第二章化 学平衡

1、第二章第二章 化化 学学 平平 衡衡 Chemical Equilibrium主要内容主要内容1化学平衡和平衡常数的概念2化学平衡的计算；3化学平衡移动的原理。第2页第一节第一节 化学平衡化学平衡1-1 1-1 可逆反应和化学平衡可逆反应和化学平衡一一. . 可逆可逆反应和不反应和不可逆反应可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应可逆反应。如果反应只能向一个方向进行，则称不可逆反应不可逆反应。反应物产物可逆反应 反应物产物不可逆反应不可逆反应有时用箭头表示第3页可逆反应是化学反应的普遍现象，不可逆反应是相对的。例如：2KClO3 2KCl+3O2N2O4 2

2、NO2N2+3H2 2NH3反应物生成物正反应速度V1逆反应速度V2V1V2: 反应正向进行V1 V2: 不可逆反应二、化学二、化学平衡平衡在可逆反应中，正逆反应的速度相等时，体系所处的状态称为化学平衡。化学平衡是一种动态平衡，平衡条件包括体系各物质的浓度、温度，条件改变，平衡将发生移动。请看 N2O4 2NO2 平衡体系的实验结果第4页化学平化学平衡特点衡特点1. 只有在恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应，才能建立化学平衡，这是建立化学平衡的前提前提。2. 正逆反应速度相等是化学平衡建立的条件条件。3.平衡状态是封闭体系中可逆反应进行的最大限度，各物质浓度都不再随时间改变，这是建立平衡的标

3、志标志。4化学平衡是有条件的平衡。当外界因素改变时，正、逆反应速度发生变化，原有平衡将受到破坏，直到建立新的动态平衡。第5页1-2 1-2 平衡常数平衡常数一、化学一、化学平衡定律平衡定律在一定温度下，某个可逆反应达到平衡时，产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。这个关系称为平衡定律。平衡定律平衡定律表达式表达式K = Ee DdAa Bb注意：1.平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但各物质浓度值与初始浓度有关。2.平衡常数与各物质初浓度无关，但与温度有关。aA +bB eE + dD第6页Kc = = = 7.3210-3 NH32N2H23 42393由平衡定

4、律求平衡常数根据物料平衡求初时浓度答:该温度时合成氨反应的化学平衡常数是7.3210-3 ,N2和H2的初时浓度分别为5 molL-1和15 molL-1 解： N2+3H2 2NH3 例1.(P51)合成氨反应N2+3H2 2NH3 在某温度下达平衡时，各物质的浓度是：N2=3molL-1，H2=9 molL-1，NH3=4 molL-1。求该温度时的平衡常数和N2、H2的初时浓度C N2+1/2NH33+25 molL-1N2C H2+3/2NH39+615 molL-1H2K = Ee DdAa Bb第7页二、书写平衡常数关系式的规则二、书写平衡常数关系式的规则原原 则则各项平衡浓度项只

5、包括浓度可以变各项平衡浓度项只包括浓度可以变化的项化的项( (即变量即变量) )。1.关系式中不包括固体和纯液体物质浓度项(因为它们的浓度为常数)，只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。2.水溶液中的反应如有水参加，水浓度为常数，不写在平衡关系式中。但对非水溶液反应，如有水生成或有水参加，必须写上。如醋酸和乙醇的酯化反应:K = CH3COOC2H5 H2O CH3COOHC2H5 OH C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2OK = Ee DdAa Bb第8页3.同一化学反应，平衡常数关系式因化学方程式的写法不同而异。4.对于气态反应，除了可以用平衡常数Kc表示外,还

6、可以用压力平衡常数表示。N2O4(g) NO2(g)K2=K1 =0.602NO2(g) N2O4(g) K3= =2.781K1N2O4(g) 2NO2 (g) K1= =0.36Kc = Ee DdAa BbaA +bB eE + dDKp = PE e PDdPAa PBbKp称压力平衡常数Kc和Kp的关系可以推导如下piV=niRT pi=ciRTKp = = Kc(RT)(e+d-a-b)nERTe nDRTdnARTa nBRTb令e+d-a-b = nKp = Kc(RT) nK = Ee DdAa Bb想一想：在什么条件下 Kp = Kc第9页课堂练习写出下列逆反应的平衡常数K

7、C和KP的表达式：(1) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O(g)(2) C(s) + O2 CO2(3) Fe2O3(s) + 3H2 2Fe(s) + 3H2O(g)(4) CaCO3(s) CaO(s) + CO2解：（1） Kc = CO2 H2O2CH4 O2 2Kp = P P2P P2CO2H2OCH4O2（2）Kc = CO2 O2 2Kp = P PCO2O2（3）Kc = H2O3H2 3Kp = P3 P3H2OH2(4) Kc = CO2 Kp = PCO2第10页三、平衡常数的单位三、平衡常数的单位解：已知 Kc=0.507 T=673K n=2-1-3=-2R

8、=0.0821atmLmol-1K-1 时:Kp=Kc(RT)n = 0.507(0.0821673)-2 =1.6610-4 (标准平衡常数)R=8314PaLmol-1K-1: Kp=0.507(8314673)-2 =1.6210-14 (Pa-2) (必须写出单位)例2(P55) 已知反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在673K时Kc=0.507，求Kp 。当浓度的单位为当浓度的单位为 molmolL L-1-1或压力的单位为或压力的单位为atmatm时，称时，称标准平衡常数标准平衡常数，标准平衡常数不写单位，标准平衡常数不写单位。但必须注意R的数值随压力单位的不同而不同。K

9、 = Ee DdAa Bb第11页四、平衡常数的意义四、平衡常数的意义1. 判断反应进行的程度，估计反应的可能性。K K值越值越大，反应越完全，大，反应越完全，K K值越小，反应越不完全值越小，反应越不完全。2. 判断反应进行的方向。浓度商（压力商）浓度商（压力商）化学反应任意时刻，产物浓度（分压）系数次方的乘积与反应物浓度（分压）系数次方的乘积之比称为浓度商（压力商），用符号Qc（QP）表示。想一想想一想: 平衡状态的浓度商或压力商, 就是反应的平衡常数。这 种说法对吗？（对，浓度商与平衡常数的表达式是相同的，平衡常数是浓度商的一种特例）Qc = Ee DdAa BbQp = PE e PD

10、dPAa PBbK = Ee DdAa BbK = Ee DdAa Bb第12页3.判断反应的判断反应的进行方向进行方向Qc Kc，逆向反应自发进行。气相反应可以用压力商和Kp进行比较判断。判断下列说法是否正确：2、任何可逆反应在一定温度下，不论参加反应的物质浓度如何不同，反应达到平衡时，各物质的平衡浓度相同。（ ）3、可逆反应达到平衡后，增加反应物浓度会引起KC改变。（）4、一个反应体系达到平衡时的条件是正逆反应速度相等。（ ）FFF T1、根据反应式2P + 5Cl2 2PCl2 可知，如果2 mol 的 P 和5 mol 的 Cl2 混合，必然生成2 mol 的PCl5 。（ ）（因为可

11、逆反应就不可能完全反应。）（各物质的浓度不随时间而变不等于各物质的浓度相等。）（反应常数与温度有关，与浓度无关。）（这是化学平衡的条件。）第13页1-3 平衡转化率平衡转化率 = 100%平衡时已转化了的某反应物的量转化前该反应物的量初时浓度: 0.020 0.020 0 0平衡浓度: 0.020-x 0.20-x x x K = = 9x2(0.020-x)2解得:x=0.015 (molL-1 )转化率 = 100 = 75 % 0.0150.020答: 该反应在所给条件下的最大转化率是75%解：设平衡时CO2和H2的浓度为x molL CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2

12、(g)例3(P59) 一氧化碳变换反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)在773K时,平衡常数Kc=9，如反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020 molL，计算在这条件下，CO的转化率最大是多少？第14页1-4 1-4 多重平衡规则多重平衡规则某个反应可以表示为两个反应的和某个反应可以表示为两个反应的和( (或差或差) )，则总，则总反应的平衡常数等于各分反应平衡常数之积反应的平衡常数等于各分反应平衡常数之积( (或或商商) )。这个关系称为多重平衡规则多重平衡规则。同理： = - K1 = K3 / K2 = + K3 = = = K1K2H2OCOH2CO2H2OH2O

13、2O2COCO2推论:反应m = 反应 K1m = K2 反应m = 反应 K11/m = K2注意：在处理多重平衡关系中,所有平衡常数必须在同一个温度。 H2(g) + O2 H2O(g) K1 CO2(g) CO(g)+ O2 K2 H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO(g) K3 第15页第二节 化学平衡的移动因为条件改变，旧的平衡被破坏，引起混合物中各物质百分含量随之改变，从而达到新平衡状态的过程叫做化学平衡移动。2-1 2-1 浓度浓度对化学平对化学平衡的影响衡的影响在其它条件不变的情况下，增加反应物浓度或在其它条件不变的情况下，增加反应物浓度或减少生成物浓度（减少生成物浓

14、度（QcKcQcKcQcKc) )，化学平衡向着逆反应方向移动。，化学平衡向着逆反应方向移动。化学平衡移动原理的应用1.在可逆反应中，为了尽可能利用某一反应物，经常用过量的另一物质和它作用如硫酸工业中的SO2的转化反应： 2SO2+O2 2SO3实际生产上是吹入过量的空气提高SO2的转化率Qc = Ee DdAa Bb第16页2.不断地将生成物从反应体系中分离出来，则平衡将不断地向生成物的方向移动。如前面提到的酯化反应：C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O能及时地把水除去可以使酯化反应完全。模拟实验：在FeCl3 + NH4SCN 溶液中加入少许固体NH4SCN，

15、观察溶液颜色的变化。FeCl3NH4SCNFe(SCN)3Fe(SCN)63-加入固体NH4SCN第17页2-2 2-2 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响对于有气相参加的反应，压力的改变，对于气态物质浓度均有影响，对化学平衡的影响较为复杂。一、n0时,其它条件不变时,增大总压力,平衡向气体分子数减少的方向移动；减压，平衡向气体分子数增加的方向移动。P 2NH3P N2P 3H2Kp=体系压力增大一倍时：Qp22-4Kp Kp平衡向逆反应(分子数增大)方向移动。二、n0时，在等温下，增加或降低总压力，对平衡没有影响三、对于溶液中进行的反应，改变总压力对平衡几乎没有影响。因为压力对溶液的体

16、积影响极小如: N2(g)+3H2(g) 2NH3压力对平衡的影响第18页2-3 温度对化学平衡的影响温度可以改变平衡常数，因此改变温度，对于有热效应的反应，可以使平衡移动。升高温度(0)，平衡向吸热方向(rHO0)移动，降低温度(0)，平衡向放热方向(rHO0)移动。催化剂只能改变化学平衡的到达时间,但不能使平衡移动模拟实验:把淡黄以的三氯化铁溶液分别加入到冷水和热水中,观察现象。FeCl3 + H2O Fe(OH)3 + 3HCl加热促进水解进行形成Fe(OH)3溶胶温度对平衡的影响第19页2-4 勒夏特里(A.L.le Chatelier)原理假如改变平衡系统的条件之一，如温度、压力或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。这是一条普遍的规律，适用于所有的动态平衡(包括物理平衡)。平衡反应物生成物浓度、压力、温度第20页本章小结基本概念：基本概念：可逆反应、化学平衡、平衡常数、平衡转化率、多重平衡规则、化学平衡移动有关计算：有关计算：由平衡浓度计算平衡常数由平衡常数计算体系有关浓度求转化率本章作业：P68-70 11，14，18请点击复习内容第21页表2-1 373 K 时， 平衡体系的建立时 间 /s020406080100C (N2O4)/(mol L