第三章化学反应速率和化学平衡第二章化学平衡

1、1第三章第三章 化学反应速率和化化学反应速率和化学平衡学平衡第二节 化学平衡 2不可逆反应不可逆反应：反应物能全部的转变为生成物，即反应：反应物能全部的转变为生成物，即反应能进行到底的反应称为不可逆反应。如能进行到底的反应称为不可逆反应。如: : 可逆反应可逆反应 ：在同一条件下可同时向正、逆两个方向：在同一条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应称为可逆反应。如进行的反应称为可逆反应。如: : 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)2例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O2一、一、 可逆反应与化学平衡可逆反应与化学平衡3CO(g)

2、H2O(g) CO2 (g)H2 (g)。 化学平衡的建立：化学平衡的建立：t正正逆逆正正= =逆逆开始时：开始时：正正 逆逆 平衡时：平衡时：正正 = = 逆逆 在在可逆反应可逆反应中，正反应的反应速率等于逆反应的反中，正反应的反应速率等于逆反应的反应速率时系统所处的状态称为应速率时系统所处的状态称为化学平衡化学平衡。化学平衡化学平衡4 化学平衡具有以下几个重要特点：化学平衡具有以下几个重要特点：（1 1）正反应的反应速率和逆反应的）正反应的反应速率和逆反应的反应速率反应速率相等相等是建立化学平衡的条件。是建立化学平衡的条件。（2 2）化学平衡是可逆反应进行的）化学平衡是可逆反应进行的最大限

3、度，最大限度，反应反应物和产物的浓度都不再随时间变化，这是建立物和产物的浓度都不再随时间变化，这是建立化学平衡的标志。化学平衡的标志。（3 3）化学平衡是相对的和有条件的）化学平衡是相对的和有条件的动态平衡，动态平衡，当当外界条件改变时，原来的化学平衡被破坏，直外界条件改变时，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。至在新条件下又建立起新的化学平衡。5例：在一定温度下，可逆反应例：在一定温度下，可逆反应A A（气）（气）+3B+3B（气）（气） 2C2C（气）达到平衡的标志是：（气）达到平衡的标志是：A. C的生成速率与的生成速率与C分解的速率相等分解的速率相等B. 单位时间

4、内生成单位时间内生成nmolA,同时生成同时生成3nmolBC. A、B、C的浓度不再变化的浓度不再变化D. A、B、C的分子数比为的分子数比为1:3:2AC 56二、二、化学平衡常数化学平衡常数1、实验平衡常数、实验平衡常数化学反应平衡时，反应物和生成物的浓度（分压）相对稳定，化学反应平衡时，反应物和生成物的浓度（分压）相对稳定，它们之间存在一定关系它们之间存在一定关系eEdDbBaA )()()()(BcAcEcDcKbaed 对于反应对于反应平衡时：平衡时：K称为化学平衡常数，或实验平衡常数、经验平衡常数称为化学平衡常数，或实验平衡常数、经验平衡常数7浓度平衡常数浓度平衡常数Kc：由平衡

5、浓度计算得到：由平衡浓度计算得到压力平衡常数压力平衡常数K Kp p：由平衡分压计算得到：由平衡分压计算得到)()()()(geEgdDgbBgaA )()()()(BpApEpDpKbaedp 平衡常数是化学反应限度的特征值，在一定温度下，平衡常数是化学反应限度的特征值，在一定温度下，其值越大，正反应进行的越完全，其大小与温度有关。其值越大，正反应进行的越完全，其大小与温度有关。8 baedcBccAccEccDcK/ )(/ )(/ )(/ )(标准平衡常数：标准平衡常数：)()()()(geEgdDgbBgaA 在液相中：在液相中：若为气相反应，则将若为气相反应，则将c c换为换为P P

6、。c c：标准浓度，：标准浓度，1 mol/L1 mol/L；P P: :标准压力，标准压力，100kPa100kPa。92、化学平衡常数表达式书写规则、化学平衡常数表达式书写规则表达式中各组分的浓度或分压为平衡时的浓度或表达式中各组分的浓度或分压为平衡时的浓度或分压分压纯固体、液体不写入表达式中，例如：纯固体、液体不写入表达式中，例如：)()()(23gCOsCaOsCaCO )(2COpKp 10稀溶液中进行的反应，反应式中若有水出现，稀溶液中进行的反应，反应式中若有水出现，水的浓度不应写入平衡常数关系式水的浓度不应写入平衡常数关系式中。如：中。如：OHOCr2272 HCrO222427

7、22224OCrHCrOKc对于气体反应，平衡常数一般用对于气体反应，平衡常数一般用K Kp p表示。表示。 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)()()(22232OpSOpSOpKp 11 N2+3H2=2NH3 Kp1 1/2 N2+3/2H2=NH3 Kp2 322231)()()(HpNpNHpKp 23221232)()()(HpNpNHpKp 若反应（若反应（1） n反应（反应（2），则），则 正、逆反应的标准平衡常数之间关系？正、逆反应的标准平衡常数之间关系？平衡常数表达式与化学方程式相对应平衡常数表达式与化学方程式相对应12如果某个反应可以表示为两个或多个反应总和，

8、如果某个反应可以表示为两个或多个反应总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应的平衡常数则总反应的平衡常数等于各分步反应的平衡常数的乘积。这个关系称为的乘积。这个关系称为多重平衡规则多重平衡规则。12（1 1）所有平衡常数必须在同一温度。）所有平衡常数必须在同一温度。（2）若反应）若反应2=反应反应3+反应反应1，则，则K2= K3* K1131 1、判断反应进行的程度、判断反应进行的程度2 2、预测反应的方向、预测反应的方向3 3、平衡转化率、平衡转化率三、化学平衡常数的意义三、化学平衡常数的意义14判断反应进行的程度判断反应进行的程度 当可逆反应达到平衡时，反应物转化为产物已经达到了当可逆反应

9、达到平衡时，反应物转化为产物已经达到了最大限度。最大限度。 K K值越大，向正方向进行的程度越大值越大，向正方向进行的程度越大15预测反应的方向预测反应的方向 在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小，就能预测反应的方向。，就能预测反应的方向。eEdDbBaA)()()()(BcAcEcDcQbaed 浓度商浓度商浓度商和平衡常数的区别浓度商和平衡常数的区别16根据浓度商和平衡常数，判断可逆反应进行的方向根据浓度商和平衡常数，判断可逆反应进行的方向和限度：和限度：17 已知已知 298.15 K 时，可逆反应：时，可逆反应：Pb2+(aq

10、) + Sn(s) Pb(s) + Sn2+(aq)的标准平衡常数的标准平衡常数 K=2.2 ，若反应分别从下列情，若反应分别从下列情况开始，试判断可逆反应进行的方向。况开始，试判断可逆反应进行的方向。 （1）Pb2+和和Sn2+的浓度均为的浓度均为 0.10 molL- -1； （2）Pb2+的浓度为的浓度为 0.10 molL- -1，Sn2+ 的浓度的浓度为为 1.0 molL- -1。18时反应向正方向进行时反应向正方向进行所以所以由于由于反应商为：反应商为：KKQLmolLmolPbcSncQ15.298,0 . 11 . 01 . 0)()()1(1122 时反应向逆方向进行所以由

11、于反应商为：KKQLmolLmolPbcSncQ15.298,0 .101 . 00 . 1)()()2(112219 转化率又称平衡转化率或转化率又称平衡转化率或最大最大转化率。转化率。（因为化学平衡状态因为化学平衡状态是反应进行的最大限度，所以平衡转化率是指定条件下的最是反应进行的最大限度，所以平衡转化率是指定条件下的最大转化率。）大转化率。） 平衡转化率平衡转化率指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。反应物的量之比。转化率 =(C反应物)起始-(C反应物)平衡(C反应物)起始某反应物已转化的量该反应物的起始量100%100%=转化

12、率（平衡转化率）转化率（平衡转化率） 平衡常数与转化率都可以表示反应进行的程度，但前者只平衡常数与转化率都可以表示反应进行的程度，但前者只与温度有关，后者与温度、浓度有关，使用时还应指明何种反与温度有关，后者与温度、浓度有关，使用时还应指明何种反应物。应物。20 平衡常数确定了平衡系统中反应物和产物的浓度平衡常数确定了平衡系统中反应物和产物的浓度或分压力之间的关系。因此，可利用平衡常数计算或分压力之间的关系。因此，可利用平衡常数计算反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力。反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力。平衡常数的相关计算平衡常数的相关计算21例例AgNO3和和Fe(NO3)2两种溶液会发生下列

13、反应：两种溶液会发生下列反应： 在在25时，将时，将AgNO3和和Fe(NO3)2两溶液混合，开始时溶液中两溶液混合，开始时溶液中Ag+和和Fe2+离子离子浓度均为浓度均为0.100 mol/L，达到平衡时，达到平衡时Ag+的转化率为的转化率为19.4。求（求（1）平衡时）平衡时Fe2+、Ag+和和Fe3+各离子的浓度；各离子的浓度； （2）该温度下的平衡常数。）该温度下的平衡常数。Fe2+ + Ag+Fe3+ + Ag解解: （1） 起始浓度起始浓度 0.100 0.100 0(mol/L) 变化浓度变化浓度 0.119.4 0.119.4 0.119.4 (mol/L) =0.0194 =

14、0.0194 = 0.0194 平衡浓度平衡浓度 0.10.0194 0.10.0194 0.0194(mol/L) 得平衡时得平衡时：c(Fe2+) = c(Ag+) = 0.0806 mol/L， c(Fe3+) = 0.0194 mol/L Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag2122（2）99. 20806. 00806. 00194. 023AgFeFeKc23四、化学平衡的移动四、化学平衡的移动根据浓度商和平衡常数，判断可逆反应进行的方向根据浓度商和平衡常数，判断可逆反应进行的方向和限度：和限度：24a 浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响改变浓度商改变浓度商Q，使，使QK

15、dD(aq)aA(aq) )()(AcDcQad 增加增加A浓度或减小浓度或减小D浓度浓度, Q K，平衡左移（逆）平衡左移（逆）25 增大反应物或减小产物浓度，增大反应物或减小产物浓度，Q值减小，值减小，正向正向移动移动 减小反应物或增大产物浓度，减小反应物或增大产物浓度，Q值增大，值增大，逆向逆向移动移动结论：结论：26应用应用：1、CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)在生产中加入过量的水？在生产中加入过量的水？2、N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)在生产中加入过量的在生产中加入过量的N2?增大某一种反应物浓度会使其它反应物增大某一种反应物浓度会使其它反应物转化率转化率

16、变大。变大。27例例 含有含有0.100 mol/L AgNO0.100 mol/L AgNO3 3、0.100 mol/L Fe(NO0.100 mol/L Fe(NO3 3) )2 2和和0.0100 mol/L Fe(NO0.0100 mol/L Fe(NO3 3) )3 3的溶液中，发生如下反应：的溶液中，发生如下反应：FeFe2+2+ (aq) + Ag+(aq) Fe (aq) + Ag+(aq) Fe3+3+(aq) + Ag(s)(aq) + Ag(s)2525时的平衡常数时的平衡常数KcKc= 2.98= 2.98。（l l）反应向哪一方向进行？）反应向哪一方向进行？（2 2

17、）平衡时，）平衡时，AgAg+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+的浓度各为多少？的浓度各为多少？ 解：解：（l）反应开始时的反应商：c = = = 1)(Ag)(Fe)(Fe02030ccc100. 0100. 00100. 0 c 反应向正方向进行。Kc2728（2）平衡组成的计算： Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s)开始浓度/ (mol/L) 0 .100 0.100 0.0100浓度变化/ (mol/L) x x +x 平衡浓度/(mol/L) 0. 100 x 0. 100 x 0.0100 + xAgFeFe23= Kc2)100. 0(10

18、0. 0 xx= 2.98x=0.013c(Fe3+) = 0.0100 + 0.013 = 0.023 mol/Lc(Fe2+) = c(Ag+) = 0.087 mol/L例例 含有含有0.100 mol/L AgNO0.100 mol/L AgNO3 3、0.100 mol/L Fe(NO0.100 mol/L Fe(NO3 3) )2 2和和0.0100 mol/L Fe(NO0.0100 mol/L Fe(NO3 3) )3 3的溶液中，发生如下反应：的溶液中，发生如下反应：FeFe2+2+ (aq) + Ag+(aq) Fe (aq) + Ag+(aq) Fe3+3+(aq) +

19、Ag(s)(aq) + Ag(s)2525时的平衡常数时的平衡常数KcKc= 2.98= 2.98。（l l）反应向哪一方向进行？）反应向哪一方向进行？（2 2）平衡时，）平衡时，AgAg+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+的浓度各为多少？的浓度各为多少？ 29b 压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响改变反应商改变反应商Q， 使使QK是是气气体体的的相相对对分分压压iaAdDpppQ dD(g)aA(g)30（1 1）等温条件下，改变某一气体的分压力（相当于改变该组）等温条件下，改变某一气体的分压力（相当于改变该组分的浓度）分的浓度）（2 2）等温条件下，改变系统的总压力）等温条件下

20、，改变系统的总压力 d-a 0 Q2 K，平衡左移（气体分子数少的方向）平衡左移（气体分子数少的方向） d-a 0 Q2 K， 平衡右移（气体分子数少的方向）平衡右移（气体分子数少的方向）KQKppQadaAdD 1)(22)2()2(已经达成平衡的体系总压力增为原来的已经达成平衡的体系总压力增为原来的2倍，反应会向哪个倍，反应会向哪个方向移动？方向移动？ d-a=0 Q2= K， 平衡不移动（前后气体分子数相等平衡不移动（前后气体分子数相等)31结论：体系总压力增大，平衡向气体物质的量减结论：体系总压力增大，平衡向气体物质的量减小的方向移动小的方向移动; ;体系总压力减小，平衡向气体物质体系总压力减小，平衡向气体物质的量增大的方向移动