第三章化学平衡

1、第第1页页甘肃中医学院 张浩波制作第第2页页 本章要求： 掌握标准平衡常数的表示和相关计算 熟悉化学平衡的特征和转化率的概念；熟悉多重平衡规则 了解浓度、压力、温度等因素对化学平衡移动的影响第三章第三章 化学平衡化学平衡 化学反应的可逆性化学反应的可逆性化学平衡的移动化学平衡的移动学习指导学习指导第三章第三章 化学平衡化学平衡第一节第一节第二节第二节第三章第三章 化学平衡化学平衡一、可逆反应一、可逆反应二、化学平衡二、化学平衡1）化学平衡的定义；）化学平衡的定义；2）特点）特点三、标准平衡常数三、标准平衡常数1）标准平衡常数表达式；）标准平衡常数表达式；2）多重平衡规则）多重平衡规则四、化学平

2、衡的计算四、化学平衡的计算第三章第三章 化学平衡化学平衡一、化学反应的可逆性一、化学反应的可逆性 有些化学反应几乎能进行到底，反应物基本上能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，例如反应：可逆反应，例如反应： 2MnO322KClO = 2KCl + 3O 实际上，大多数反应不能进行到底，只有一部分反应物实际上，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行的化学反应称为可逆反应

3、可逆反应（reversiblelereaction) reversiblelereaction) 。第三章第三章 化学平衡化学平衡在可逆反应中，通常将从左向右进行的反应叫做在可逆反应中，通常将从左向右进行的反应叫做正反应，从右向左进行的反应叫做逆反应。正反应，从右向左进行的反应叫做逆反应。 为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“ ”代替代替“=” 或或“ ”例如：在一定温度下，一氧化碳与水蒸气反应生成例如：在一定温度下，一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气；在同样条件下，二氧化碳和氢气也能二氧化碳和氢气；在同样条件下，二氧化碳和氢气也能反应生成一氧化碳

4、与水蒸气：反应生成一氧化碳与水蒸气：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)第三章第三章 化学平衡化学平衡二、化学平衡二、化学平衡 在可逆反应中，当正、逆反应速率相等时，反在可逆反应中，当正、逆反应速率相等时，反应达到最大限度，此时反应系统中的各物质浓度将应达到最大限度，此时反应系统中的各物质浓度将不再随时间而变化。这种状态称为化学平衡状态，不再随时间而变化。这种状态称为化学平衡状态，简称简称化学平衡化学平衡(chemical equilibrium)。 第三章第三章 化学平衡化学平衡第一节：第一节： 胺胺 类类化学平衡状态的特点：化学平衡状态的特点：（1）达到平衡时化学反应正逆反应速

5、率相等。）达到平衡时化学反应正逆反应速率相等。（2）化学平衡是可逆反应进行的最大限度，此时）化学平衡是可逆反应进行的最大限度，此时反应系统中的各物质浓度不再随时间而变化。这是反应系统中的各物质浓度不再随时间而变化。这是建立化学平衡的标志。建立化学平衡的标志。（3）化学平衡是相对的、有条件的动态平衡。当）化学平衡是相对的、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。新条件下又建立起新的化学平衡。第三章第三章 化学平衡化学平衡第一节：第一节： 胺胺 类类化学平衡状态的特点：化学平衡状态的特点：第三章第三章

6、 化学平衡化学平衡 对可逆反应，在一定的温度下，反应达到平衡时，系统对可逆反应，在一定的温度下，反应达到平衡时，系统中生成物浓度中生成物浓度(以反应方程式中的化学计量数为指数的幂以反应方程式中的化学计量数为指数的幂)的的乘积与反应物浓度乘积与反应物浓度(以反应方程式中的化学计量数为指数的以反应方程式中的化学计量数为指数的幂幂)的乘积之比为一常数，此常数称为的乘积之比为一常数，此常数称为化学平衡常数化学平衡常数（equilibrium constant），用），用K表示，这一规律称为表示，这一规律称为化学平化学平衡定律。衡定律。三、标准平衡常数三、标准平衡常数） 相对平衡浓度相对平衡浓度: :平

7、衡浓度除以标准浓度平衡浓度除以标准浓度( )( )得到的得到的 比值称为相对平衡浓度（比值称为相对平衡浓度（ ）。）。1mol/Lc,/eq Bcc（一）标准平衡常数表达式（一）标准平衡常数表达式第三章第三章 化学平衡化学平衡 若将平衡浓度用相对平衡浓度或相对平衡分压若将平衡浓度用相对平衡浓度或相对平衡分压（ ）表示，则该常数称作）表示，则该常数称作标准平衡常数标准平衡常数（standard equilibrium constant）或热力学平衡常数）或热力学平衡常数，用，用 表示。表示。eq( )/pBpK，p100kPap为标准压力，为标准压力，量纲为量纲为1K第三章第三章 化学平衡化学平

8、衡第一节：第一节： 胺胺 类类1 1、稀溶液中反应的标准平衡常数、稀溶液中反应的标准平衡常数: :在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度不再在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度不再随时间而变随时间而变, ,这时的浓度称为平衡浓度。这时的浓度称为平衡浓度。A A、D D、E E、F F的平衡浓之间存在如下定量关系：的平衡浓之间存在如下定量关系：(E=c(E=ceqeq) )A(aq)+ D(aq)adE(aq)+ F(aq)ef EFADefadccKccE FA DefadK简写为：简写为：第三章第三章 化学平衡化学平衡2 2、气体混合物反应的标准平衡常数、气体混合物反应的标准平衡常数对

9、气体混合物中的可逆反应：对气体混合物中的可逆反应： eqeqeqeq(E)(F)(A)(D)efadppppKppppA(g)+ D(g)adE(g)+ F(g)ef第三章第三章 化学平衡化学平衡3 3、非均相任一反应的标准平衡常数、非均相任一反应的标准平衡常数在一定温度下达到平衡时，存在如下定量关系：在一定温度下达到平衡时，存在如下定量关系：(F)/)(/)feqdppKDc可逆反应：可逆反应：A(s)+ D(aq)adE(l)+ F(g)ef第三章第三章 化学平衡化学平衡书写标准平衡常数表达式时应注意以下几点：书写标准平衡常数表达式时应注意以下几点：(1)(1)有纯固体、纯液体参加反应的体

10、系有纯固体、纯液体参加反应的体系: :2(C O)eqpKp 固体物质、纯液体或稀溶液中的溶剂，其浓度不随反应固体物质、纯液体或稀溶液中的溶剂，其浓度不随反应而变化，所以可将它们的浓度视为而变化，所以可将它们的浓度视为1.1.CaCO3（s） CaO（s）CO2（g）第三章第三章 化学平衡化学平衡(2) (2) 在稀溶液中进行的反应，若溶剂参与反应，在稀溶液中进行的反应，若溶剂参与反应，由于溶剂的量很大，浓度基本不变，可以看成一个由于溶剂的量很大，浓度基本不变，可以看成一个常数，也不写入表达式。常数，也不写入表达式。 HAcH2O H3O+ + Ac+3(H O /) (Ac /)(HAc/)

11、ccKc第三章第三章 化学平衡化学平衡(3) 标准平衡常数表达式的数值与反应方程式的写法有关标准平衡常数表达式的数值与反应方程式的写法有关 。(4) 正、逆反应的标准平衡常数互为倒数：正、逆反应的标准平衡常数互为倒数： 2SO2(g) + O2(g)2SO3(g) 231222(SO )/(SO )/ (O )/eqeqeqppKpppp21SO2(g) +O2(g)SO3(g) 321222(SO )/(SO )/(O )/eqeqeqppKpppp2SO3(g)2SO2(g) + O2(g) 222323(SO )/ (O )/(SO )/eqeqeqppppKpp123KKK21231(

12、)KKK规律规律? ?=1K/ K正逆第三章第三章 化学平衡化学平衡2eq33eq2eq2(NH )/(1)(N )/ (H )/ppKpppp4+2+2eqeq2+3+2eqeq(Sn)/ (Fe )/(2)(Sn)/ (Fe )/ccccKcccc2+eqeq2+2eq3(Zn)/ (H S)/(3)(H O )/ccppKcc例例 写出下列反应的标准平衡常数表达式：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+(

13、aq) + H2S(g) + 2H2O(l)解：上述反应的标准平衡常数表达式分别为：解：上述反应的标准平衡常数表达式分别为：第三章第三章 化学平衡化学平衡 在一定条件下，在一个反应系统中，一个或多个物种同时在一定条件下，在一个反应系统中，一个或多个物种同时参与两个或两个以上的化学反应，并共同达到化学平衡，称参与两个或两个以上的化学反应，并共同达到化学平衡，称为为多重平衡多重平衡。 多重平衡的多重平衡的基本特征基本特征是参与多个反应的物种的浓度或分是参与多个反应的物种的浓度或分压必须同时满足这些平衡。压必须同时满足这些平衡。 在多重平衡体系中，如果一个反应由两个或多个反应组成。在多重平衡体系中，

14、如果一个反应由两个或多个反应组成。则该则该总反应的平衡常数等于各个反应平衡常数之积总反应的平衡常数等于各个反应平衡常数之积。 （二）多重平衡体系（二）多重平衡体系第三章第三章 化学平衡化学平衡2NO(g)O2(g) 2NO2(g)2NO2(g) N2O4(g)2NO(g)O2(g) N2O4(g)(1)(2)(3)反应式（反应式（1 1）+ +（2 2）= =（3 3），则：），则：22224123222(NO )/)(N O )/)(NO)/) (/)(NO )/)eqeqeqOeqppppKKKpppppp例：例：第三章第三章 化学平衡化学平衡3120.051 0.450.023KKK例：

15、例：已知已知25时反应时反应（1）2BrCl(g) Cl2(g) + Br2(g) 的的 =0.45（2）I2(g)+Br2(g) 2IBr(g) 的的 =0.051计算反应计算反应（3）2ClBr(g) + I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g)的的1K2K3K解：反应解：反应（1）+ （2）得：）得： 2ClBr(g) + I2(g) 2IBr(g) + Cl2(g)第三章第三章 化学平衡化学平衡总结：总结：第三章第三章 化学平衡化学平衡四、化学平衡的计算四、化学平衡的计算100%某反应物已转化的量反应开始时该反应物的总量 平衡转化率平衡转化率（ ）是指达到平衡时该物质已转化）是指达到

16、平衡时该物质已转化(消耗消耗)的的量与反应前该物质的总量之比，即：量与反应前该物质的总量之比，即：或或100%某反应物起始浓度-某反应物平衡浓度反应物起始浓度第三章第三章 化学平衡化学平衡例：肌红蛋白（例：肌红蛋白（Mb）存在于肌肉组织中，具有携带）存在于肌肉组织中，具有携带O2的的能力。肌红蛋白的氧合作用可表示为能力。肌红蛋白的氧合作用可表示为在在310.15K时时 ，试计算当，试计算当O2的分压力为的分压力为5.15kPa时，氧合时，氧合肌红蛋白（肌红蛋白（MbO2）与肌红蛋白的平衡浓度的比值。）与肌红蛋白的平衡浓度的比值。 22Mb(aq) + O (g)MbO (aq)21.2 10K

17、解：解：eq22MbO/MbO ()Kppeq222MbMbO 5.15(O ) /)1.2 106.18100Kpp第三章第三章 化学平衡化学平衡例：例：55、100kPa时时N2O4部分分解成部分分解成NO2，系统，系统平衡混合物的平均摩尔质量为平衡混合物的平均摩尔质量为61.2gmoL-1，求：求：(1)N2O4的解离度的解离度 和标准平衡常数和标准平衡常数 (328K)；(2)计算计算55系统总压力为系统总压力为10kPa时时N2O4的离解度的离解度 。（已知。（已知M(NO2)=46g/mol）。）。K第三章第三章 化学平衡化学平衡 （1）设平衡时系统中）设平衡时系统中N2O4的摩尔

18、分数为的摩尔分数为x，则，则NO2的摩尔的摩尔分数为分数为1-x，由题意得：由题意得：92 x +（1-x）46 = 61.2 解：反应为解：反应为N2O4(g) 2NO2(g)得：得： x=0.33 故故 24(N O )eqp= 33kPa； 2(NO )eqp= 67 kPa22224(NO )/(67kPa/100kPa)(328 )1.36(NO )/33kPa/100kPaeqeqppKKpp33.5kPa100%50%33.5kPa+33kPa 平衡时消耗平衡时消耗N2O4为为2167kPa33.5kPa 第三章第三章 化学平衡化学平衡（2）设）设 55时，系统中时，系统中 p（

19、N2O4）= y kPa；则；则 p（NO2）=（10-y）kPa22224(NO )/(10)kPa/100kPa(328 )1.36(N O )/kPa/100kPaeqeqppyKKppy得：得：y= 0.64 kPa消耗消耗N2O4为为219.36kPa4.68kPa 4.68kPa100%88%4.68kPa+0.64kPa =0.64kPa； = 9.36 kPa24(N O )eqp2(NO )eqp第三章第三章 化学平衡化学平衡一、可逆反应一、可逆反应 定义和表示定义和表示二、化学平衡二、化学平衡 1）化学平衡的定义；）化学平衡的定义；2）三个特点）三个特点三、标准平衡常数三、

20、标准平衡常数 1）标准平衡常数表达式的写法）标准平衡常数表达式的写法 2）多重平衡规则的运用）多重平衡规则的运用四、化学平衡的计算四、化学平衡的计算 转化率的计算转化率的计算 第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响1）改变分压对化学平衡的影响）改变分压对化学平衡的影响 2）改变总压对化学平衡的影响）改变总压对化学平衡的影响3）惰性气体对化学平衡的影响）惰性气体对化学平衡的影响范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff)方程方

21、程第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动 化学平衡是反应系统在特定条件下达到的动态化学平衡是反应系统在特定条件下达到的动态平衡状态，一旦反应条件平衡状态，一旦反应条件(如浓度、压力、温度等如浓度、压力、温度等)发生改变，原有的平衡状态就被破坏，平衡常数将发生改变，原有的平衡状态就被破坏，平衡常数将会发生变化，反应将自发地正向或逆向进行，直至会发生变化，反应将自发地正向或逆向进行，直至在新的条件下建立新的平衡，这种因反应条件的改在新的条件下建立新的平衡，这种因反应条件的改变使化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状变使化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的

22、现象称为态的现象称为化学平衡的移动化学平衡的移动(shift of chemical equilibrium)。第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动一定温度下一定温度下, ,对于可逆反应对于可逆反应在任意状态浓度在任意状态浓度下反应商：下反应商：一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响A + DadE + Fef EFADefadppppQpppp浓度商浓度商EFAD(/) (/)(/) (/)efadccccQcccc第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动 在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小产在其他条件不

23、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动；增大产物浓度或减物浓度，化学平衡向正反应方向移动；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。小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。(1) 当当 ，则化学反应达到平衡；，则化学反应达到平衡；(2) 当当 ，化学反应未达到平衡，平衡应正，化学反应未达到平衡，平衡应正向自发进行，直至平衡；向自发进行，直至平衡；(3) 当当 ，化学反应未达到平衡，平衡应逆，化学反应未达到平衡，平衡应逆向自发进行，直至平衡向自发进行，直至平衡 。QKQKQK第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动 由于压

24、力对固体和液体体积的影响极小，所以压力改由于压力对固体和液体体积的影响极小，所以压力改变对固体和液体反应的平衡体系几乎没有影响。对于有气变对固体和液体反应的平衡体系几乎没有影响。对于有气体参加的反应，压力改变可能使平衡发生移动。体参加的反应，压力改变可能使平衡发生移动。压力改变有压力改变有两种情况两种情况：一是改变某气体的：一是改变某气体的分压分压； 二是改变体系的二是改变体系的总压力总压力。 1.1.如果改变某气体的分压如果改变某气体的分压, ,则与改变其物质浓度的情况相同。则与改变其物质浓度的情况相同。 二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第

25、二节 化学平衡的移动化学平衡的移动（1 1）反应前后气体分子数相等的反应）反应前后气体分子数相等的反应 如反应如反应: : 222(CO ) /)(H ) /)(CO) /)(H O) /)eqeqeqeqppppKpppp222(CO )/)(H )/)(CO)/)(H O)/)nppnppQKnppnpp平衡不发生移动平衡不发生移动2.2.改变体系的总压力。改变体系的总压力。当平衡体系压力增大或减小到原来的当平衡体系压力增大或减小到原来的n n倍时，则各组分分压倍时，则各组分分压也增大或减小到原来分压的也增大或减小到原来分压的n n倍，于是倍，于是CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O

26、(g)第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动（2 2）反应前后气体分子数不相等的反应反应前后气体分子数不相等的反应 如反应：如反应：达平衡时：达平衡时： N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）23322(NH )/)(N )/)(H )/)eqeqeqppKpppp 若平衡体系压力增大到原来的若平衡体系压力增大到原来的2 2倍时，则各组分分压也倍时，则各组分分压也增大到原来分压的增大到原来分压的2 2倍，于是倍，于是23322(2 (NH )/)1(2 (N )/)(2 (H )/)4ppQKKpppp平衡正向移动平衡正向移动第三章第三章 化学平衡化学平衡第

27、二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动233221(NH )/)2411(N )/)(H )/)22ppQKKpppp可见，在等温条件下，增大体系总压力，平衡将向可见，在等温条件下，增大体系总压力，平衡将向气体分子数目减小的方向移动；减小体系总压力，气体分子数目减小的方向移动；减小体系总压力，平衡将向气体分子数目增多的方向移动。平衡将向气体分子数目增多的方向移动。同理，若平衡体系压力减小到原来的同理，若平衡体系压力减小到原来的1/21/2倍时，则各组分倍时，则各组分分压也增大到原来分压的分压也增大到原来分压的1/21/2倍，于是有倍，于是有 平衡逆向移动平衡逆向移动第三章第三章 化学平衡化学

28、平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动3. 惰性气体对化学平衡的影响惰性气体对化学平衡的影响(1) 在在定温定容定温定容条件下，向已达到平衡的反应系统中加入条件下，向已达到平衡的反应系统中加入惰性气体将使系统的总压增大，由于加入的惰性气体并未惰性气体将使系统的总压增大，由于加入的惰性气体并未改变系统的体积，因此各分压不变，改变系统的体积，因此各分压不变， ，平衡不发生，平衡不发生移动。移动。QK (2) 在在定温定压定温定压条件下，向已达到平衡的反应系统中加入条件下，向已达到平衡的反应系统中加入惰性气体，为了维持系统总压不变，系统的体积必须增大，惰性气体，为了维持系统总压不变，系统的体

29、积必须增大，此时系统中各组分气体的分压下降，平衡将向气体分子数增此时系统中各组分气体的分压下降，平衡将向气体分子数增加的方向移动。加的方向移动。第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响2rm211 21ln()KTTHRTTK 温度对化学平衡的影响，主要是影响平衡常数的值，温度对化学平衡的影响，主要是影响平衡常数的值，这与浓度、压力对化学平衡的影响有本质的区别。当一这与浓度、压力对化学平衡的影响有本质的区别。当一个化学反应达到平衡后，改变个化学反应达到平衡后，改变T T、影响、影响 ，而影响的程，而影响的程度又与度又与 的符号有关的符号有关 。KrmH通过热力学推导，得：通过热力学推导，得：上式即为上式即为范特霍夫方程式范特霍夫方程式。它表明了温度对平衡常数的影。它表明了温度对平衡常数的影响也与化学反应的响也与化学反应的 有关。有关。 rmH第三章第三章 化学平衡化学平衡第二节第二节 化学平衡的移动化学平衡的移动（1）.若反应是吸热反应，则若反应是吸热反应，则 为正值为正值: A： 升高温度：升高温度：T2 T1 0， 21KK rmHB：降低温度：降低温度：T2 T1 0，21KK降低温度，降低温度， 值减小，平衡将向逆反应方向，即放热值减小，平衡将向逆反应方向，即放热反