第六章 化学平衡

1、第六章 化学平衡主要内容 1. 化学平衡热力学 2. 化学反应的标准平衡常数3. 平衡常数与化学方程式的关系 4. 化学反应的标准平衡常数与温度的关系5. 温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响 6. 理想气体与纯固体（纯液体）反应的平衡 重点 1. 重点明确标准常数的定义 2. 重点理解等温方程和等压方程的推导并会应用 3. 重点掌握利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成 4. 重点掌握判断一定条件下化学反应可能进行的方向 5. 重点掌握温度、压力、组成等因素对平衡的影响 难点 1. 等温方程和等压方程的推导及其应用 2. 利用热力学数据计算平衡常数及平衡组成 3. 温度、压力、组成等因素对平衡

2、的影响及其有关计算 教学方式1. 采用CAI课件与黑板讲授相结合的教学方式。 2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法。教学过程化学平衡：指系统中反应物和产物的种类和数量宏观上不随时间改变的状态。是研究化学反应体系的平衡问题：a）化学反应的方向和限度；b）各种状态反应的平衡常数表示式；c）各种条件对化学平衡的影响。第6.1节 化学平衡热力学一、化学反应的方向和限度利用热力学的一些基本原理来研究化学反应的方向和限度问题，也就是判断一个化学反应在一定的温度、压力下，按化学反应方程式能够正向进行还是逆向进行，以及进行到什么程度的问题。二、化学反应的摩尔吉布斯函数根据第四章讲过的多组分体系的热力学基

3、本公式，设封闭系统发生一化学反应，系统内各物质的量发生微小的变化时有：等温等压下： 设有化学反应为：根据反应进度的定义：定义：称为化学反应的摩尔吉布斯函数，单位：J/mol。就是生成物的化学势总和减去反应物的学势总和。物理意义：等T，P反应的吉布斯函数随反应进度的变化或当时，引起反应吉布斯函数的变化。三、化学反应的平衡条件如图6-1 反应自发向右进行 反应自发向左进行 反应达到平衡注意，要讨论化学反应的方向问题时，当的数值为负时，只是表明该反应在指定条件下有发生的可能性，而并不是一定能实现，只是告诉我们反应进行的可能性，可以采取一定的条件让其实现，如计算表明某化学反应的在指定条件下理论上不能自

4、发进行，我们就应考虑改变条件进行试验。第6.2节 化学反应的标准平衡常数我们以理想气体混合物的反应为对象进行讨论。一、 理想气体反应的等温方程理想混合气体中组分B的化学势：对于理想气体参与的化学反应，根据化学反应的吉布斯函数的定义：为各反应组分B均处于标准态（，纯理想气体）时发生单位反应进度后系统的吉布斯函数的变化，用表示，称为化学反应的标准摩尔吉布斯函数，其仅是温度的函数。上式就称为理想想气体反应的等温方程，式中为各组分B的分压与标准压力的连乘积，常用表示，称为分压商。所以理想想气体反应的等温方程又可写成：如书上的化学反应6-3，分压商可计为：二、 理想气体反应的标准平衡常数化学反应的平衡条

5、件是：即：指化学反应平衡时组分B的平衡分压。定义，就称为化学反应的标准平衡常数，对指定的化学计量反应式来说，仅是温度的函数。所以化学反应6-3的标准平衡常数为：理想气体等温方程又可写为：所以：当时，反应达到平衡；当时，反应向右进行；当时，反应向左进行。例6-1标准平衡常数与化学方程式的关系（1）（2） 即：化学反应方程中计量系数呈倍数关系，值则呈指数的关系。第6.3节 化学反应的标准平衡常数的计算标准平衡常数是一个重要的物理量，常由计算出，所以主要是讨论如何来示。下标m表示反应进度为1mol时的标准Gibbs自由能的变化值。化学反应方程中计量系数呈倍数关系，的值也呈倍数关系，如：（1）（2）

6、即：化学反应方程中计量系数呈倍数关系，的值也呈倍数关系一、 利用和计算例6-2二、 利用标准摩尔生成吉布斯函数计算定义：在指定T下，由标准态下的稳定单质生成1mol标准态下指定相态某物质时反应的吉布斯自由能变为该物质的标准生成吉布斯自由能，以表示，单位为KJmol。按此定义，稳定单质的0。例如：H2(g)O2(g) H2O(g) (H2O,g)设反应： aA bB lL mM,末,初产物反应物 注： 对有离子参加的反应，规定H+(aq，mH1mol·kg1)的摩尔生成吉布斯自由能为零，由此可求出其它离子的标准生成吉布斯自由能。在电解质溶液中，通常浓度的单位是质量摩尔浓度，各物质的标准

7、态是mB1mol·kg1且具有稀溶液性质的假想状态。的数值在化学化工手册上均可查到，T一般指定为298.15K。例6-3另外：（1）由几个相关的反应求(类似于盖斯定律)；例如，求的平衡常数解：由(1)-(2)得(3)（2）若反应可在可逆电池中进行，测定该电池的电池电动势，由zF，求出反应的。该方法将在下册第八章中讨论。第6.4节 化学反应的标准平衡常数与温度的关系一、标准平衡常数与温度关系的微分形式根据推得： 范特荷夫方程二、标准平衡常数与温度关系的积分形式已知某温度下的标准平衡常数求另一温度下的标准平衡常数：（1）若温度区间不大，可视为常数，得定积分式为：或 这公式常用来从已知一个

8、温度下的平衡常数求出另一温度下的平衡常数。例6-4（2）若值与温度有关不作要求第6.5节 各种因素对化学平衡移动的影响一个反应体系的状态可由三个因素而定(T、P、组成)，一但体系达到平衡，T、P、组成便确定；而T、P、组成三因素中任意一个发生改变，平衡就将发生移动，体系中参加反应的物质的组成对平衡的影响在前面已经讨论过了，即可通过与的比较使平衡移动。例如，在一定T、P条件下，使，则平衡向右移动，反应正向进行。在本节里，我们将讨论其它因素对平衡的影响。一、温度对化学平衡的影响只是温度的函数，因此，温度是通过改变标准平衡常数来移动平衡的。若，则反应吸热，即随温度的上升而增大，增加温度有利于正向反应

9、，平衡向右移动。若，则反应放热，即随温度的上升而减小，增加温度有利于逆向反应，平衡向左移动。例：的分解反应是，在473K达到平衡时，有48.5%分解，在573K达到平衡时，有97%分解，则此反应为（ ）A 放热反应 B 吸热反应 C既不放热也不吸热 D 这两个温度下的平衡常数相等二、压力对化学平衡的影响只是温度的函数，系统压力P的改变不会改变标准平衡常数的数值，但对反应的平衡组成有影响。根据高中所学的知识，增加压力，反应向体积减小的方向进行。这里可以用压力对平衡常数的影响从本质上对以上原理加以说明。对反应6-3的标准平衡常数，在定温条件下：因为：，当时，增加，值减小，则值要增大，所以平衡向右移

10、动，减小则相反；当时，增加，值增大，则值要减小，所以平衡向左移动，减小则相反；当时，增加，值不变，则值要不变，所以平衡不移动，减小也是一样。例：已知为放热反应，反应达平衡后，欲使平衡向右移动以获得更多NO2，应采取的措施是（ ）A 降温或减压 B 降温或增压 C 升温或减压 D升温或增压三、惰性气体对化学平衡的影响惰性气体泛不参与化学反应的气体。1、等温等容下加入惰性气体保持反应系统的温度和体积不变，在系统中加入惰性气体，反应各组分的压力不变，所以对平衡组成无影响。2、等温等压下加入惰性气体保持反应系统的温度和压力不变，在系统中加入惰性气体，相当于增大了反应的体积，对原反应来说，就是压力减小了，平衡向反应体积增大的方向移动。同样也可以用平衡常数从本质上对以上原理加以说明。当加入惰性气体后，增大了若，则减小，要保持不变，必须增大，所以反应向右进行；若，则增大，要保持不变，必须减小，所以反应向左进行；基，则不变，要保持不变，必须不变，所以平衡不发生移动。例6-5：加一个条件，已知。第6.6节 理想气体与纯固体（纯液体）反应的平衡参加化学反应的各组分若不在同一相中，则属复相反应（多相反应）。现考虑反应体系中既有纯凝聚态物质又有气体物质。一、理想气体与纯固体（纯液体）反应的标准平衡常数对于处于凝聚态的纯物质，当压力不是太高时，有：，是纯凝聚态纯物质B在标准压力下的化学势