第3章化学平衡

第3章化学平衡原理本章教学要求

1．理解化学平衡的意义

2．掌握标准平衡常数及其与反应的标准摩尔吉布斯自由能变的关系

3．会进行有关化学平衡计算

4．掌握多重平衡原理及其应用

5．掌握各种因素对化学平衡移动的影响3.1

标准平衡常数3.2多重平衡系统3.3化学平衡的移动3.1.1可逆反应与化学平衡可逆反应:在同一条件下,既可以向正方向,又能向逆方向进行的化学反应.大部分化学反应都是可逆反应.可逆反应进行到最大限度,即为平衡状态.

化学反应有可逆反应与不可逆反应之分，但大多数化学反应都是可逆的.例如:

在密闭容器中，可逆反应不能进行到底.个别反应几乎能进行到底.例如：MnO22KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)(2)化学平衡的鲜明特点★平衡是动态的

系统各组分无限期保持恒定并不意味着正、逆反应的终止，只不过朝两个方向进行的速率相等而已。如反应

CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)平衡时，CaCO3仍在不断分解为CaO和CO2,CaO与CO2仍在不断形成CaCO3（用放射性同位素14C标记法）。★到达平衡状态的途径是双向的

对上述反应，不论从哪个方向都能到达同一平衡状态。温度一经确定，CO2的平衡压力也就确定，在该压力下产生CO2的速率等于它转化为CaCO3的速率。

★平衡状态是两种相反趋势导致的折中状态

两种相反趋势是指系统总是趋向最低能量的趋势和趋向最大混乱度的趋势。CaCO3中的C原子和O原子高度有序，由其形成的占据着晶格中的确定位置。分解反应相应于将以CO2气体分子形式游离出来，游离出来的气体分子能运动于反应容器的整个空间。与中禁锢的CO2相比,气态CO2分子的混乱度更高。如果只有熵变这一因素，CaCO3将会完全分解。然而CaCO3的分解为吸热过程，熵变有利的这一反应焓变却不利。逆反应的情况恰好颠倒过来:熵变不利而焓变却有利。可以认为，平衡系统中CO2的分压反映了两种趋势导致的折中状态。3.1.2标准平衡常数（1）标准平衡常数的表达式

★

对于气相反应

aA＋

bBcC＋

dD★

对于溶液中的反应标准平衡常数用以定量表达化学反应的平衡状态。值越大，平衡混合物中生成物越多而反应物越少，反之亦然。★

对通式

aA(s)＋

bB(aq)cC(aq)＋

dD(g)

所表示的多相反应而言，的表达式则为▲是温度的函数，与浓度、分压无关▲标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应2、书写标准平衡常数表达式应注意:1）气体物质用平衡时相对分压表示;溶液中的物质用相对浓度表示;纯固体、液体，其浓度视为常数，不写入平衡常数表达式中．例：反应Fe(s)+2H+(aq)=Fe2+(aq)+H2(g)的标准平衡常数的表达式为KØ=＿＿＿＿＿＿＿＿．

2）平衡常数及其表达式与化学反应方程式呈一一对应关系。例：气体反应A(g)+B(g)=C(g)，在封闭容器中建立了化学平衡，如果温度不变，但体积缩小了2/3，则平衡常数KØ为原来的（）

A．3倍B.9倍C.2倍D.不变标准平衡常数只与温度有关，与各平衡组成无关（2）标准平衡常数与反应商

与标准平衡常数Kθ相对应的反应商,符号为Q)的表达式为：若判断反应的进行程度已知ΔfHØm(NO,g)=90.25KJ.mol-1，在2273K时,反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的KØ=0.100,在2273K时,若P(N2)=P(O2)=10Kpa，P(NO)=20Kpa，反应商Q=_______，反应向______方向进行;在2000K时,若P(NO)=P(N2)=10Kpa,P(O2)=100Kpa,反应商Q=______,反应向__________方向进行.（3）标准平衡常数与标准摩尔吉布斯自由能变表达与之间关系的式子叫范特荷甫等温式：如果系统达到平衡,则不但意味着△rGm(T)＝0,而且意味着反应商等于标准平衡常数，则或

3.2多重平衡系统在一个化学过程中，若同时包括多个相关的平衡，且一种物质同时参与了多个平衡．如:如:(1)A(g)+2B(g)=2C(g)(2)A(g)+2C(g)=2D(g)则反应(3)D(g)=A(g)+B(g)(1)方程式相加,平衡常数相乘;(2)方程式相减,平衡常数相除;(3)方程式乘以(或除以)某一系数,则平衡常数乘（或开)系数次方;(4)方程式倒置,平衡常数取倒数.多重平衡规则:例：673K时，反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的KØ=0.62则反应NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g)的KØ=_________。已知25℃时反应

（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的

（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的计算反应（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的

2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)反应（1）+（2）得：3.3平衡移动当化学反应处于平衡时，△rGm(T)=0，则：即：化学反应等温方程式

由等温方程式可得出：当Q＜时，△rGm(T)＜0，反应正向进行当Q=时，△rGm(T)=0，体系达平衡状态

当Q＞时，△rGm(T)＞0，反应逆向进行使平衡发生移动,必须使Q≠即改变反应商Q和标准平衡常数影响平衡移动的因素浓度压力温度

改变反应商

改变标准平衡常数

(1)浓度的影响

增大反应浓度或减少生成物浓度时平衡将沿正反应方向移动；减小反应物浓度或增加生成物浓度时平衡则沿逆反应方向移动。例如BiCl3水解生成不溶性的BiOCl和盐酸的反应：BiCl3(aq)＋

H2O(l)BiOCl(s)＋

2HCl(aq)

加水加盐酸其实，显示的仍然是平衡常数与反应商之间的关系：（1）增加反应物浓度或减少生成物浓度时，Q变小，Q＜时，△rGm(T)＜0，反应正向进行（2）增加生成物浓度或减少反应物浓度时，Q变大，

Q＞时，△rGm(T)＞0，反应逆向进行浓度对化学平衡的影响是：增加某物质浓度，平衡总是向减少该物质浓度的方向移动；如果减少某物质浓度，则平衡总是向着生成该物质的方向移动。当c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,

c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1时反应向哪一方向进行?解计算反应商，判断反应方向,反应正向进行反应Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)25℃时,的=3.2。(2)压力的影响压力变化对平衡的影响实质是通过浓度的变化起作用。改变压力对无气相参与的系统影响甚微。3H2(g)＋

N2(g)2NH3(g)如果平衡系统的总压力增至原来的2倍,则即,导致反应向生成氨的方向移动。若给已达到平衡的反应中引入惰性气体，则平衡如何移动？解★在惰性气体存在下达到平衡后,再恒温压缩,,平衡向气体分子数减小的方向移动,,平衡不移动;★对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物pB不变，，平衡不移动；★对恒温恒压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，如果，平衡向气体分子数增大的方向移动。(3)温度对化学平衡的影响是温度的函数。温度变化引起的变化，导致化学平衡的移动；对于放热反应，<0,温度升高，减小，Q>,平衡向逆向移动；对于吸热反应，>0,温度升高,增大,Q<,平衡向正向移动。（1）反应为吸热，Q＜，平衡正向移动。

A、温度T升高，值增大

B、温度T降低，值减少，Q＞，平衡逆向移动（2）反应为放热

A、温度T升高，值减少，Q＞，平衡逆向移动

B、温度T降低，值增大，Q＜，平衡正向移动。升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。吕.查德里原理（LeChatelier’sPrinciple)——平衡移动的一般规律

当体系达到平衡后，如果改变体系的平衡条件之一（如：温度、压力、浓度等），平衡就向着减弱这个改变的方向移动。

Asysteminequilibriumthatissubjectedtoastresswillreactinawaythattendstocounteractthestress.

吕.查德里原理的应用：预测化学平衡移动的方向

催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡常数，也不改变反应商。催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。例：在压力锅内，水的蒸气压力可达到150kPa，计算水在压力锅中的沸腾温度。解：

H2O(l)H2O(g)-285.8-241.8=[－241.8－(－285.8)]kJ·mol－1=44.0kJ·mol-1

正常沸点：P(H2O)(l)=100KpaT1=373.15K

增加压力：

P(H2O)(2)=150Kpa,T2=?T2=384K根据

在什么条件下，降低温度

平衡向正反应方向移动（）

A.ΔrHmØ>0B.ΔrHmØ<0

C.ΔrSmØ<0D.低温区

放热B

可逆反应.2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)ΔrHØm>0,反应达到平衡后,进行以下操作,试讨论其影响:

(1)

增大容器体积,n(H2O,g)________________________;

(2)

加入O2,n(H2O,g)____________;n(HCl,g)______________-

(3)

减小容器体积,n(Cl2,g)____________;P(Cl2,g)_____________;K=_____________

(4)

加入稀有气体,保持体积不变,n(HCl,g)________________;