普通化学课件 14-2-2 化学反应的限度和化学平衡

12.2化学反应的限度和化学平衡2.2.1反应限度的判据与化学平衡2.2.2平衡常数2.2.3化学平衡的有关计算2.2.4化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响本节要求22.2.1反应限度的判据与化学平衡绝大多数化学反应都有一定程度的可逆性,例:在同一条件下,能同时向正反应和逆反应两个相反方向进行的反应称为“可逆反应”3化学平衡:可逆反应在一定条件下，正反应速率等于逆反应速率时,反应体系所处的状态化学平衡是一种动态平衡,达到化学平衡状态时,反应并没有停止,只是正反应速率和逆反应速率相等,所以反应物和生成物的浓度各自保持恒定化学平衡的热力学标志（反应限度的判据）：ΔrGT＝042.2.2平衡常数1.平衡常数的表达式对于一般的化学反应：aA(g)+bB(g)＝gG(g)+dD(g)(1)压力平衡常数Kp=

(注eq:equilibrium)=5(2)浓度平衡常数Kc=

=6(3)(标准)平衡常数Kθ==〔总结1〕Kp和Kc都是有量纲的量(SI单位分别是什么?)，Kө是量纲为1的量。平衡常数取决于反应的本性，只是温度的函数，与压力、组成无关。Kө越大反应越彻底。7〔例〕N2(g)+3H2(g)＝2NH3(g)，表达式K1ө

=?1/2N2(g)+3/2H2(g)＝NH3(g)，表达式K2ө

=?773K时K1ө

=7.9×10-5，该温度下K2ө

=?〔总结2〕Kө数值与化学计量方程式的写法有关。8〔总结3〕固体、纯液体、稀溶液的溶剂不必写在表达式。〔例〕写下面反应的平衡常数Kө表达式：C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)，Kө=?CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)，Kө=?MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl-(aq)=Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)，Kө=?Hg(l)=Hg(g)，Kө=?，见60-61页。（如果中学没学过，就练习写一下）92.Kө与△rGmө的关系（1）Kө与△rGmө的关系根据热力学等温式，在化学平衡状态下△rGT＝ΔrGmө(T)+RTlnQ=0，而在化学平衡状态下，Q＝Kө，所以有：☆☆

ΔrGmө(T)=-RTln

Kө，或☆☆

lnKө＝-ΔrGmө(T)/RT。〔总结〕平衡常数取决于反应的本性，只是温度T的函数，与压力、组成无关。Kө越大，反应越彻底，转化率越高。10（2）转化率(中学已经学过的?)转化率是某反应物在反应中已经转化的量相对于其初始量的比率：转化率＝某反应物已转化的量/该反应物的起始量×100%

11多重平衡规则例：12总结：若ΣRi

=Rj,则Kjθ=ΠKiθ132.2.3化学平衡的有关计算1利用标准热力学函数数据求平衡常数

先求ΔrHmө(298K)和ΔrSmө(298K)→ΔrGmө(T)→lnKө

→Kө〔例2.5〕根据附录3中ΔfHmө(298.15K)和Smө(298.15K)数据，计算反应C(s,石墨)+CO2(g)=2CO(g)在298.15K和1173K的Kө。〔分析〕lnKө=-ΔrGmө(T)/RT→14ΔrGmө(T)=ΔrHmө(298.15K)-TΔrSmө(298.15K)

→

ΔrHmө(298.15K)=ΔrSmө(298.15K)=B的ΔfHm,B,ө(298.15K)和Sm,Bө(298.15K)可在附录3中查出。152.利用实验数据求Kө、ΔrGmө等热力学数据和转化率等。〔例2.6〕800K,100kPa:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)起始摩尔数/mol1.202.000平衡摩尔数/mol??1.10平衡时总摩尔数平衡摩尔分数

0.101.452.65mol0.10/2.651.45/2.651.10/2.6516平衡分压的计算：Peq(SO2)=101.325×0.10/2.65=3.82kPaPeq(O2)=101.325×1.45/2.65=55.4kPaPeq(SO3)=101.325×1.10/2.65=42.1kPaKθ==219ΔrGmө(800K)=-RTln

Kө=-3.58×104J·mol-1SO2转化率=已转化量/起始量=1.10/1.20=91.7%172.2.4化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响〔中学学过没有〕化学平衡的移动和吕·查德里原理因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。吕·查德里原理：假如改变平衡系统的条件之一，如浓度、压力或温度，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。181.化学平衡移动的热力学分析∵ΔrGm(T)＝ΔrGmө(T)+RTlnQ，ΔrGmө(T)=-RTln

Kө∴讨论：(1)若Q﹤Kө，(2)若Q＝Kө，(3)若Q>Kө，ΔrGm(T)＝RTln(Q/Kө)(很重要！☆

☆)ΔrGm(T)<0,反应向正向进行则ΔrGm(T)＝0，平衡状态则ΔrGm(T)>0，反应向逆向进行192.ΔrHmө、T与Kө间的关系―范特霍夫(等压)方程式∵lnKө=-ΔrGmө/RT,（1）ΔrGmө=ΔrHmө-TΔrSmө（2）∴代（2）入（1）得：☆

lnKө=-ΔrHmө/RT+ΔrSmө/RJ.H.Van’tHoff，荷兰化学家，因为在化学动力学和化学热力学研究上的贡献突出，获1901年诺贝尔化学奖，为历史上第一位获得诺贝尔化学奖的科学家。20设在温度T1和T2时，平衡常数分别为K1ө和K2ө，有：lnK1ө=-ΔrHmө/RT1+ΔrSmө/R(1)lnK2ө=-ΔrHmө/RT2+ΔrSmө/R(2)(2)-(1)得：ln(K2ө/K1ө)=-ΔrHmө/R·(1/T2–1/T1)21〔讨论〕（1）可根据一个温度T1下的平衡常数K1ө及反应的ΔrHmө，求另一个温度T2下的平衡常数K2ө。〔例2.7(66页)〕22（2）以lnKө为纵坐标，以1/T为横坐标作图，得斜率为-ΔrHmө/R，

截距为ΔrSmө/R的直线见右图，就吸、放热两种情况分别讨论如下：lnKө=-ΔrHmө/RT+ΔrSmө/R吸热放热23

①对放热反应：ΔrHmө<0，在lnKө~1/T图上，直线斜率>0(为直线1)，温度升高时1/T减小，lnKө减小，即平衡常数减小，所以升高温度不利于放热的正反应，升高温度平衡向正(放热)反应的逆反应方向移动。lnKө=-ΔrHmө/RT+ΔrSmө/R放热,ΔH<0,T升高,1/T降低,lnK

减小,平衡向逆反应(吸热)方向移动

放热24

②对吸热反应：ΔrHmө>0，所以斜率<0(直线2)，温度升高时1/T减小，lnKө增大，即平衡常数增大，所以升高温度有利于吸热的正反应