 3.57 求标准平衡常数？求标准平衡常数？1.3 K的的计算计算定义式法定义式法K =p(NH3)/p2p(N2)/p p(H2)/p3=3.57*103)/10024.17*103)/100 12.52*103)/1003K =1.56*10-5*求求298.15 K标准状态下反应标准状态下反应C (金刚石金刚石) = C(石墨石墨) 的平衡常数。的平
9、衡常数。“疯狂的金刚石疯狂的金刚石”金刚石和石墨都是固体，无法写金刚石和石墨都是固体，无法写出出K表达式，因此用定义式无法表达式，因此用定义式无法计算！计算！利用利用 rGm = -RTln K 计算计算K*范特霍夫(Vant Hoff)化学反应等温式 rGm(T) = rGm (T) + RTlnQ反应熵反应熵非标准态下的非标准态下的吉布斯函数变吉布斯函数变标准态下的标准态下的吉布斯函数变吉布斯函数变当反应达到平衡时： rGm(T)=00 = rGm (T)+RTlnQeq则： rGm (T) = RTln K(T) rGm = -RTln K的推导的推导 标准平衡常数K(T)为系统平衡状态
10、的反应商Qeq；*1.3 利用利用 rGm = -RTln K求求K第一步第一步 求出求出 rGm的值的值方法一：查表获得方法一：查表获得 fGm求求 rGm方法二：利用方法二：利用 rGm (T) rHm (298 K)T rSm (298 K)第二步第二步 利用利用 rGm = -RTln K 计算计算K*赫伯特赫伯特克拉克克拉克胡佛是美国第胡佛是美国第3131任总统；任总统；2424岁来中国河北唐山岁来中国河北唐山“打工打工”；发现中国开采金矿水平低；发现中国开采金矿水平低；胡佛利用化学知识胡佛利用化学知识 “ “废物利用废物利用”，成了百万巨富。，成了百万巨富。“造就美国总统的化学反应
11、造就美国总统的化学反应”锌把金还原：锌把金还原：Zn +2NaAu(CN)2 =Na2Zn(CN)4 +2Au氰化钠把金溶解：氰化钠把金溶解：2Au + 4NaCN + 1/2O2+ H2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH*2Au + 4NaCN + 1/2O2+ H2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaOH已知已知 rGm (298K) = -190.443 kJmol-1求求 该反应在该反应在298K时的标准平衡常数时的标准平衡常数K = 2.414*1033 “造就美国总统的化学反应造就美国总统的化学反应”解：根据解：根据 rGm = -RTln Kln K= rGm /-
12、RT=190443/(8.314*298) = 76.87*中国科学技术大学的钱逸泰院士实验室以CCl4和金属钠为原料，在973K时反应制造出金刚石粉末和NaCl。反应方程式为：求该反应在973K下的标准平衡常数？“稻草变黄金稻草变黄金”的背后的背后Science, 1998, 281, 246.*“稻草变黄金稻草变黄金”的化学原理的化学原理同理可得：同理可得： rSm= -129.983 Jmol-1K-1 * rHm(298K)= -1507.205 kJmol-1 rSm(298K)= -129.983 Jmol-1K-1 rGm (973K)= -1380.712 kJmol-1 rG
13、m (973K) rHm (298 K)973 rSm (298 K) = -1507.205*103 Jmol-1 973K*(-129.983 Jmol-1K-1) = -1380712 Jmol-1 rGm (T) rHm (298 K)T rSm (298 K)“稻草变黄金稻草变黄金”的化学原理的化学原理*根据根据 rGm = -RTln Kln K= rGm /-RT=1380712/(8.314*973) = 170.7K = 1.333*1074 “稻草变黄金稻草变黄金”的化学原理的化学原理 rGm (973K)= -1380712 Jmol-1 化学反应速度化学反应速度*小结小结标准平衡常数标准平衡常数K的概念；的概念；标准平衡常数标准平衡常数K表达式的书写（四个原则）；表达式的书写（四个原则）；两种两种K的计算方法的计算方法 (1) 利用利用K的定义式的定义式 (2) 利用利用 rGm与与K的关系：的关系： rGm = -RTln K*思考题思考题男子自制吸金球盗黄金 ，一年内疯狂吸金16斤背后的化学原理是什么？Zn + 2NaAu(CN)2 = Na2Zn(CN)4 + 2Au 提示：从反应的类型、自发提示：从反应的类型、自发性、以及进行程度角度解释性、以及进行程度角度解释*Thank you!*
