第三章 化学平衡原理

第三章化学平衡原理第一节标准平衡常数在一定时刻反应物和产物的量不变，宏观上反应系统状态不再随时间改变

——化学平衡(chemicalequilibrium)

可逆反应(reversiblereaction)在同一条件下，可同时向正逆两个方向进行的反应

H2(g)+I2(g)2HI(g)(一)化学平衡状态

(一)化学平衡状态

（1）“动”

（2）“定”

（3）“变”平衡是相对υ/(mol·L-1·s-1)t/s反应速度随时间变化曲线υ正υ逆υ正＝υ逆化学平衡第一节标准平衡常数(二)标准平衡常数aA+bB=dD+eE

当反应达到平衡时：Kθ称为标准平衡常数(standardequilibriumconstant)，SI单位为1。

当反应达到平衡时：

(二)标准平衡常数

∴在一定温度下，指定化学反应在平衡状态下的反应商是一个只与反应的本质有关，与浓度和压力无关的常数

(二)标准平衡常数

1.液相反应：表达式中各物质的浓度用相对浓度例如溶液中的反应Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)⇌Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)

2.对于气相反应

(二)标准平衡常数

表达式中各物质的分压用相对分压H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)例如：

(二)标准平衡常数

3.对于一般的化学反应其标准平衡常数表达式为：aA(g)+bB(aq)+cC(s)⇌xX(g)+yY(aq)+zZ(l)

Kθ性质：﹡Kθ与温度有关，与浓度和分压无关﹡Kθ的大小表明化学反应进行程度的不同,

值越大化学反应向右进行得越彻底﹡Kθ是一定温度下，反应能进行的最大限度

(二)标准平衡常数

4.书写标准平衡常数应注意的问题：⑴各组分浓度或分压必须是平衡状态浓度或分压⑵不列出参与反应的纯固体、液体或溶剂水的浓度(3)若化学反应式中各物质的化学计量数均扩大n倍，则对应的平衡常数扩撒n次方。练习影响化学平衡常数的因素有（）A.产物的浓度B.反应物的浓度C.反应温度D.反应压力C练习

例3.1:血红蛋白(Hem)可以与O2，也可以与CO生成配合物，如下所示：CO(g)+Hem·O2(aq)=O2+Hem·CO(aq)Kθ(310K)=210经实验证明，只要有10%的氧合血红蛋白发生转化，人就会中毒身亡。计算空气中CO的体积分数为多少时会对人造成生命危险。(已知空气压力为100kPa,O2分压为21kPa)解：续上页：解得:p(CO)=0.01

kPa则φ(CO)=0.01kPa/100kPa=0.01%解:例3.2：试由298.15K的下述反应的热力学数据求AgCl的Ksp。(Ksp=Kө)(三)反应系统中平衡的判断根据化学反应等温方程式及反应的标准平衡常数定义可知：根据化学反应平衡态时：∴(三)反应系统中平衡的判断根据反应的标准平衡常数与反应商的比值判断反应进行的方向若Q>Kθ，则反应逆向自发；若Q<Kθ，则反应正向自发进行；若Q=Kθ，则反应处于平衡态。第三节多重平衡系统反应一反应二反应三多重平衡系统第三节多重平衡系统以碳在氧气中燃烧为例：O2第三节多重平衡系统反应(3)视为反应(1)和(2)之和，则：代入得即：结论：总反应的标准平衡常数等于各分反应标准平衡常数的乘积。第三节多重平衡系统例3.3：若在煤气发生炉中的以下两个反应均达到平衡态，且炉内一氧化碳的分压为p(CO)，试计算炉内二氧化碳的分压。2C(s)+O2(g)=2CO(g)；Kθ(1)C(s)+O2(g)=CO2(g)；Kθ(2)解：续上页：第三节化学平衡的移动定义：由于反应条件变化而使反应从一个平衡态移向另一个平衡态的过程。平衡时：QKθ平衡移动浓度压力温度不影响平衡常数改变平衡常数第三节化学平衡的移动(一)浓度对化学平衡的影响当反应物浓度增大或产物浓度减小时，将使反应商Q减小，则

平衡正向移动;如果反应物浓度减小或产物的浓度增大,将导致反应商Q增大，则平衡逆向移动。工业生产中，人们常用增加廉价、易得反应物的方法提高获得贵重产物的反应的转化率。第三节化学平衡的移动(二)压力对化学平衡的影响压力的变化对液相和固相反应的平衡位置几乎没有影响气体参加的反应改变系统体积加入惰性气体改变某组分的分压·······改变压力的方法

(二)压力对化学平衡的影响

增加压力，平衡将向减少该气体压力的方向移动；减小压力，平衡将向增加该气体压力的方向移动。例子：提高N2浓度定时排出NH3

(二)压力对化学平衡的影响

惰性气体的影响：(1)若体积不变（恒容），系统的总压力增加但各反应物和产物的分压不变，平衡不移动。(2)若保持总压不变（恒压），系统的体积增大各反应物和产物的分压相应的减小，则平衡向气体分子数增多的方向移动。

第三节化学平衡的移动(三)温度对化学平衡的影响范特霍夫方程式(三)温度对化学平衡的影响0△rHmθ>0即对于吸热反应，随着温度的升高，Kθ增加，此时Q<Kθ,平衡正向移动0△rHmθ<0(三)温度对化学平衡的影响即对于放热反应，随着温度的升高，Kθ减小，此时Q>Kθ,平衡逆向移动(三)温度对化学平衡的影响结论：为提高反应的完全程度，对的反应，应在较高温度条件下进行；对的反应，应在较低温度条件下进行。总结假如改变平衡的条件之一，如温度、压力和浓度，平衡必向着能减少这种改变的方向移动。Le·Chatelier原理(平衡移动原理)应用结合两式可得：例3.4已知反应C（s）+CO2

（g）2CO（g）T=1040K，Kθ=4.6；T=940K，Kθ=0.50求（1）△rHm

ø（2）940K时△rGm

ø△rSm

ø解（1）△rHm

ø=1.8×102kJ·mol-1（2）=5.4×103

kJ·mol-1rGmө

＝rHmө

-TrSmө（3）rSmө=190J·mol-1续上页：对于存在气体的反应，例如液体的气化过程：液体的标准摩尔汽化焓Clapeyron-Clausis方程例