北师大版无机化学课件第六章化学平衡常数

1、第六章第六章 化学平衡化学平衡（Chemical Equilibrium）一.化学反应的可逆性化学反应的可逆性（Reversibility）和可逆反应和可逆反应（Reversible reactions） 绝大多数化学反应都有一定可逆性绝大多数化学反应都有一定可逆性 例如：例如： CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (水煤气水煤气) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 可逆性显著可逆性显著 Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s) 可逆程度小可逆程度小 只有极少数反应是只有极少数反应是“不可逆的不可逆的”（单向反应）（单向反应） 例如：例如

2、：2 KClO3 (s) = 2 KCl(s) + 3 O2(g) 可逆反应可逆反应在同一条件（温度、压力、浓度等）下，在同一条件（温度、压力、浓度等）下，能同时向两个相反方向进行的反应能同时向两个相反方向进行的反应 无机化学无机化学“可逆反应可逆反应”热力学热力学“可逆过程可逆过程” （无机化学（无机化学“可逆反应可逆反应”多多数数为热力学为热力学“不可逆过程不可逆过程”） 二、化学平衡的概念二、化学平衡的概念（一）定义（一）定义-可逆反应在一定条件下，可逆反应在一定条件下，正反应速率等正反应速率等于逆反应速率于逆反应速率时，反应体系所处的时，反应体系所处的状态状态，称为，称为“化化学平衡学

3、平衡”。 化学平衡是一种化学平衡是一种动态平衡动态平衡。即在化学反应达到平。即在化学反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度或者分压都不再改变，衡时，反应物和生成物的浓度或者分压都不再改变，但本质上，无论正反应还是逆反应，都进行着。但本质上，无论正反应还是逆反应，都进行着。 例：例：N2O4(g) 2 NO2(g) 无色无色 红棕色红棕色 在在373K恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色不恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色不再变化，显示已达再变化，显示已达平衡平衡，测得平衡时，测得平衡时N2O4、NO2浓浓度如下表所示：度如下表所示： N2O4-NO2体系的平衡浓度（体系的平衡浓度（373K

4、）次序次序 起始浓度起始浓度 浓度变化浓度变化 平衡浓度平衡浓度 NO22 /N2O4 /moldm-3 /moldm-3 /moldm-31 N2O4 0.100 -0.060 0.040 0.36 NO2 0 +0.120 0.120 2 N2O4 0 +0.014 0.014 0.37 NO2 0.100 -0.028 0.072 3 N2O4 0.100 -0.030 0.072 0.37 NO2 0.100 +0.060 0.160 平衡时平衡时 NO22 /N2O4不变，不变， 即达到一个即达到一个“常数常数”称为称为“平衡常数平衡常数”（K） N2O4(g) 2 NO2(g) K

5、 = NO22 /N2O4 = 0.37 （373 K）（二）平衡常数（二）平衡常数（Equilibrium constants） 1.定义：定义：在一定温度下在一定温度下，可逆反应达到平衡时，产物，可逆反应达到平衡时，产物浓度的方程式计量系数次方的乘积与反应物计量系数次浓度的方程式计量系数次方的乘积与反应物计量系数次方的乘积之比为一常数，称为方的乘积之比为一常数，称为“平衡常数平衡常数”。 符号：符号：K 这一规律称为这一规律称为“化学平衡定律化学平衡定律” 标准平衡常数：标准平衡常数： m(T) = m(T)+ RTlnJ 化学反应达到平衡时：化学反应达到平衡时： r(T)= 0在在一定一

6、定温度温度下下 m(T)+RTlnJ平衡平衡 m(T)RTln （pi/p) (ci/c) 平衡平衡在一定温度下，当气相系统（或溶液系统）达到化学平衡在一定温度下，当气相系统（或溶液系统）达到化学平衡时，参与反应的各气体的分压与热力学标压之比（或各溶时，参与反应的各气体的分压与热力学标压之比（或各溶质的浓度与热力学标态浓度之比）以方程式中的计量系数质的浓度与热力学标态浓度之比）以方程式中的计量系数为幂的连乘积是一常数为幂的连乘积是一常数 平衡常数的意义平衡常数的意义: 表示在一定条件下，可逆反应所能进行表示在一定条件下，可逆反应所能进行的极限。的极限。K，正反应彻底，正反应彻底。通常：。通常：

7、K 107，正反应单，正反应单向向; K K r逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加的方逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加的方向移动，以消除总压力降低的影响。向移动，以消除总压力降低的影响。 四、温度对化学平衡的影响四、温度对化学平衡的影响把把Vant Hoff等温式等温式与与吉布斯一赫姆霍兹方程吉布斯一赫姆霍兹方程结结合来讨论合来讨论封闭体系，热力学封闭体系，热力学平衡常数平衡常数K r（或（或K ）只是）只是温温度度T 的函数。的函数。推导推导K r与与T 的关系的关系:由标态下由标态下Vant Hoff等温式等温式 G = -RT lnK (封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等

8、温、不做非体积功)标态下吉一赫方程为：标态下吉一赫方程为： G = H - TS (封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等温、不做非体积功)代入上式代入上式 得，得， H - TS = -RT lnK lnK = (S /R) - (H/RT ) 此式称为此式称为Vant Hoff方程方程T 不大，无相变：不大，无相变： H T H 298 , S T S 298 lnK1 = (S298 /R) - (H298/RT1) （1）lnK 2 = (S298 /R) - (H298/RT2) （2）（2）- （1）：）：ln（K2 /K1 ） = (H/R) (T2 -T1)/(T2T1) l

9、n（K2 /K1 ）= (H/R) (T2 -T1)/(T2T1) H 0 吸热吸热, T 2 T 1 : K2r K1r H 0 放热放热, T 2 T 1 : K2r K1r温度温度 ，平衡向，平衡向吸热吸热反应方向移动，反应方向移动， 且且K r 改变改变温度温度 ，平衡向，平衡向放热放热反应方向移动，反应方向移动， 且且K r 改变改变例例：N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) H = - 92.2 kJ.mol-1 ( 放热放热) T1=298 K， Kp1=6.2105 T2=473 K ， Kp2=6.210-1 T3=673 K ， Kp3=6.010-4 即即

10、T ，平衡向，平衡向放热放热反应（正反应）的方向反应（正反应）的方向移动，且移动，且 Kp 求求H和和S值值: 由由 lnK1 = (S298 /R) - (H298/RT1) 则：则：lgK r = (S r/2.303R) - (H r/2.303RT ) 作出作出 lgK r (1/T ) 图图 其斜率为其斜率为(-H r/2.303R) 截距为截距为(S r/2.303R) 可求出热力学函数可求出热力学函数H r和和S r值值 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响 提高反应物提高反应物浓度浓度，平衡向，平衡向正反应正反应方向移动，但方向移动，但 K r 不变不变 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 提高提高总压力总压力，平衡向，平衡向气体分子总数减小的反应气体分子总数减小的反应方向移动，但方向移动，但K r 不变不变 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 温度温度 ，平衡向，平衡向吸热吸热反应方向移动，反应方向移动， 且且K r 改变改变浓 度 、 压 力 、 温 度 对 平 衡 的 影 响浓 度 、 压 力 、 温 度 对 平 衡 的 影 响 L e -Chateliers Principle（勒萨特列原理）（勒萨特列原理） 对于已达平衡的体系，若改变平衡体系的条对于已达平衡的体系，若改变平衡体系的条