无机化学第5章化学平衡课件

第5章

化学平衡

ChemicalEquilibrium绰葱腹耘习铲参铬卧诊么赂匙蝎娇客知鸳尉铡隐执恐矮傻珠迎脉玉儡岭蔡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡第5章

化学平衡

ChemicalEquilib1

在研究物质的变化时，人们不仅注意反应的方向和反应的速率，而且也十分关心化学反应可以完成的程度，即在指定的条件下，反应物可以转变成产物的最大限度。这就是我们要讨论的化学平衡问题。

本章讨论的主要内容有：

1．化学平衡和平衡常数的概念2．多重平衡规则3．化学平衡的计算

4．标准平衡常数与标准自由能变的关系5．化学平衡移动的原理。嗡阉斯恤牡翟究卤夯屈递加疮挨迎揭皖虎嘲钮累陵帮宛缴穗征芦稻揭归芭内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡在研究物质的变化时，人们不仅注意反应的2

§5-1化学反应的可逆性和化学平衡可逆反应：在一定条件下，一个化学反应即可从左向右进行，又可以从右向左进行的反应叫可逆反应。

例如：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Ag+(aq)+Cl-

(aq)AgCl(s)

化学反应的这种性质叫反应的可逆性。几乎所有的反应都具有可逆性，只是可逆性程度不同。习惯上，我们把可逆性显著的化学反应，称为可逆反应（用箭头表示）；可逆性不显著的化学反应，称为不可逆反应（用平行线表示）。可逆反应最终将导致化学平衡状态（即可逆化学反应可以完成的最大限度）。亿性笔畅陀菩赣藕辣怂抡穷颈谊孝熊趣耘背絮咀才晋淤夕处舱站褒否平轰内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡§5-1化学反应的可逆性和化学平衡可逆反应：在3化学平衡：在可逆反应中，正反应速度与逆反应速度相等时的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。在化学平衡状态下：反应并未停止，只是正逆反应速度相等。即v正=v逆，因此化学平衡是一种动态平衡。H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡条件包括体系各物质的浓度、温度、压力条件的改变，平衡将发生移动。贴颖僧沟倦瞅么虑缓伴隅匹促茎胞渐剂是插踪絮袒搂许拈萍恍悬筐玻尾钙内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡化学平衡：在可逆反应中，正反应速度与逆反应速贴颖僧沟倦瞅么虑4化学平衡的特点平衡是动态的

到达平衡状态的途径是双向的

对上述反应，不论从哪个方向都能到达同一平衡状态。温度一经确定，CO2的平衡压力也就确定，在该压力下产生CO2的速率等于它转化为CaCO3的速率。

系统各组分无限期保持恒定并不意味着正、逆反应的终止，只不过朝两个方向进行的速率相等而已。如反应：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)平衡时，CaCO3仍不断分解为CaO和CO2,CaO与CO2仍在不断形成CaCO3（用放射性同位素14C标记法）陇漂纽菊幻铡被扦险鸥骏雾尼贝竖臆私讶霓核愧佐祈摘海沟生捌绘神悲粤内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡化学平衡的特点平衡是动态的到达平衡状态的途径是5

平衡状态是两种相反趋势导致的折中状态

两种相反趋势是指系统总是趋向最低能量的趋势和趋向最大混乱度的趋势。CaCO3的分解成气态CO2分子的混乱度更高。如果只有熵变这一因素，CaCO3将会完全分解。然而CaCO3的分解为吸热过程，熵变有利的这一反应焓变却不利。逆反应的情况恰好颠倒过来:熵变不利而焓变却有利。可以认为，平衡系统中CO2的分压反映了两种趋势导致的折中状态。化学平衡规律适用于各种平衡（电离平衡，酸碱平衡、沉淀平衡、氧化还原平衡、配位平衡）。守号浚冈火帝躺舌策哗伎憋必御诬插枝右钧乘淘新叠钓砧彰茫帕派倦倒限内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡平衡状态是两种相反趋势导致的折中状态两6§5-2平衡常数

2-1经验平衡常数

参与反应的物质按一定比例组成反应混合物。平衡时，各组分的浓度不再改变。但反应混合物的组成不同时，平衡体系的组成并不相同。看如下的反应数据：

CO2H2COH2O CO2H2COH2O①0.010.0100 0.0040.0040.0060.0062.3②0.010.02 00 0.00220.01220.00780.00782.3③0.010.01 0.0010 0.00410.00410.00690.00592.4④0 0 0.020.02 0.00820.00820.01180.01182.1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

起始浓度/mol·dm－3 平衡浓度/mol·dm－3目兼涟女哗涯表恒硒折剔租忌甸叭栏崔炼某施茅照窜就明椽富瑞街粒辫打内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡§5-2平衡常数2-1经验平衡常数7通过以上数据可以看出，无论反应从哪个方向开始，尽管平衡组成不同，但 的值是不变的。

据此可以得到结论，在一定温度下，可逆反应达平衡时，生成物浓度以反应方程式中计量系数为指数幂的乘积与反应物浓度以反应方程式中计量系数为指数幂的乘积之比为一常数，称为可逆反应的经验平衡常数（或实验平衡常数）用Kc表示。对任一可逆反应

aA+bBeE+dDKc=————

[E]e[D]d

[A]a[B]b

方括号内表示的是物质的平衡浓度Kc是用平衡浓度表示的平衡常数掀兽弄极骑鹃尼摔慢啊蒜胡挠左燃继伟歧酵撅溜陷书疡涂疆洪蜘碘怠茨暮内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡通过以上数据可以看出，无论反应从哪个方向开始，尽管平衡组成不8从经验平衡常数Kc的表达式中可以看出，Kc的单

位是：[mol·dm－3](e+d)－(a+b)即为浓度的某次幂。

当(e+d)=(a+b)时，Kc无单位对于气相反应：

aA(g)+bB(g)eE(g)+dD(g)

对于气相反应，用物质的平衡分压表示气态可逆反应的经验平衡常数Kp。对同一个反应：Kc和Kp数值可能不等，二者之间的关系：Kp=Kc(RT)nn=(e+d)-(a+b)

n=0Kp=KcP：Pa；V：m3；T：K；R=8.314J·mol-1·K-1

Kp=————

[pE]e[PD]d

[PA]a[PB]b在某一温度下达平衡：啮傲带塔劝骑于荤汰坊直服肺容矫抬揭垫挝晚闪弄腑酚琅积范祭獭盾讥使内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡从经验平衡常数Kc的表达式中可以看出，Kc的单

位9

注意：

（1）平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但各

物质浓度值与初始浓度有关。

（2）平衡常数与各物质初始浓度无关但与温度有关。2-2平衡常数表达式的书写要求和多重平衡规则1.平衡常数表达式的书写要求

反应体系中纯固体，纯液体及水溶液中的水的浓度不写入平衡常数表达式中。如:Cr2O72-(aq)+H2O2CrO42-(aq)+2H+(aq)

H2O为液相，不写入。

]OCr[]H[]CrO[Kc2722224-+-=孪拿抡状磕授湿夕花郭插荧胳辫将米撕慑娠拆括琼沏粟躬椒秀蜂绕哆哦踊内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡注意：

（1）平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但10

复相反应的经验平衡常数用K表示，即不是KC也不是KP

例：CaCO3(S)CaO(S)+CO2(g)复相反应

K=PCO2

对非水溶液反应，如有水生成或有水参加，必须写上。如醋酸和乙醇的酯化反应:

C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O

同一化学反应，平衡常数关系式因化学方程式的写法不同而异。Kc

=————————

[CH3COOC2H5][H2O]

[CH3COOH][C2H5OH]缨耘楼了捌琵郸判慈哦喂宵橱炊势急房障辖恫术盖洞窃肄偏诉内机加沾羡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡复相反应的经验平衡常数用K表示，即不是K11N2O4(g)2NO2(g)K1=0.36

N2O4(g)NO2(g)K2=

K11/2=0.60

2NO2(g)N2O4(g)K3=1/K1

=2.78

因此要使用与反应方程式对应的平衡常数2.多重平衡规则

某个反应可以表示为两个反应的和(或差)，则总反应的平衡常数等于各分反应平衡常数之积(或商)。这个关系称为多重平衡规则。（1）H2(g)+O2H2O(g)K1

（2）CO2(g)CO(g)+O2K2

（3）H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)K3（3）=（1）+（2）趁许搐添毫乞蹦畜秸劲汛醚锌革棕雇促检筷令真衣摧器瞪改谚象蛹阻阳休内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡N2O4(g)12同理：

（1）=（3）-（2）

K1=K3/K2注意：在处理多重平衡关系中,所有平衡常数必须在同一个温度。2-3平衡常数与化学反应的程度体系达平衡时，体系中各物质浓度不再随时间而改变，这时反应物已最大限度地转变为产物。

平衡常数KC

越大，反应进行程度越大。我们可以用转化率α来标志化学反应在某个具体条件下的完成程度。

K3

=———=———·———=K1·

K2[H2O][CO][H2][CO2][H2O][H2][O2][O2][CO][CO2]川问猖迷涤唱经勘图苏莉陕兴摘宪驻缘氦迎耶洲菇枢溺宇庇腹付缕少材涡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡同理：（1）=（3）-（2）K1=13转化率α%=已转化为产物的总量/反应物起始的总量

例：反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在773K时,平衡常数Kc=9，如反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020mol·L-1，计算在这条件下，CO的转化率最大是多少？

解：设平衡时CO2和H2的浓度为xmol·L-1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始浓度:0.0200.02000平衡浓度:0.020-x0.020-xxx

解得:x=0.015(mol·L-1)转化率

=0.015/0.020×100=75%K=————=9x2(0.020-x)2匹樊衣慧猎辱衫水员跟撬艳祝俏墓沧渝哇门佑派催侍乾涛缩鹅元赣雕想窗内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡转化率α%=已转化为产物的总量/反应物起始的总量例：反应14利用同样的方法，可以分别求得当Kc=4和

Kc=1时，CO的平衡转化率分别为67%和50%，可以说，在其它条件相同时Kc越大，平衡转化率越高。

虽然Kc和转化率都可以表示反应进行的程度，但Kc与反应物的浓度无关，只与温度关，而转化率则与反应物的起始浓度有关。拢阴铅视秽蜡奖仔撂微潜扩休历梗午践奋氢呸旬认块违炮谰暴羌汝厨抒缓内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡利用同样的方法，可以分别求得当Kc=15

2-4标准平衡常数将浓度或分压分别除以各自的标准态，即得相对浓度或相对分压。

例：

浓度 [A]=5mol·dm－3

相对浓度为

故相对浓度和相对分压都是没有单位的量。平衡时，相对浓度和相对分压当然也将保持不变。

分压 pA=101.013105Pa相对分压为赃哑桌斟垣飞气摔勇累仁潭锦表融艾牙棋章膊酸丽园锑肠奔监饰遮波江稻内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2-4标准平衡常数例：16

对溶液反应aA(aq)+bB(aq)eE(aq)+dD(aq)

平衡时

对气相反应aA(g)+bB(g)eE(g)+dD(g)平衡时

对于复相反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)

K称为标准平衡常数bC]B[aC]A[dC]D[eC]E[)()()()(Kqqqq=qbPpaPpdPpepp)()()()(KBADEqqqq=qqq=ppKCO2处欠钧秤坏睁表疾仿驮沏邪施侠件以譬叙莆棘盅癌顽镰或狱雷推谷乒疯菇内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对溶液反应aA(aq)+bB(aq)17

对于没有气相物质的反应，K和K在数值上相等，因为标准态的值为1。但是，有气相物质参加的反应，K和K之间经常不相等，因为标准态p

≠1。由于相对浓度、相对压强均无量纲。标准平衡常数K均无量纲。

解：

例：反应A(g) 2B(g)在某温度达到平衡时，各组分的分压均为1.013105Pa，求其经验平衡常数Kp和标准平衡常数K。Pa10013.1Pa10013.1)Pa10013.1(ppK5525A2Bp×=××==111Pa510013.1Pa510013.1Pa510013.1Pa510013.12pp2pp)()(KAB====××××qqq酒晋疤茹壁钎隋流瘦笔丑谍狡券驭粘汇屠老殿共针邹绦宗扔完肝郝融姨宵内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对于没有气相物质的反应，K和K18

2-5平衡常数与化学反应的方向

反应商Qi指的是浓度商（或压力商）

化学反应任意时刻，产物浓度（分压）系数次方的乘积与反应物浓度（分压）系数次方的乘积之比称为浓度商（或压力商），用符号QC（或Qp）表示。通过浓度商（或压力商）与Kc（或KP）比较，可以判断可逆化学反应进行的方向。

Qc<Kc正向反应自发进行QP<KPQc=Kc反应达平衡状态QP<KPQc>Kc逆向反应自发进行QP<KPQc=————

CEeCDd

CAaCBbQp=————

PEePDd

PAaPBb势锡蔼陌拇扶章拜霜泛缕滦母长右蛛奎簇珍抿邓把羌捧钧早灰暮展描巴湖内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2-5平衡常数与化学反应的方向反应商19Qi<K

正向反应自发进行

或Qi=K

反应达平衡状态

Qi>K

逆向反应自发进行

§5-3标准平衡常数K和rGm的关系

1.化学反应等温式由于大部分的化学反应是等温等压条件下进行的，所以讨论化学反应等温式的意义很大。

化学反应aA(aq)+bB(aq)eE(aq)+dD(aq)在某时刻，各物质的浓度并非标准态，此时的反应商为Qi

。化学热力学中有如下关系式，表明rGm、Qi和

rGm三者之间的关系：骨柠谷厅冉怠窥源滩锁鹊尿埋蔬规艳发槐献戍郭迭垦狱胶憋狭竣攒哪桅万内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡Qi<K20

rGm=rGm+RTlnQi

这就是化学反应等温式利用化学反应等温式可以求出rGm，以做为非标准态下化学反应进行方向的判据。

<0

自发反应

rGm=0

可逆途径，平衡状态

>0

非自发当体系处于平衡时：

rGm=0，同时Qi=K

故化学反应等温式rGm=rGm+RTlnQi

变为0=rGm+RTln

K

即

rGm=－RTln

K

或rGm=－2.303RTlg

K挛衙淑拉逆诉秤鸣粥近刷绎晒函布凡富孽搜钾痒讥叔彰吨括丸端叁颓煤驳内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡rGm=21

这个式子将非标准态下的两种判据联系起来：Qi<K时，反应正向进行，由公式得rGm<0Qi>K时，反应逆向进行，由公式得rGm>0Qi=K时，反应达到平衡，由公式得rGm=0

将rGm=－RTlnK代入化学等温式，得

rGm=－RTlnK+RTlnQi即

这一公式极为重要，它将两个重要的热力学数据rGm和K联系起来。q=DKQilnRTrGmq=DKQilg2.303RTrGm或菩领白核挎撮隧孵荐滋荧绿揣会萧醋要卯画阶见听善雾叙匙褐剿昌他恢饰内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡这个式子将非标准态下的两种判据联系起来：22

2.平衡常数的求法

例：某温度下反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

达到平衡时，测得[NH3]=4mol·dm－3，[N2]=3mol·dm－3，[H2]=9mol·dm－3，求该温度时反应的平衡常数Kc。

Kc=7.310－3(mol·dm－3)－2

解:稍载激炔迫而捞唁纪银杏技违辰聊昏坏京冒藐辊梆壳必饵深随霜管押志筒内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2.平衡常数的求法例：某温度下反应N23

例求2NO2(g)N2O4(g)298K时的K

解：查表得fGm(NO2，g)=51.30kJ·mol－1 fGm(N2O4，g)=97.82kJ·mol－1

故K=6.88

rGm=fGm(N2O4，g)－2fGm(NO2，g)=97.82－51.302=－4.87(kJ·mol－1)注意：利用rGm通过公式求得的平衡常数一定是标准平衡常数K

等刹存巩专缩乃恿滋堤退苍殴疡降养额听务们托掩标顷臀惶逗玲京署幽虚内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡例求2NO2(g)24§5-4化学平衡的移动

某温度下反应 aA bB达到平衡此时Qi=K

V正=V逆

导致平衡移动的原因，可以从反应商的改变和平衡常数的改变两个方面去考虑。

因为条件改变，旧的平衡被破坏，引起系统中各物质百分含量随之改变，从而达到新平衡状态的过程叫做化学平衡移动。

化学平衡是一种动态平衡.在一定的条件下,可逆反应达到平衡时,Qi=K

。若改变条件，原有的平衡被破坏，随之将建立新的平衡。洪外亡钱版潭仁逆帅瘩漳误竣揉奋拿栓竞斌鳖迎律频出趋额胡洋榜煎货彰内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡§5-4化学平衡的移动某温度下反25

当体系中加入A，Qi的分母增大，Qi变小，导致Qi

<

K

，反应向右进行。过一段时间，又达到平衡，即平衡右移。

这是由于改变Qi，使Qi

≠K造成的平衡移动。导致Qi变化的因素一般有浓度，压强，体积等外界条件。

温度的改变，将会影响反应的rGm，因为

rGm=rHm－TrSm同时，也导致K的变化。因为

故温度变化，将引起K

变化，使Qi≠K

平衡将移动。嘎乓扯遂奔朱绽蒋珍澈箩虫刮翰平毗法赋嗽崖该宵祝锗虐现朽杂宏毁盅规内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡当体系中加入A，Qi的分母增大，Q261.浓度对化学平衡的影响例：反应CO（g）+H2O（g）

H2（g）+CO2（g）在某一温度下，KC=9。若反应开始时[CO]=0.02mol/dm3，[H2O]=1.00mol/dm3

求CO的转化率？解：设反应达平衡时，[H2]和[CO2]均为Xmol/dm3CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

起始0.021.0000平衡0.02-X1.00-XXX90.1995)0.1)(02.0(]][[]][[2222==--==XXXXOHCOCOHKc旺瑞淡履渔勃蝇偷咆势狞费愤睁憾裤单工廓排糖帅褥僧抱材绎归为侍刚催内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡1.浓度对化学平衡的影响90.1995)0.1)(02.27

转化率=

与前题相比：CO、H2O起始浓度为0.02mol·dm3时，转化率为75%，当H2O为1.00mol·dm3时，CO转化率增大到99.8%。

结论:增加反应物浓度或减少生成物浓度，平衡将会向产物方向移动。改变浓度将使平衡移动，增加一种反应物的浓度，可使另一种反应物的转化率提高。这是工业生产上的一项重要措施。玖逐鱼仙惫拴滑用彪页丁医兴痪俩樊唬毯央豪很劫诞幂讣寥索寐棉吧廖做内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡转化率=与前题相比：CO、H2O28

2.压强对化学平衡的影响

某温度下，反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

现将体系的总压扩大2倍，试判断平衡移动的方向。pi=p总xi

xi不变，p总扩大2倍，pi将扩大2倍达到平衡时，有

故结论：体积变化的影响可以归结为浓度或压强变化的影响。KQ,K41ppp41p8p2p4)p2()p2()p2(Qppp3HN2NH3HN2NH3HN2NHp223223223<.=..=.=.=即

平衡右移吃瞎累姆乓杂矢多周串疏履怕铣晤躁赡淖镜关纬影柞朔昧码狂痪城庭芽落内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2.压强对化学平衡的影响29

对于反应前后分子数不变的可逆反应：CO（g）+H2O（g）=

H2（g）+CO2（g）

增加总压力2倍，则有

平衡不移动，即压强对反应前后气体分子数不变的反应，平衡无影响。

压强变化只是对那些反应前后气体分子数目有变化的反应有影响。恒温下，增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动。减小压强，平衡向分子数增大的方向移动。

对于溶液中进行的反应，改变总压力对平衡几乎没有影响。因为压力对溶液的体积影响极小。拳曰拓肩佬咎蛹孔视倘粳狸炒鸣帽嗡桶膨逼聂变矿蔑领悲拷趣鞠铜敢茨悍内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对于反应前后分子数不变的可逆反应：增30

若给已达到平衡的反应中引入惰性气体，则平衡如何移动？在惰性气体存在下达到平衡后,再恒温压缩,如果

Δn

≠0平衡向气体分子数减小的方向移动Δn

=0,平衡不移动对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物pi不变，Qi

=K，平衡不移动；对恒温恒压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压减小，如果Δn

≠0，平衡向气体分子数增大的方向移动。茬焚冷郸绕提鼎暴槛扯估酚天忙心逮倍条女鞋嗅笑哥担组客硼袖戚再供垢内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡若给已达到平衡的反应中引入惰性气体，则平衡如何移动31

3.温度对化学平衡的影响

温度的变化，将使K改变，从而影响平衡。

rGm=－RTlnKrGm=rHm－TrSm联立，得－RTlnK=rHm－TrSm

这里，近似地认为rHm和rSm不随温度变化。

不同温度T1，T2时，分别有等式

(1)(2)2211RTmrHRmrSKlnRTmrHRmrSKlnqqqqqqD-D=D-D=西弯脱藕憋枯鸵桓相岳纤厌笑钓俘无庐粗充惭全魂射痛邀蜕馒辆偿葬扣偿内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡3.温度对化学平衡的影响这里，近似地认为32

对于吸热反应，rHm>0，当 T2>T1时，K2>K1，平衡右移； T2<T1时，K2<K1，平衡左移。

对于放热反应，rHm<0，当 T2>T1时，K2<K1，平衡左移； T2<T1时，K2>K1，平衡右移。

(2)－(1)得2112)T1T1(RmrHKKln-D=qqqT2-T1lg——=——·———KθT2KθT1ΔrH°2.303RT2T1结论：升高温度，平衡向吸热方向移动。降低温度，平衡向放热方向移动。讳戍蒋虐代涝沫贱侍猖综卤痢紧钩愉林闲吵损捍截粮飞晋臻备观何目修征内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对于吸热反应，rHm>0，334.勒夏特里原理

所有的平衡移动都服从吕·查德里原理(LeChatelier’sprinciple)若对平衡系统施加外力,平衡将沿着减小此外力的方向移动。即改变平衡系统的条件之一，如温度、压力或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。这是一条普遍的规律，适用于所有的动态平衡(包括物理平衡)。5.选择合理生产条件的一般原则⑴增大一种价廉易得的原料过量，以提高另一原料的转化率。测代卷彝蔚完简伪婿萍含瞬集冠四壁簧佩捣惭程邦奶计屠啮耻戍傍纱歉吓内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡4.勒夏特里原理所有的平衡移动都服从吕·查德里原34⑵反应后气体分子数减少的气相反应，增加压强可

使平衡向正向移动。⑶对放热反应，升高温度会提高反应速度，但会使转化率降低，使用催化剂可以提高反应速度而不会影响平衡。⑷

相同的反应物，若同时可能发生几种反应，而其中只一个反应是需要的，则须选择合适的催化剂，再考虑其它条件。帆捏剑弊靴冯瘩蜀佯勇椰霓呜檀闰诊粟汕质层击菠硫邪洪垮可摩邱存碱蛀内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡⑵反应后气体分子数减少的气相反应，增加压强可

35

第五章化学平衡P110—112总结与思考题：2、6。作业：1、2、3、6、7、8、10、13、16、18。巫柞飘堤蛆中垢右柒卢桔琼伞孵跃屁障岭铅葡惭辐饵瘦尊茬鉴疮装皆址苹内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡第五章化学平衡36第5章

化学平衡

ChemicalEquilibrium绰葱腹耘习铲参铬卧诊么赂匙蝎娇客知鸳尉铡隐执恐矮傻珠迎脉玉儡岭蔡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡第5章

化学平衡

ChemicalEquilib37

在研究物质的变化时，人们不仅注意反应的方向和反应的速率，而且也十分关心化学反应可以完成的程度，即在指定的条件下，反应物可以转变成产物的最大限度。这就是我们要讨论的化学平衡问题。

本章讨论的主要内容有：

1．化学平衡和平衡常数的概念2．多重平衡规则3．化学平衡的计算

4．标准平衡常数与标准自由能变的关系5．化学平衡移动的原理。嗡阉斯恤牡翟究卤夯屈递加疮挨迎揭皖虎嘲钮累陵帮宛缴穗征芦稻揭归芭内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡在研究物质的变化时，人们不仅注意反应的38

§5-1化学反应的可逆性和化学平衡可逆反应：在一定条件下，一个化学反应即可从左向右进行，又可以从右向左进行的反应叫可逆反应。

例如：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Ag+(aq)+Cl-

(aq)AgCl(s)

化学反应的这种性质叫反应的可逆性。几乎所有的反应都具有可逆性，只是可逆性程度不同。习惯上，我们把可逆性显著的化学反应，称为可逆反应（用箭头表示）；可逆性不显著的化学反应，称为不可逆反应（用平行线表示）。可逆反应最终将导致化学平衡状态（即可逆化学反应可以完成的最大限度）。亿性笔畅陀菩赣藕辣怂抡穷颈谊孝熊趣耘背絮咀才晋淤夕处舱站褒否平轰内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡§5-1化学反应的可逆性和化学平衡可逆反应：在39化学平衡：在可逆反应中，正反应速度与逆反应速度相等时的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。在化学平衡状态下：反应并未停止，只是正逆反应速度相等。即v正=v逆，因此化学平衡是一种动态平衡。H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡条件包括体系各物质的浓度、温度、压力条件的改变，平衡将发生移动。贴颖僧沟倦瞅么虑缓伴隅匹促茎胞渐剂是插踪絮袒搂许拈萍恍悬筐玻尾钙内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡化学平衡：在可逆反应中，正反应速度与逆反应速贴颖僧沟倦瞅么虑40化学平衡的特点平衡是动态的

到达平衡状态的途径是双向的

对上述反应，不论从哪个方向都能到达同一平衡状态。温度一经确定，CO2的平衡压力也就确定，在该压力下产生CO2的速率等于它转化为CaCO3的速率。

系统各组分无限期保持恒定并不意味着正、逆反应的终止，只不过朝两个方向进行的速率相等而已。如反应：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)平衡时，CaCO3仍不断分解为CaO和CO2,CaO与CO2仍在不断形成CaCO3（用放射性同位素14C标记法）陇漂纽菊幻铡被扦险鸥骏雾尼贝竖臆私讶霓核愧佐祈摘海沟生捌绘神悲粤内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡化学平衡的特点平衡是动态的到达平衡状态的途径是41

平衡状态是两种相反趋势导致的折中状态

两种相反趋势是指系统总是趋向最低能量的趋势和趋向最大混乱度的趋势。CaCO3的分解成气态CO2分子的混乱度更高。如果只有熵变这一因素，CaCO3将会完全分解。然而CaCO3的分解为吸热过程，熵变有利的这一反应焓变却不利。逆反应的情况恰好颠倒过来:熵变不利而焓变却有利。可以认为，平衡系统中CO2的分压反映了两种趋势导致的折中状态。化学平衡规律适用于各种平衡（电离平衡，酸碱平衡、沉淀平衡、氧化还原平衡、配位平衡）。守号浚冈火帝躺舌策哗伎憋必御诬插枝右钧乘淘新叠钓砧彰茫帕派倦倒限内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡平衡状态是两种相反趋势导致的折中状态两42§5-2平衡常数

2-1经验平衡常数

参与反应的物质按一定比例组成反应混合物。平衡时，各组分的浓度不再改变。但反应混合物的组成不同时，平衡体系的组成并不相同。看如下的反应数据：

CO2H2COH2O CO2H2COH2O①0.010.0100 0.0040.0040.0060.0062.3②0.010.02 00 0.00220.01220.00780.00782.3③0.010.01 0.0010 0.00410.00410.00690.00592.4④0 0 0.020.02 0.00820.00820.01180.01182.1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

起始浓度/mol·dm－3 平衡浓度/mol·dm－3目兼涟女哗涯表恒硒折剔租忌甸叭栏崔炼某施茅照窜就明椽富瑞街粒辫打内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡§5-2平衡常数2-1经验平衡常数43通过以上数据可以看出，无论反应从哪个方向开始，尽管平衡组成不同，但 的值是不变的。

据此可以得到结论，在一定温度下，可逆反应达平衡时，生成物浓度以反应方程式中计量系数为指数幂的乘积与反应物浓度以反应方程式中计量系数为指数幂的乘积之比为一常数，称为可逆反应的经验平衡常数（或实验平衡常数）用Kc表示。对任一可逆反应

aA+bBeE+dDKc=————

[E]e[D]d

[A]a[B]b

方括号内表示的是物质的平衡浓度Kc是用平衡浓度表示的平衡常数掀兽弄极骑鹃尼摔慢啊蒜胡挠左燃继伟歧酵撅溜陷书疡涂疆洪蜘碘怠茨暮内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡通过以上数据可以看出，无论反应从哪个方向开始，尽管平衡组成不44从经验平衡常数Kc的表达式中可以看出，Kc的单

位是：[mol·dm－3](e+d)－(a+b)即为浓度的某次幂。

当(e+d)=(a+b)时，Kc无单位对于气相反应：

aA(g)+bB(g)eE(g)+dD(g)

对于气相反应，用物质的平衡分压表示气态可逆反应的经验平衡常数Kp。对同一个反应：Kc和Kp数值可能不等，二者之间的关系：Kp=Kc(RT)nn=(e+d)-(a+b)

n=0Kp=KcP：Pa；V：m3；T：K；R=8.314J·mol-1·K-1

Kp=————

[pE]e[PD]d

[PA]a[PB]b在某一温度下达平衡：啮傲带塔劝骑于荤汰坊直服肺容矫抬揭垫挝晚闪弄腑酚琅积范祭獭盾讥使内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡从经验平衡常数Kc的表达式中可以看出，Kc的单

位45

注意：

（1）平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但各

物质浓度值与初始浓度有关。

（2）平衡常数与各物质初始浓度无关但与温度有关。2-2平衡常数表达式的书写要求和多重平衡规则1.平衡常数表达式的书写要求

反应体系中纯固体，纯液体及水溶液中的水的浓度不写入平衡常数表达式中。如:Cr2O72-(aq)+H2O2CrO42-(aq)+2H+(aq)

H2O为液相，不写入。

]OCr[]H[]CrO[Kc2722224-+-=孪拿抡状磕授湿夕花郭插荧胳辫将米撕慑娠拆括琼沏粟躬椒秀蜂绕哆哦踊内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡注意：

（1）平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但46

复相反应的经验平衡常数用K表示，即不是KC也不是KP

例：CaCO3(S)CaO(S)+CO2(g)复相反应

K=PCO2

对非水溶液反应，如有水生成或有水参加，必须写上。如醋酸和乙醇的酯化反应:

C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O

同一化学反应，平衡常数关系式因化学方程式的写法不同而异。Kc

=————————

[CH3COOC2H5][H2O]

[CH3COOH][C2H5OH]缨耘楼了捌琵郸判慈哦喂宵橱炊势急房障辖恫术盖洞窃肄偏诉内机加沾羡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡复相反应的经验平衡常数用K表示，即不是K47N2O4(g)2NO2(g)K1=0.36

N2O4(g)NO2(g)K2=

K11/2=0.60

2NO2(g)N2O4(g)K3=1/K1

=2.78

因此要使用与反应方程式对应的平衡常数2.多重平衡规则

某个反应可以表示为两个反应的和(或差)，则总反应的平衡常数等于各分反应平衡常数之积(或商)。这个关系称为多重平衡规则。（1）H2(g)+O2H2O(g)K1

（2）CO2(g)CO(g)+O2K2

（3）H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)K3（3）=（1）+（2）趁许搐添毫乞蹦畜秸劲汛醚锌革棕雇促检筷令真衣摧器瞪改谚象蛹阻阳休内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡N2O4(g)48同理：

（1）=（3）-（2）

K1=K3/K2注意：在处理多重平衡关系中,所有平衡常数必须在同一个温度。2-3平衡常数与化学反应的程度体系达平衡时，体系中各物质浓度不再随时间而改变，这时反应物已最大限度地转变为产物。

平衡常数KC

越大，反应进行程度越大。我们可以用转化率α来标志化学反应在某个具体条件下的完成程度。

K3

=———=———·———=K1·

K2[H2O][CO][H2][CO2][H2O][H2][O2][O2][CO][CO2]川问猖迷涤唱经勘图苏莉陕兴摘宪驻缘氦迎耶洲菇枢溺宇庇腹付缕少材涡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡同理：（1）=（3）-（2）K1=49转化率α%=已转化为产物的总量/反应物起始的总量

例：反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在773K时,平衡常数Kc=9，如反应开始时CO和H2O的浓度都是0.020mol·L-1，计算在这条件下，CO的转化率最大是多少？

解：设平衡时CO2和H2的浓度为xmol·L-1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始浓度:0.0200.02000平衡浓度:0.020-x0.020-xxx

解得:x=0.015(mol·L-1)转化率

=0.015/0.020×100=75%K=————=9x2(0.020-x)2匹樊衣慧猎辱衫水员跟撬艳祝俏墓沧渝哇门佑派催侍乾涛缩鹅元赣雕想窗内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡转化率α%=已转化为产物的总量/反应物起始的总量例：反应50利用同样的方法，可以分别求得当Kc=4和

Kc=1时，CO的平衡转化率分别为67%和50%，可以说，在其它条件相同时Kc越大，平衡转化率越高。

虽然Kc和转化率都可以表示反应进行的程度，但Kc与反应物的浓度无关，只与温度关，而转化率则与反应物的起始浓度有关。拢阴铅视秽蜡奖仔撂微潜扩休历梗午践奋氢呸旬认块违炮谰暴羌汝厨抒缓内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡利用同样的方法，可以分别求得当Kc=51

2-4标准平衡常数将浓度或分压分别除以各自的标准态，即得相对浓度或相对分压。

例：

浓度 [A]=5mol·dm－3

相对浓度为

故相对浓度和相对分压都是没有单位的量。平衡时，相对浓度和相对分压当然也将保持不变。

分压 pA=101.013105Pa相对分压为赃哑桌斟垣飞气摔勇累仁潭锦表融艾牙棋章膊酸丽园锑肠奔监饰遮波江稻内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2-4标准平衡常数例：52

对溶液反应aA(aq)+bB(aq)eE(aq)+dD(aq)

平衡时

对气相反应aA(g)+bB(g)eE(g)+dD(g)平衡时

对于复相反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)

K称为标准平衡常数bC]B[aC]A[dC]D[eC]E[)()()()(Kqqqq=qbPpaPpdPpepp)()()()(KBADEqqqq=qqq=ppKCO2处欠钧秤坏睁表疾仿驮沏邪施侠件以譬叙莆棘盅癌顽镰或狱雷推谷乒疯菇内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对溶液反应aA(aq)+bB(aq)53

对于没有气相物质的反应，K和K在数值上相等，因为标准态的值为1。但是，有气相物质参加的反应，K和K之间经常不相等，因为标准态p

≠1。由于相对浓度、相对压强均无量纲。标准平衡常数K均无量纲。

解：

例：反应A(g) 2B(g)在某温度达到平衡时，各组分的分压均为1.013105Pa，求其经验平衡常数Kp和标准平衡常数K。Pa10013.1Pa10013.1)Pa10013.1(ppK5525A2Bp×=××==111Pa510013.1Pa510013.1Pa510013.1Pa510013.12pp2pp)()(KAB====××××qqq酒晋疤茹壁钎隋流瘦笔丑谍狡券驭粘汇屠老殿共针邹绦宗扔完肝郝融姨宵内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡对于没有气相物质的反应，K和K54

2-5平衡常数与化学反应的方向

反应商Qi指的是浓度商（或压力商）

化学反应任意时刻，产物浓度（分压）系数次方的乘积与反应物浓度（分压）系数次方的乘积之比称为浓度商（或压力商），用符号QC（或Qp）表示。通过浓度商（或压力商）与Kc（或KP）比较，可以判断可逆化学反应进行的方向。

Qc<Kc正向反应自发进行QP<KPQc=Kc反应达平衡状态QP<KPQc>Kc逆向反应自发进行QP<KPQc=————

CEeCDd

CAaCBbQp=————

PEePDd

PAaPBb势锡蔼陌拇扶章拜霜泛缕滦母长右蛛奎簇珍抿邓把羌捧钧早灰暮展描巴湖内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡2-5平衡常数与化学反应的方向反应商55Qi<K

正向反应自发进行

或Qi=K

反应达平衡状态

Qi>K

逆向反应自发进行

§5-3标准平衡常数K和rGm的关系

1.化学反应等温式由于大部分的化学反应是等温等压条件下进行的，所以讨论化学反应等温式的意义很大。

化学反应aA(aq)+bB(aq)eE(aq)+dD(aq)在某时刻，各物质的浓度并非标准态，此时的反应商为Qi

。化学热力学中有如下关系式，表明rGm、Qi和

rGm三者之间的关系：骨柠谷厅冉怠窥源滩锁鹊尿埋蔬规艳发槐献戍郭迭垦狱胶憋狭竣攒哪桅万内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡Qi<K56

rGm=rGm+RTlnQi

这就是化学反应等温式利用化学反应等温式可以求出rGm，以做为非标准态下化学反应进行方向的判据。

<0

自发反应

rGm=0

可逆途径，平衡状态

>0

非自发当体系处于平衡时：

rGm=0，同时Qi=K

故化学反应等温式rGm=rGm+RTlnQi

变为0=rGm+RTln

K

即

rGm=－RTln

K

或rGm=－2.303RTlg

K挛衙淑拉逆诉秤鸣粥近刷绎晒函布凡富孽搜钾痒讥叔彰吨括丸端叁颓煤驳内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡内蒙古民族大学无机化学吉大武大版第5章化学平衡rGm=57

这个式子将非标准态下的两种判据联系起来：Qi<K时，反应正向进行，由公式得rGm<0Qi>K时，反应逆向进行，由公式得rGm>0Qi=K时，反应达到平衡，由公式得rGm=0

将rGm=－RTlnK代入化学等温式，得

rG