化学平衡.ppt

1、第三章化学平衡,第一节 可逆反应与化学平衡 第二节 标准平衡常数 第三节 标准平衡常数与摩尔 第四节 标准平衡常数的应用 第五节 化学平衡的移动,吉布斯函数变的关系,第一节可逆反应与化学平衡,一、可逆反应 二、化学平衡,一、可逆反应,有些化学反应几乎能进行到底，反应物基本上能全部转变为产物。这些几乎进行到底的反应称为不可逆反应。 实际上，大多数反应不能进行到底，只有一部分反应物能转变为产物。这种在同一条件下能同时向两个相反方向进行的化学反应称为可逆反应。为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“ ”代替“ ”或“ ”。 在可逆反应中，把从左向右进行的反应称为正反应，从右向左进行的反应称为逆反应。

2、,二、化学平衡,在可逆反应中，正反应的反应速率等于逆反应的反应速率时系统所处的状态称为化学平衡。化学平衡具有以下几个重要特点： （1）正反应的反应速率和逆反应的反应速率相等是建立化学平衡的条件。 （2）化学平衡是可逆反应进行的最大限度反应物和产物的浓度都不再随时间变化，这是建立化学平衡的标志。 （3）化学平衡是相对的和有条件的动态平衡，当外界条件改变时，原来的化学平衡被破坏，直至在新条件下又建立起新的化学平衡。,。,第二节标准平衡常数,对于任意可逆反应：,在一定温度下达到化学平衡时，反应物和产 物的活度都不再随时间变化，它们的平衡活 度之间存在如下定量关系：,书写标准平衡常数表达式应注意以下两

3、点： （1）若B 为固体、纯液体或稀溶液中的溶剂则 ；若B为气体,则 ；若B为稀溶液中的溶质，则 。 （2）标准平衡常数表达式和数值与化学反应方程式有关，同一可逆反应，如果用不同的化学方程式来表示，则标准平衡常数表达式和数值不同。 例题,，,例3-1 写出下列反应的标准平衡常数表达式： （1）N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) （2）Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2Fe2+(aq) （3）ZnS(s) + 2H3O+(aq) Zn2+(aq) + H2S(g) + 2H2O(l) 解：上述反应的标准平衡常数表达式分别为：,标准平衡常数可以通过实验测定

4、。只要知道某温度下平衡时反应物和产物的浓度或分压力，就能计算出反应的平衡常数。通常是测定反应物的起始浓度或分压力及平衡时任一反应物或产物的浓度或分压力，根据化学反应方程式推算出其他反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力，计算出反应的标准平衡常数。,例题,例3-2 1133 K 时，将 CO 和 H2 充入一密闭容器 中，发生下列反应： CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) 已知 CO 和 H2 的初始分压力分别为 101.0 kPa 和 203.0 kPa，平衡时 CH4 的分压力为 13.2 kPa。假 定没有其他化学反应发生，计算该反应在1133 K 时的标准平衡常数。

5、 解：在等温等容下，由理想气体状态方程： pV = nRT,可知各种气体的分压力正比于各自的物质的量， 因此各种气体的分压力变化关系也是由化学反应 方程式中的化学计量数决定的。由化学反应方程 式，反应物和产物的平衡分压力分别为：,peq(H2O) = peq(CH4) = 13.2 kPa peq(CO) = p0(CO)peq(CH4) = 101.0 kPa13.2 kPa = 87.8 kPa peq(H2)=p0(H2)3peq(CH4) = 203.0 kPa313.2 kPa = 163.4 kPa,1133 K 时，该反应的标准平衡常数为：,第三节标准平衡常数与摩尔吉布斯,函数变

6、的关系,对于任意化学反应 0 ，温度T 时： 当反应达到平衡状态时， ，则： 由以上两式可得：,例题,例3-3 298.15 K 时，SO2(g) ， SO3(g) 的标准摩尔 生成吉布斯函数分别为 -300.19 kJmol-1和 -371.06 kJmol1。计算该温度下下列反应的标准平衡常数。 解：298.15 K 时,反应的标准摩尔吉布斯函数变为:,298.15 K 时，反应的标准平衡常数为：,第四节标准平衡常数的应用,一、判断反应进行的程度 二、预测反应的方向 三、计算平衡组成,一、判断反应进行的程度,当可逆反应达到平衡时，反应物转化为产物已经达到了最大限度。若反应的标准平衡常数很大

7、，则平衡时产物的活度比反应物的活度要大得多，说明反应物已大部分转化为产物，反应进行比较完全。若反应的标准平衡常数很小，则平衡时产物的活度比反应物的活度要小得多，说明反应物只有一小部分转化为产物，反应进行程度很小。,可逆反应进行的程度也常用平衡转化率来表示。反应物 A 的平衡转化率定义为： 标准平衡常数和平衡转化率都可以表示反应进行的程度。在通常情况下，标准平衡常数越大，反应物的平衡转化率也越大。,二、预测反应的方向,在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小，就能预测反应的方向。 当 时，化学反应正向自发进行； 例题,当 时，化学反应处于平衡状态；,当 时，化学反应逆向自发进行。,例3-

8、4 已知 298.15 K 时，可逆反应： Pb2+(aq) + Sn(s) Pb(s) + Sn2+(aq) 的标准平衡常数 ，若反应分别从下列情 况开始，试判断可逆反应进行的方向。 （1）Pb2+和Sn2+的浓度均为 0.10 molL-1； （2）Pb2+的浓度为 0.10 molL-1，Sn2+ 的浓度 为 1.0 molL-1。 解：（1）反应商为：,由于 因此在 298.15 K 时反应正向自发 进行。 （2）反应商为： 由于 因此在298.15 K 时反应逆向自发 进行。,三、计算平衡组成,标准平衡常数确定了平衡系统中反应物和产 物的浓度或分压力之间的关系。因此，可利用标 准平衡

9、常数计算反应物和产物的平衡浓度或平衡 分压力。 例题,例3-5 在 1000 时，下列反应： FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) 的标准平衡常数 如果在 CO 的分压力为 6000 kPa 的密闭容器加入足量的 FeO，计算CO和 CO2 的平衡分压。 解： FeO(s) + CO(g) Fe(s)+CO2(g) p0/kPa 6000 0 + x peq/kPa 6000-x x,反应的标准平衡常数表达式为： 将平衡分压力和标准平衡常数数值代入上式得： CO 和 CO2 的平衡分压力分别为：,第五节化学平衡的移动,一、浓度对化学平衡的影响 二、压力对化学平衡的影响 三

10、、温度对化学平衡的影响,一、浓度对化学平衡的影响,对于稀溶液中进行的可逆反应 ， 在等温等压下达到平衡时： 当增大反应物浓度或减小产物浓度时，反应商减小，则 ，可逆反应正向进行，反应商逐渐增大，当反应商增大到等于标准平衡常数时，系统又建立了新的平衡状态。显然达到新的平衡状态时，产物的浓度比原平衡状态时增大了，化学平衡正向移动。,同理，当减小反应物的浓度或增大产物浓度 时，反应商增大，使 ，化学平衡逆向移 动，反应商逐渐减小，直至反应商重新等于标准 平衡常数时，又建立起新的化学平衡。 浓度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他 条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小产物 浓度，化学平衡向正反应方向移

11、动；增大产物浓 度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移 动。,二、压力对化学平衡的影响,对气相可逆反应 ，在一定温度 下达到化学平衡时：,（一）反应物或产物分压的变化,在等温等容条件下，改变平衡系统中任何一 种反应物或产物的分压力，必然使 ，导致 化学平衡发生移动。当增大反应物的分压力或减 小产物的分压力时，反应商减小，使 ，化 学平衡向正反应方向移动。 同理，当减小反应物的分压力或增大产物的 分压力时，反应商增大，使 ，化学平衡向 逆反应方向移动。,气体分压力的改变对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件不变的情况下，增大反应物的分压力或减小产物的分压力，化学平衡向正反应方向移动；增大产物

12、的分压力或减小反应物的分压力，化学平衡向逆反应方向移动。,（二）体积改变引起压力的变化,在等温条件下，将系统的体积压缩到原来 的 ，系统的总压力就增大到为原来的 N 倍，反应物和产物的分压力增大到为原来的 N 倍，B的分压力由 增大到 。此时 反应商为：,若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡不发生移 动。 若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡向正反应 （气体分子总数减少）方向移动。 若 ，则 ， 表明缩小体积增大压力时，化学平衡向逆反应 （气体分子总数减少）方向移动。,改变反应系统的体积引起总压力的变化对化学平衡的影响归纳如下：在一定温度下，缩小反应系统的体积，总压力增大，

13、化学平衡向气体分子总数减小的方向移动；增大反应系统的体积，总压力减小，化学平衡向气体分子总数增大的方向移动；对于 的反应，当体积变化而改变总压力时，不能使化学平衡发生移动。,（三）惰性气体的影响,（1）在温度和总压力不变条件下加入惰性气 体：当可逆反应在一定温度下达到平衡时，加入 惰性气体，为了保持总压力不变，系统的体积相 应增大。在这种情况下，反应物和产物的分压力 降低的程度相同。若 ，则 ，化学 平衡向气体分子数增加的方向移动。 （2）在温度和体积不变条件下加入惰性气 体：可逆反应在等温等容下达到平衡后，加入惰 性气体，系统的总压力增大，但反应物和产物的 分压力不变， ，化学平衡不发生移动

14、。,三、温度对化学平衡的影响,们之间的关系为： 上式对 T 微分得： 对于吸热反应， ，则 ， 当温度升高 时， 增大( )，使 ，化学平衡向正反应（吸热反应）方向移 动； 当温度降低 时， 减小( ）使 ，化学平衡向逆反应 (放热反应）方向 移动。,可逆反应的标准平衡常数是温度的函数，它,，,对于放热反应， ，则 ， 当温度升高时， 减小，使 ，化学平衡向 逆反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时， 增大，使 ，化学平衡向正反应 方向移动。 温度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条 件一定时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移 动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。 将上式进行定积分，可得： 例题,