大学化学-第四章-化学平衡

第四章化学平衡材料科学与工程学院4－1可逆反应与化学平衡一、可逆反应

1、定义：在同一条件，即可正向进行，同时又可逆向进行的化学反应。

可逆反应一般用“”表示正反应：从左向右的反应；逆反应：从右向左的反应。不是可逆反应第四章化学平衡－化学平衡常数2、可逆反应的特点：①可逆反应的反应物不能全部转化为产物②大多数反应是可逆反应，不可逆反应是极少的不同的化学反应，其可逆程度不同，如

2KClO3(s)＝2KCl(s)+3O2(g)N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)第四章化学平衡－化学平衡常数二、化学平衡t/sc(mol/L)v(mol/L.s)H2I2HIv+v-00.01000.0100076.0020000.003970.003970.012112.02.0448500.002130.002130.01573.453.43第四章化学平衡－化学平衡常数1、化学平衡：指正反应和逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度或压力不随时间变化的状态。2、化学平衡的特征(3)平衡状态是可逆反应进行的最大限度，(1)前提：恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应(2)条件：v＋=v－≠0，动态平衡(4)标志：反应物和生成物的浓度不随时间而变化。(5)化学平衡是有条件的动态平衡第四章化学平衡－化学平衡常数第四章化学平衡－化学平衡常数4-2化学平衡常数一、经验平衡常数1、浓度平衡常数实验编号初浓度平衡浓度[H2][I2][HI]10.02060.014500.007750.001650.035751.720.02000.020000.004350.004350.031351.830.00790.01920.02570.002050.01330.037551.34000.04000.004350.004350.031351.8大量实验证明，对任一化学反应第四章化学平衡－化学平衡常数在一定温度下，当反应达到平衡时（5.1）和（5.2）式也可写成如下的形式：Kc：浓度平衡常数第四章化学平衡－化学平衡常数①Kc表示反应进行的程度；②Kc与反应物和生成物的初始浓度无关；③Kc与反应方向无关，但与反应方程式的书写有关；④Kc有单位，2、压力平衡常数对于均相气态反应：Kp的单位：第四章化学平衡－化学平衡常数3、以摩尔分数表示的平衡常数KxKx无单位。4、书写平衡常数的规则第四章化学平衡－化学平衡常数①多相反应中，气体组分用平衡分压表示，溶液中的组分用平衡浓度表示，纯固体和液体的浓度视为1，不代入式中。②在水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则水的浓度也视为1。③多相反应的平衡常数用K表示。第四章化学平衡－化学平衡常数二、标准平衡常数1、标准平衡常数的表达式对于一个复相反应：第四章化学平衡－化学平衡常数①Kθ无单位②Kθ只是温度的函数③在写Kθ的表达式时，由于Cθ=1，所以常省略不写。2、多重平衡原则

如果一个化学反应是若干个分反应的代数和（差），在相同温度下，这个化学反应的标准平衡常数就等于分反应的标准平衡常数的积（商）。第四章化学平衡－化学反应等温式4-3化学反应等温式一、化学反应等温式

根据热力学原理，对于一个任意态下的化学反应，其摩尔吉布斯自由能变为：根据此式可判断任一时刻和任一状态下反应的方向。Q：反应商第四章化学平衡－化学反应等温式当化学反应处于平衡状态时，△rGm=0，此时Q=Kθ，则把此式代入到上式中，有当Q<Kθ时，反应正向自发进行；当Q=Kθ时，反应处于平衡状态；当Q>Kθ时，反应难以正向自发进行。第四章化学平衡－化学反应等温式二、标准平衡常数及化学反应等温式的应用。1、根据Kθ的大小可以判断反应进行的程度当Kθ≥107时，正向反应进行的比较彻底；当Kθ≤10-7时，正向反应难以进行；当10-7＜

Kθ＜107时，典型的可逆反应；2、根据Kθ计算平衡浓度、平衡分压和转化率第四章化学平衡－化学反应等温式3、Kθ和△rGmθ的互算例：求化学反应在600K时的平衡常数Kθ，并对结果进行评述.解：计算600K时的–297.040 -395.72/kJ.mol-1

248.11205.3256.65/J.mol-1K-1

第四章化学平衡－化学反应等温式Kθ=7.99×106

而298.15K，Kθ=3.34×1024

显然T增大，Kθ减小。

Question已知空气压力p=101.325KPa，其中所含CO2的体积分数φ＝0.030％，试计算此条件下将潮湿Ag2CO3固体在110℃的烘箱中烘干时热分解反应的摩尔吉布斯函数变。问此条件下，Ag2CO3(s)＝AgO(s)+CO2(g)的热分解反应能否自发进行?有何方法阻止？解：Ag2CO3(s)＝AgO(s)+CO2(g)△fHmθ-505.8

-30.05

-393.509

KJ/molSmθ

167.4121.3213.74J/mol·k可求得：△rHmθ=82.24KJ/mol△rSmθ=167.6J/mol·K第四章化学平衡－化学反应等温式CO2的分压为：p=101.325×0.030％＝30PaAg2CO3固体在110℃的烘箱中烘干时热分解反应的摩尔吉布斯函数变为：△rGm(383K)≈△rGmθ(383K)+RTlnQ

＝[82.24-383×0.1676]＋8.314×10-3×383×ln30/105

＝18.05－25.83

＝－7.78KJ/mol(该温度下碳酸银会分解)

为了避免Ag2CO3的分解，应通入含CO2分压较大的气流进行干燥。CO2分压至少应为：第四章化学平衡－化学反应等温式△rGm(383K)≈△rGmθ(383K)+RTlnQ＝04-4化学平衡的移动第四章化学平衡－化学平衡的移动一、浓度对平衡的影响平衡时：Q=Kθ增大反应物的浓度，Q<Kθ，平衡正向移动；减小产物的浓度，Q<Kθ，平衡正向移动；反之，Q>Kθ，平衡逆向移动；二、压强对平衡的影响－－只对有气体参加的反应产生影响第四章化学平衡－化学平衡的移动若体系的总压力增大为原来的n倍，则第四章化学平衡－化学平衡的移动若∑

B>0，Q>Kθ，平衡逆向移动；若∑

B<0，Q<Kθ，平衡正向移动；若∑

B=0，Q=Kθ，平衡不移动。

压强的变化只对反应前后气体分子数目有变化的反应有影响。增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动；减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动。结论第四章化学平衡－化学平衡的移动补充：惰性气体对平衡的影响在恒温恒压下，若加入惰性气体，即n总增大，则：∑

B>0，平衡正向移动；∑

B<0，平衡逆向移动；∑

B=0，平衡不移动。在恒温恒容下，若加入惰性气体，平衡不移动。由=－RTlnKθ和得到不同温度第四章化学平衡－化学平衡的移动三、温度对平衡的影响第四章化学平衡－化学平衡的移动四、LeChatelier原理1848年，法国科学家LeChatelier

提出：

如果改变平衡系统的条件之一（浓度、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的方向移动.反应I2（g）==2I（g）达平衡时：（1）升高温度，K°

，原因是

；（2）压缩气体时，I2（g）的离解度

，

原因是

；

（3）恒容时加入N2，I2（g）的离解度

，

原因是