化学平衡及移动

1、化学平衡及移动本章掌握：1、化学平衡的概念和特点（1）恒T ，化学平衡的条件； （2） V正=V逆 （3）动态（4）平衡时 不变，最大限度（5）可移动（6）遵守定律2、平衡定律及关系式书写规律3、平衡常数的意义程度(107-109)(浓度高)平衡计算 Qc与Kc Qp与Kp 判断4、平衡常数与自由能变化的关系 难点G=-RTlnKp+RTlnQp反应等温式;G=-RTlnKp5、标态与非标态平衡方向的判断 难点G<0 K >1 G=0 K=1 G>0 K<1 6、化学平衡移动原理 判断方程方向Qp<Kp G<0 Qp=Kp G=0 Qp>Kp G>

2、;0 7、化学平衡的计算 重点求K知平 求K 由Gf GK G=-RTlnKp由KcKp Kp=Kc(RT)n由+= K3=K1*K2 -= K3=K1/K2 =*2 K1=K2 知T1K2 求T2K2 求转化率求Ci , I 或移动后的 I与分压定律联系求P平或移动后的P平§ 2-3 化学平衡引言：解决反应进行的程度化学平衡问题 G 0 自发 G=0平衡化学反应的最大限度（有多少反应物可转化为产物）是反应程度的具体体现 G=1atm时， 讨论气体反应物生成物处在任意压力和浓度时，反应进行的方向和程度。一、 可逆反应和化学平衡(一)、可逆反应可逆反应：同一条件下，既可向正向又可向逆向

3、进行的反应叫可逆反应。绝大多数化学反应可逆，有的不明显：Ag+Cl-1 Ag Cl (s)2KClO3 = 2KCl +3O3 873K1273K 4273K5273K 2H2+O2 2H2O NO2(g)+CO(g) NO2(g)+CO(g) （498K，简单反应）根据质量作用定律： V+=k+C（NO2）C（CO） V-=k-（NO）C（CO2） V+= V-，表明各物质的量不再改变 化学平衡（动态）（二）、可逆反应特点：1. 封闭体系，恒温下的可逆反应是平衡建立的前提；2. V+=V-是平衡条件。3. 平衡状态是该条件下的最终状态，各组分浓度不变（最大限度）平衡标志。4.平衡可以移动，改

4、变平衡条件时，重新建立平衡，是动态过程（相对，暂时，动态）5.满足平衡定律。二、 平衡常数（一）、对于简单反应 aA+bB=dD+EeV+=K+AaBbV-=K-DdEe 当V+ = V- ： 平衡定律 是以 molL 为单位的平衡浓度 化学平衡常数意义为 ：在恒温下，可逆反应达平衡时，产物浓度方次之积与反应物浓度方次之积的比值为一常数。（二）、对于复杂反应：平衡是反应物，终产物平衡态浓度间关系，决定始，终态，与反应历程无关A+B AB A+AB A2B 2A+B A2B + = K平：可逆反应的特性常数1. KC与初始浓度无关，反应方向无关，与T有关看下表：。（373K）N2O4 2NO2体

5、系中的平衡浓度：mol/dm3原始浓度浓度变化平衡浓度NO22/ N2O4 NO2 N2O40.0000.100+0.120-0.0600.1200.040（0.120）2/0.004 NO2 N2O40.1000.000-0.028+0.0140.0720.014（0.072）2/0.014 NO2 N2O40.1000.100+0.060-0.0700.1600.070（0.160）2/0.070分析（1）：T定，K定值，与初浓度无关，反应方向无关。不同温度下，N2O42NO2的KC值如下表：T/K 273323373KC0.00050.0220.36分析（2）：K与T有关。分析（3）：K

6、标志反应完成程度，K（比较大小，单位相同），产，正反应，与V无关。上面讨论 的K是实验平衡常数，如已知达平衡时各组分的浓度或分压分别与标准浓度（C=1mol/L）或标准压力（P=1atm）的比，在代入平衡常数表达式，即得标准平衡常数热力学平衡常数KT。2. 复杂反应-多重平衡规则复杂反应的平衡常数等于分步反应的平衡常数之积或商-= 则K3=K1/K2（三）书写平衡常数关系式的规则：1.同一化学反应的化学方程式写法不同，K值就不同 N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) 1/2N2（g）+3/2H2(g) NH3(g)2NH3(g) N2（g）+3H2(g)有*2= K22=K1与互为正逆反应

7、：K正K逆=K1K3=1 K1=1/K3K22=K1=1/K32.固体，纯液体的浓度不写入K关系式中CaCO3CaO+CO2KC=CO23.稀溶液反应，H2O不写入K关系式Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+非水溶液反应, H2O写入CH3COOH+C2H5OH=CH3COOC2H5+H2O4.对于气体反应，也可用平衡时各气体的平衡分压来表示aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)PiV=niRT Pi=ciRT= iRTKp=Kp=Kc(RT) n Kp=Kc(n=0)例：合成氨在673K时，KC=0.507 求Kp解略三、 平衡常数的应用(一). 判断反应进行的可能性固氮分

8、析：（1）N2（g）+ O2(g) 2NO(g) KC=110-30 （298K） （2）N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) Kc=5*108 （298K）（2）有可能性，但现实25。C永远达不到平衡豆科根瘤菌常温常压可能化学模拟生物固氮（二）. 判断反应进行的方向对任意可逆反应aA+bB=cC+dD 非平衡的任意浓度浓度商Q K 非平衡Q= K 平衡QK 非平衡（三）计算各物质的平衡浓度和平衡转化率求K 求 求转化率（表示反应程度与C%有关）平衡转化率=已转化了的某反应物的量/转化前该反应物的总量*100% =（起始浓度-平衡浓度）/起始浓度*100%例：CO+H2O=H2+CO2（均

9、是气体）定T，V=1L ，T=1103K，K=1.0 ，C（CO2）=2mol ，C（H2O）=2mol求（1）CO及CO到CO2的转化率。（2）若CH2O=3mol,在求转化率。（四）.根据多重平衡规则，计算平衡常数在973K时，计算下列平衡反应(1).SO2（g）+1/2O2(g) SO3(g) K1=20(2). NO2（g）NO2（g）+1/2O2(g) K2 =0.012求：SO2（g）+ NO2（g） SO3(g) + NO（g）的K平解：(1)+(2)=(3) 则K3 = K1 K2=20*0.012=0.24 四自由焓变化和化学平衡化学反应G=（Gf）产-（Gf）反等温等压，标

10、准状态下：二者之间的关系？ G 0 自发 QC KC G = 0 平衡 QC = KC G 0 正向非自发 QC KC 这里，对于任意化学反应 aA+bB=cC+dD Vant Hoff 等温式： 恒温恒压，任意浓度，则 G=G+RT lnG=G+RTln QCln 如果是气体反应，上式应写为 G=G+RTln G=G+RTlnQp (1) 气相反应G有分压决定 对于任意反应达到平衡时G=0，则 GT =- RTlnK .(2) (Kc或Kp)其中，G是“标准自由能变化”，也就是反应涉及的各物质的浓度都是单位浓度时的自由能变化。K平衡常数，R气体常数，T绝对温度(2)代入(1),则T为298K

11、时，G查表。T为其他时，用G-H公式求G。G=-RTln K+ RTln Q G=RTln Q/K 化学反应等温方程式（任意压力下）,它表明在等温等压下G与P之间的关系，即任意压力下由反应物到产物的G。G从能量的角度表明了反应进行的趋势。K从任意的角度表明了反应进行的程度。 （则表P99 25） G=-RTln Kc 标态下，G=-RTln Kp 判断G 0 Kp 1 (或KC ) G = 0 Kp = 1 G 0 Kp 1 Kp=105完全 G=-28.53KJ mol-1任意态（非标准，恒温恒压 ，气相反应）G=RTln Q/KlnG-40完全 G 40 不可能发生G在-40到40mol/

12、kJ之间时用下面判断Q K G 0 Q= K G = 0 QK G 0 G是G的特例，1atm下 C=1mol/dm3时作P44例题五 平衡常数的测定例1 分别计算合成氨反应N2（g）+3H2(g) 2NH3(g)在298K及673K是的Kp例2 计算NiSO4.6H2O(S)= NiSO4(S)+ 6H2O(g)的G及298K时的Kp。 例3 证明G=-28.53KJ/mol时，Kp=105作业由G数据，求1.SO2（g）+O2(g)SO3(g) 的 Kp。六多重平衡规则相同时方程 + = 则 (a) =* 则 (b) 则/ （c）证明略§ 24 化学平衡的移动 引言 化学平衡的移

13、动移动的原因：条件改变：V+ >V 移动 V+ <V 移动 V+ =V 平衡不移动一、 浓度对化学平衡的影响平衡后,其他条件不变 反,则 则Qc < Kc G < 0 生 同样 反应平衡后，其他条件不变 反，或生，Qc > Kc G <0 当重新达到平衡时AA 特点： 浓度对化学平衡的影响在于改变平衡点（K平不变）； 在K平允许的范围内增大转化率，实际生产中，加廉价原料或移走产物，平衡。例：已知C2H4（气）+H2O（气）C2H5OH（气）在400K时，Kp为0.1，若原料由1摩C2H4和1摩H2O所配成，计算在该温度及10大气压下C2H4的转化率，原料若由

14、1摩C2H4和1.5摩H2O组成，再计算在该温度及10大气压下C2H4的转化率。解：略二、 总压力对化学平衡的影响 对气体反应，总压力的改变对化学平衡的影响，在于对正、逆反应速度的影响，分几种情况：1. 反应前后气体分子数相等的反应，压力，平衡不移CO+H2OCO2+H2 n若总'总，'不移动此反应总，产率不增，故常压下进行。.有气体参加，总，平衡向分子数减少方向移动例：N2+3H22NH3 n=2 P总'=2P总 Pi = 2P G<0 反应 若P总'=1/2P总，则 3 对固体、液体、纯液体的反应，增加压力对平衡几乎无影响4、对于气相反应，有时为了控制

15、反应速度而加入惰性气体（不参与原反应的气体），平衡时，在恒容条件下，P总升高，但各不变，浓度不变，P，总=P总 +P惰 =P1 +P2 +P3+P惰 （P1、P2、P3不变）生化中的应用：气肥 P升高,则光合作用促进: 惰性气体对平衡影响的另一方面:惰性气体的加入,虽不参加反应,但影响平衡.(补充内容如下) (1)某一有惰性气体存在的气体反应达平衡后,使体积减小,则P总升高,则平衡各组分PI升高,当 0 时,QPKP,平衡向分子数减少方向移动. (2)若恒温恒压下,平衡时引入惰气,为保持P总不变,V总升高,则PI下降, QPKP,平衡向分子数增加方向移动. 证:设 为总摩尔数, 平衡后各物质的

16、摩尔数，则有：P总不变，对于 （ 均为气体，已平衡）=c+d-a-b.<0,则加入惰性气体 ，。则 QP<KP 反应如：乙苯脱氢制苯乙烯，在反应体系中通入水蒸气，乙苯.<0， ，则QP>KP，则反应例：常压下，乙苯脱氢制苯乙烯的反应，已知873K时，KP=0.178，若原料气中乙苯和水蒸气的比例为1：9，求乙苯的最大转化率。若不添加水蒸气，则乙苯的转化率为若干？（有难度的典型题）解：设通入1摩尔乙苯和9摩尔水蒸气，并设X为乙苯的转化率：C6H5C2H5 C6H5=CH2+H2 H2O 1 0 0 91-X X X 9 n总=10+x 1atmX=0.728不加水蒸气 N总=1+X 即0.178=X=0.389转化率由38.9%72.8%三.温度对化学平衡的影响改变C和P 改变平衡点改变T改变平衡常数已讲：T变，反应速度常数变化 变化则K平变化G=H- TS G=-RTlnKa - - 所以升高温度有利于