无机化学：第8章 化学平衡

1、2021/3/20,1,第八章 化学平衡,8-1 化学反应的可逆性和化学平衡 8-2 平衡常数 8-3 标准平衡常数K与rGm的关系 8-4 化学平衡的移动,2021/3/20,2,8-1 化学反应的可逆性和化学平衡,一、可逆反应 在同一条件下，同时可向正、逆两个方向进行的反应。 1.绝大多数化学反应都具有可逆性，只是可逆程度有所不同,2021/3/20,3,2.同一反应，在不同条件下的可逆性也是不同的,878-1273K时，正反应占绝对优势 4273-5273K时，逆反应占绝对优势 3.少数反应在一定条件下不可逆,2021/3/20,4,二、化学平衡 热力学分析：rGm0,正向反应自发进行。

2、随反应的进行，G（反应物）降低，G（生成物）增大，至rGm=0，达平衡。 动力学分析：始，C（反应物）C（生成物），（正）（逆）；随反应的进行，C（反应物）降低，（正）降低，至（正）=（逆），平衡,2021/3/20,5,2021/3/20,6,三、化学平衡的特征,1.（正）=（逆）。外界条件不变，各物质的量不变； 2.动态平衡。单位时间内，各物质的消耗量与生成量相等； 3.有条件的平衡。外界条件改变，平衡被破坏。 化学平衡是可逆反应的最终状态，也是反应进行的最大限度,2021/3/20,7,8-2 平衡常数,一、经验平衡常数 二、平衡常数与化学反应的程度 三、标准平衡常数 四、标准平衡常数与

3、化学反应的方向,2021/3/20,8,一、经验平衡常数 1.Kc与Kp,经验平衡常数,X：平衡浓度 moldm-3,2021/3/20,9,气相反应,Pi平衡分压 单位 pa,Kp与Kc的关系: 由PV=nRT推出 Kp=Kc(RT)(g+h)-(a+b) P:atm ; C:moldm-3 ; R:0.08206,2021/3/20,10,2.K的意义 （1）K是衡量反应所能达到的限度的平衡常数 同类型反应，给定条件下，K值越大，表示正向反应进行的越完全。 K ： 10-7 107 逆向较完全 可逆反应 正向较完全 （2）温度一定，K为定值，与浓度无关。不同反应有不同的K值,2021/3/

4、20,11,3.书写平衡常数应注意问题 （1）稀水溶液中水的浓度不写；非水溶液中进行的反应，有水参加或生成，水浓度要写,2）纯固体或纯液体的浓度不写进K的表达式,Kp=P(CO2,2021/3/20,12,3）K的书写形式要与方程式的书写形式相符,K1=K22=1/K3,2021/3/20,13,4.多重平衡规则 两个化学方程式相加或相减，所得新化学方程式的平衡常数，可由原来的两个化学方程式的平衡常数相乘或相除得到,2021/3/20,14,二、平衡常数与化学反应的程度,用平衡转化率衡量反应进行的程度,P311 例 8-1 (注意解题步骤,平衡常数越大，平衡转化率越高,2021/3/20,15

5、,三、标准平衡常数,C=1moldm-3 标准浓度 P=100kpa 标准大气压,2021/3/20,16,不论是溶液中的反应、气相反应还是复杂反应，K均无量纲。 液相反应的Kc与K数值相等，气相反应的Kp与K数值一般不等,P317 例8-3,2021/3/20,17,四、标准平衡常数与化学反应的方向,反应商Q,任一时刻,X 非平衡浓度。平衡时Q平=K,2021/3/20,18,8-3 标准平衡常数K与rGm的关系,一、化学反应等温式,某时刻：rGm= rGm+RTlnQ (1) 平衡时： rGm=0 ；Q=K 代入(1)中 *（重要）rGm=-RTlnK -2.303RTlgK (2) (2

6、)代入(1),rGm=-RTlnK +RTlnQ rGm= RTln(Q/K)=2.303RTlg(Q/K) (3,2021/3/20,19,P316 例 8-2 二、化学反应方向的判据 rGm= RTln(Q/K) QK ，rGm0 反应正向自发进行 QK ，rGm=0 反应达平衡状态 QK ，rGm0 逆向反应自发进行,2021/3/20,20,三、fGm、rGm和rGm的关系,fGm：物质的标准吉布斯生成自由能，查表得到。 rGm：一个化学反应的标准吉布斯自由能改变量。由公式求得 rGm=ifGm(生）- ifGm(反） rGm是化学反应在标准状态下进行的方式和方向的判据,2021/3/

7、20,21,rGm：非标准状态下，化学反应的吉布斯自由能改变量。 rGm= rGm + RTlnQ rGm 用于判断非标准状态下化学反应的方式和方向。 反应达到平衡时，rGm=0,2021/3/20,22,课堂练习： 试判断下列反应,1)298.15K,标准态下能否自发进行？ (2)计算298.15K时该反应的K， (3)标准态下逆向进行的最低温度,2021/3/20,23,解:(1)查表得rGm=-33.0 kJmol-1rHm/rSm=464.1K,2021/3/20,24,8-4 化学平衡的移动,一、浓度对平衡的影响 二、压强对平衡的影响 三、温度对平衡的影响 四、催化剂与化学平衡 五、

8、选择合理生产条件的一般原则,2021/3/20,25,一、浓度对平衡的影响,P311：例 8-1 ；P318：例 8-4 结论：在恒温下，增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动。 即 QK，平衡正向移动，直至Q=K。 生产中（1）为充分利用一种反应物，可加过量另一反应物；（2）分离某一生成物,2021/3/20,26,二、压强对化学平衡的影响,压强的变化对没有气态物质参与的反应影响不大。 对有气态物质参与的反应，判断依据是 QK ，rGm0 反应正向自发进行 QK ，rGm=0 反应达平衡状态 QK ，rGm0

9、逆向反应自发进行,2021/3/20,27,1.方程式两边气体分子总数不等的反应 即n=(g+h)-(a+b)0,2021/3/20,28,1）系统总压强增至原来的2倍,结论：增大系统压强，平衡向气体分子数减小的方向移动,2021/3/20,29,2）系统总压强减为原来的一半,结论：减小系统压强，平衡向气体分子数增多的方向移动,2021/3/20,30,2.方程式两边气体分子总数相等的反应,结论：系统总压改变，将同等程度地改变反应物和生成物的分压（降低或增加相同倍数），但Q值不变，故对平衡无影响,2021/3/20,31,3惰性气体的影响 (1)在惰性气体存在下达到平衡后,再恒温压缩, n0，

10、平衡向气体分子数减小的方向移动, n =0，平衡不移动。 (2)对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物的分压Pi不变，Q= K，平衡不移动。 (3)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Pi减小，如果n 0，平衡向气体分子数增大的方向移动,2021/3/20,32,K是温度的函数，温度变化引起K的变化，导致化学平衡的移动。 rGm=-RTlnK ; rGm=rHm-TrSm -RTlnK=rHm-TrSm,三、温度对平衡的影响,2021/3/20,33,可认为rSm和rHm不受温度影响,放热反应，rHm0 温度升高，T2T1 ，K

11、2K1，K升高，即升温平衡向正反应方向移动,2021/3/20,34,四、催化剂与化学平衡 催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能，同等倍数增大正、逆反应速率，但不能改变标准平衡常数。 催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成,结论：升温平衡向吸热方向移动 降温平衡向放热方向移动,2021/3/20,35,化学平衡移动原理,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。 化学平衡移动原理（Le Chatelier原理）只适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统,2021/3/20,36,补充：潮解与风化,水合物晶体放在大气中，若逐渐失去结晶水

12、，称为风化。 水合物晶体若放在大气中慢慢吸收大气中的水蒸汽，而使自身溶解于其中变成溶液为潮解。 水合物的饱和蒸汽压越高，越容易发生风化；反之饱和蒸汽压越低，越容易发生潮解,2021/3/20,37,五、选择合理生产条件的原则,低温、加压有利于平衡正向移动。但低温反应速率小。 在实际生产中，T=（673-793）K，30MPa，使用铁系催化剂,冷却法液化氨,rHm=-92.22KJmol-1,合成氨,2021/3/20,38,8-1 化学反应的可逆性和化学平衡 一、可逆反应 在同一条件下，同时可向正、逆两个方向进行的反应。 二、化学平衡 热力学分析：rGm=0; 动力学分析：（正）=（逆）。 三

13、、化学平衡的特征 1.（正）=（逆）；2.动态平衡；3.有条件的平衡,本章小结,2021/3/20,39,8-2 平衡常数 一、经验平衡常数,Kp=Kc(RT)(g+h)-(a+b) P:atm ; C:moldm-3 ; R:0.08206 二、标准平衡常数,2021/3/20,40,8-3 标准平衡常数K与rGm的关系 一、化学反应等温式 rGm=-RTlnK -2.303RTLgK rGm= RTln(Q/K)=2.303RTLg(Q/K) 二、化学反应方向的判据 rGm= RTln(Q/K) QK ，rGm0 反应正向自发进行 QK ，rGm=0 反应达平衡状态 QK ，rGm0 逆向

14、反应自发进行,2021/3/20,41,8-4 化学平衡的移动 一、浓度对平衡的影响 在恒温下，增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动； 二、压强对化学平衡的影响 1.方程式两边气体分子总数不等的反应 增大系统压强，平衡向气体分子数减小的方向移动;减小系统压强，平衡向气体分子数增多的方向移动。 2.方程式两边气体分子总数相等的反应 系统总压改变，对平衡无影响,2021/3/20,42,三、温度对平衡的影响,结论：升温平衡向吸热方向移动; 降温平衡向放热方向移动 四、催化剂与化学平衡 催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能，同等倍数增大正、逆反应速率，但不能改变标准平衡常数。

15、催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。 化学平衡移动原理 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,2021/3/20,43,课堂练习,1.可逆反应,HO,2021/3/20,44,2.根据平衡移动原理，讨论下列反应,将CI2、H2O、HCI、O2四种气体混合后，反应达到平衡时，若进行下列各项操作，对平衡数值各有何影响（操作项目中没有注明的指温度不变、体积不变）,操作项目 平衡数值 (1)加O2 H2O、HCI的物质的量 (2)增大容器体积 H2O的物质的量 (3)减小容器体积 CI2分压、K (4)升高温度 HCI分压、K,，,2021/3/20,45,习题解答 4 解,2021/3/20,46,6.解： 设：有2xmoldm-3的HI生成 H2(g) + I2(g) = 2HI(g) 始态浓度 2/4=0.5 2/4=0.5 0 平衡浓度 0.5-x 0.