化学平衡资料

化学平衡一可逆反应1可逆反应：在相同的条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。⑴正、逆反应速率均受到外界条件的影响（接触面积大小、反应物浓度、温度、催化剂）。⑵两个方向均不能彻底进行，且能量守恒（即正反应方向若放热，逆反应方向则吸热，且数值相等）。二化学平衡的建立和特征⑴定义在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变的状态。⑵化学平衡是动态平衡：从动力学角度看，反应开始时，反应物浓度较大，产物浓度较小，所以正反应速率大于逆反应速率。随着反应的进行，反应物浓度不断减小，产物浓度不断增大，所以正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大。当正、逆反应速率相等时，系统中各物质的浓度不再发生变化，反应达到了平衡。⑶化学平衡状态具有逆，等，动，定，变等特征。逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。等：平衡时，正逆反应速率相等，即v正=v逆。动：平衡时，反应仍在进行，是动态平衡，反应进行到了最大程度。定：达平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度保持不变，反应速率保持不变，反应物的转化率保持不变，各组分的含量保持不变。变：化学平衡跟所有的动态平衡一样，是有条件的，暂时的，相对的，当条件发生变化时，平衡状态就会被破坏，由平衡变为不平衡，再在新的条件下建立新平衡。宏观上——平衡混合物中各组成成分的百分含量在给定条件下保持一定，从表面上看反应好像已经停止。（即定——组成固定）微观上——正、逆反应仍在不停的进行，只是正、逆反应速率相等，若改变条件，平衡可能移动。三判断反应是否达到平衡的依据通用依据——正、逆反应速率相等（用同一物质表示的数值相等，用不同物质表示的相反方向的速率值的比例与方程式的系数比相同）例如对于3MN的可逆反应，当单位时间内M的生成速率和消耗速率相等时即达到了平衡；单位时间内M消耗的物质的量与N生成的物质的量之比为3：1时也达到了平衡。延伸依据——平衡混合物的各种物理量可作为某类化学反应是否达到平衡的判断标志。如压强、气体的平均式量、气体物质的密度等。平衡体系得各种物理量不变可作为依据，但一定要研究这些物理量的内在规律，找出它的公式中的要素与平衡的关系。例如混合气体的密度=m（气体）/V（容器），如果此反应的气体质量守恒，m（气体）恒定不变，若V（容器）也恒定，那密度就不能成为此反应达到平衡的标志；若前后气体质量不守恒，即有固体或液体物质参加反应时或反应前后有体积变化时，就可以作为判断标志。四平衡的影响因素⑴浓度的影响：在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向正反应方向移动；反之亦然。例如在工业生产中，经常把生成物转移走，以此来提高反应物的利用率，就是应用了浓度对平衡的影响。⑵温度的影响：温度对吸热反应的影响明显——升高温度增的快，降低温度降的快。在其他条件不变的情况下，升高温度平衡向吸热反应方向移动[v（吸）、v（放）均增大，v（吸）增加得更多]；降低温度平衡向放热反应方向移动[v（吸）、v（放）均减小，v（吸）减小得更多]。⑶压强的影响：只对有气体参加反应的可逆反应起作用，对气体系数和大的一方影响明显，靠改变气体物质的浓度来实现影响。若两边气体的物质的系数相同，影响相同，平衡不会移动；若压强改变，但浓度不变，平衡不移动（如象体积恒定的容器中充入与反应无关的惰性气体时，反应的速率不发生变化，平衡就不可能发生移动）。在其他条件不变的情况下，增大压强平衡向气体系数和减小的方向移动[v（正）、v（逆）均增大，气体系数和大的一面的速率增大的更多]；在其他条件不变的情况下，减小压强平衡向气体系数和增大的方向移动[v（正）、v（逆）均减小，气体系数和大的一面的速率减小的更多]；若两边气体系数和相等，改变压强，平衡不发生移动。⑷催化剂及固体或纯液体的量：不会使平衡发生移动。五勒沙特列原理勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度,压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。⑴能用它来判断化学平衡移动的方向，也能用于判断溶解平衡、电离平衡、水解平衡等有动态平衡体系的移动方向。⑵移动的结果只是减弱这种改变，不是抵消，所以改变还是会表现出来。如：升高温度时，平衡向吸热反应方向移动，但温度还是要升高，所以正、逆反应速率均增大。再如：增大体积的体系（即减小压强），平衡向压强增大的方向移动，但压强还是会减小，各种物质的浓度比原来都要小。勒沙特列原理对改变影响平衡因素归结为：浓度、温度或压强，这是非常准确的，如果其他一些因素（如体积等）改变，不能认为平衡使向减弱这种改变的方向移动，另外转化率或百分含量等的改变有时也不能作为平衡移动的依据，要将这种因素的改变归因到浓度、温度或压强的改变来分析。看下面几个错误例子。

错解1、在密闭容器有气体参加的反应达到平衡时，当减小反应器体积时，平衡向气体体积增大的方向移动。

这是对勒沙特列原理的错误应用，对于体积的变化，应该归结到压强的变化去分析。减小体积相当于增大压强，平衡向压强减小的方向移动，即为气体物质的量减小的方向移动。错解2、在固定体积的容器中对于有气体参加的反应，当达到新的平衡时，如果某气体的百分含量减小了，则平衡向消耗该气体的方向移动。若某反应物的转化率减小，则平衡逆向移动

这种情况很有迷惑性，因为对于因温度和压强改变引起的平衡移动是适合的，而对于浓度改变引起的平衡移动的有些情况是不正确的。例如：对于达到平衡的2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)反应，通过增大压强，O2的百分含量也减小时，可以判断出平衡向右移动是正确的。这时SO2和O2的转化率都增大，也可以由转化率判断出平衡向正方向移动。但对于下面例子是不适合的

例：在一定温度下，某固定体积密闭容器中的反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应达到平衡，再充入nmolO2平衡向右移动，达新平衡后SO3的百分含量增大吗？很明显不一定，这取决于n与原来平衡混合气的总物质的量的大小对比（主要）和反应进行的程度；如：n远大于原平衡混合气的总物质的量时，SO3的百分含量一定减小了。所以，化学平衡移动的方向与物质的百分含量无关。另外这种情况下O2的转化率增大吗？显然不是。所以不能只根据分含量和转化率判断平衡方向移动，不能把平衡移动的方向和物质的百分含量以及转化率联系在一起。必须结合具体的反应式的条件的改变方式来判断，得出的结论才是完全正确的。

在中学老师的也有一种将反应进行方向和平衡移动方向相区别的观点：对于上例反应达到平衡时，若新加入SO3，则逆反应速率增大，此时正反应速率不变，所以反应向逆反应方向进行。由于新加入SO3后，所有SO3的百分含量比原来容器中的高（可以由等效平衡分析），所以平衡向正方向移动了。这种观点将反应进行方向和平衡移动方向认为是两种不同的概念，其实也犯了将平衡移动方向和反应物的转化率混为一谈的错误。按此观点就会得出v（逆）>v（正）,但平衡向正反应方向进行的谬论，显然是不正确的。

下面也是电离平衡中常见的一个例子，剖析如下：

例、25℃时，向0.1mol/L的HAc溶液中，加入水或者HAc,HAc的电离平衡会如何移动？

B.平衡时I2浓度c(I2)A=c(I2)BC.平衡时I2蒸气在混合气体中体积分数A%>B%D.HI的平衡分解率相等解析：等温下，该反应前后系数不变，平衡不受压强影响，A、B两容器中的平衡可视为等效平衡，故应选D项。例4.某恒温、恒容的密闭容器充入3molA和2molB，反应3A(g)+2B(g)xC(g)+yD(g)达到平衡时C的体积分数为m%。若将0.6molA，0.4molB，4molC，0.8molD作为起始物充入，同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%，则x=_______，y=_______。解析：同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%，则两平衡为等效平衡，因而有3A(g)+2B(g)xC(g)+yD(g)Ⅰ3mol2mol00Ⅱ0.6mol0.4mol4mol0.8mol所以有：0.6+(3×4）/x=3,0.6+(3×0.8）/y=3。解得：x=5，y=1。八平衡的极限问题可逆反应的最大特点就是不能反应彻底，所以平衡移动结果中各种量的改变都是以其余物质部位零或负数为极限的。九平衡常数⑴平衡常数平衡态是可逆反应的最终结果。平衡态系统中各物质浓度不再发生变化，各物质的浓度之间呈现出一定的比例，描述这种比例的关系得常数，成为化学平衡常数。参见下表：可逆反应CO2+H2CO+H2O编号起始浓度/（mol/L）平衡浓度/（mol/L）C（CO2）C（H2）C（CO）C（H2O）[CO2][H2][CO][H2O]10.0100.010000.00400.00400.00600.00602.320.0100.020000.00220.01220.00780.00782.330.0100.0100.01000.00410.00410.00690.00592.44000.0200.0200.00820.01820.01180.01182.2化学家经过对大量的不同类型的可逆反应的研究，在大量实验事实基础上，总结出一条应用十分广泛的化学平衡定律：在一定的温度下，可逆反应达到平衡时，各生成物的浓度（或分压）以反应方程式中化学计量数为幂的乘积与各反应物的浓度（或分压）以反应方程式中化学计量数为幂的乘积之比是一个常数。若写成一般形式为：nA+mBpC+qD，。化学平衡常数只是温度的函数，与浓度无关，即Kc=C·f（T）。平衡常数和物质的厨师浓度无关，并与反应是从正反应开始还是从逆反应开始进行无关。在一定的温度下，不管初始浓度如何，也不管反应从哪个方向开始进行，最后所达到的平衡状态都存在上述表达式的关系。⑵书写平衡常数关系式的规则化学平衡定律不仅适用于气体反应，也适用于有纯液体、固体参加的反应及在水溶液中进行的反应。在书写一般反应的平衡常数关系式时，必须注意以下几点：1如果反应中有固体或纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各物质的浓度。例如：CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）Kc=[CO2]CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（l）2稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系中。例如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+=2.3×10-15但是，非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加的反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系中。如酒精和醋酸的液相反应：3同一化学反应，可以用不同的化学反应方程式来表示，每个化学反应方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。例如没，373K时，N2O4和NO2的平衡体系：N2O4（g）2NO2（g）=0.361/2N2O4（g）NO2（g）=0.602NO2（g）N2O4（g）=2.78显然，。因此，要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。4对于气体反应，写平衡常数关系式时，除可以用平衡时的（物质的量）浓度表示外，也可以用平衡时各气体的分压来表示。例如：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）我们可以写出两个平衡常数关系式：，Kc是以（物质的量）浓度表示的平衡常数，其关系式中的[NH3]、[N2]、[H2]是各物质的平衡浓度。Kp是以各物质的分压来表示的平衡浓度，关系式中的PN2PH2PNH3是各物质的平衡分压。同一化学反应，Kc和Kp的关系可作如下推导：根据理想气体状态方程：（物质的量）浓度=对一般反应aA+bBdD+eE，如以pA、pB、pD、pE代表各物质的平衡分压，则pA=[A]RT，pB=[B]RT，pD=[D]RT，pE=[E]RT，代入平衡关系式：令（d+e）-（a+b）=△n（反应方程式中，反应前后气体计量系数之差值）由上式可见，当△n=0时，Kp=Kc，若已知某反应的Kc，便可求出Kp。⑶平衡常数的单位通常情况下，Kc、Kp是由量纲的物理量。浓度单位以mol·L-1表示，Kc的单位为（mol·L-1）△n；压强单位分别以atm、Pa表示，Kp的单位分别为atm△nPa△n。当△n=0时，Kc、Kp无量纲。平衡常数的单位不仅取决于所用浓度与压力的单位，而且某一指定化学反应的平衡常数，其单位还与化学反应方程式的写法有关。如式（2）（3）（4），平衡常数的单位分别为mol·L-1、（mol·L-1）（mol·L-1）-1。严格说，写平衡常数数值之后还应将其单位写上，但由于过去浓度的单位都用mol·L-1表示，气体分压都用atm表示，Kc、Kp的单位又与平衡常数关系式紧密联系，不注明平衡常数的单位也不会出现问题，所以过去的教材往往只写平衡常数的数值而不懈单位。目前，由于国际单位制的推行，这就必须注意Kp的单位及相应的数值。采用不同的压强单位，Kp的数值也不相同。因为1atm=101325Pa，欲将atm△n换为Pa△n乘以（101325Pa·atm-1）△n即可。例如下述反应在673K建立平衡：分压单位用atmKp=1.66×10-4atm-2分压单位用PaKp=1.66×10-4atm-2×（101325Pa·atm-1）△n=1.62×10-14Pa-2另外，在用式（5）进行Kc、Kp之间的相互换算时，还必须注意R的取值和单位要与压强、浓度单位相一致。分压单位为atm时，R应取0.0821atm·L·mol-1·K-1；分压单位为Pa时，R应取8314.3Pa·L·mol-1·K-1。[例2]已知反应在673K时Kc=0.597，求Kp。解：已知Kc=0.597（mol·L-1）-2；T=673K；△n=2-4=-2R取值0.0821atm·L·mol-1·K-1时，Kp=0.597（mol·L-1）-2×（0.0821atm·L·mol-1·K-1）-2=1.66×10-4atm-2R应取8314.3Pa·L·mol-1·K-1时，Kp=0.597（mol·L-1）-2×（8314.3Pa·L·mol-1·K-1）-2=1.62×10-14Pa-2答：当R取值不同时，Kp分别为1.66×10-4atm-2，1.62×10-14Pa-2根据过去的约定俗成，分压的单位用atm、浓度单位用mol·L-1时，平衡常数一般不用注明单位，如果分压单位用Pa、kPa等其它单位，则应注明平衡常数的单位，否则将造成混乱。⑷平衡常数的意义1.平衡常数数值的大小可以判断反应进行的程度、古迹反应的可能性。因为平衡状态时反应进行的最大限度。Kc很小的平衡体系，说明平衡时产物的浓度很小。如=1×10-30（298K）这意味着298K时，N2和O2的化合反应基本没有进行，反之，NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡时NO实际上全部分解为N2和O2。平衡常数很大的反应，如：2Cl(g)Cl2（g）=1×1038（298K）由于平衡常数很大，平衡混合物中几乎全部是Cl2分子,Cl原子的浓度非常小。就是说，298K时，氯原子的化合反应实际上是进行完全了，Cl原子基本上转化为Cl2分子。反之，你反应几乎不发生。平衡常数不太大也不太小的反应，如前面讨论过的N2O4（g）2NO2（g）=0.36（373K）因为反应的平衡常数接近1，所以，平衡体系中，反应物和产物的浓度不会太悬殊，二者都不可忽略，这类平衡常数居中的反应，不论反应从哪边开始，正相反应和逆向反应都进行不完全。这是典型的可逆反应。而平衡常数非常大获非常小的反应通常认为是向一个方向进行的不可逆反应。请注意，利用平衡常数数值的大小比较不同化学反应进行的倾向和程度时，各反应的Kp必须采用相同的单位，否则可能得出错误的结论。另外还有两点必须指出：①平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所能进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间，有的反应虽然平衡常数的数值极大，正反应可能进行完全，但因反应速率太慢，该反应也没有现实意义。如2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g）298K时，Kp=3.6×1024，虽然平衡常数很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行。如，=1×10-30，由于平衡常数数值极小，说明常温下，用这个反应固定氮是不可能的。这就不要在该条件下进行实验，以免浪费人力物力，但是这决不意味着该反应就根本不能进行了，我们可以设法改变条件式反应在新的条件下进行得比较完全。2.平衡常数表达式表明在一定温度下体系达成平衡的条件。一个化学反应是否达到平衡状态，它的标志就是各物质的浓度降不随时间改变，而且其产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。对于下述反应只有当时，体系才处于平衡状态。我们可以改变个组分的浓度来改变平衡点，但在一定温度下平衡常数不会改变。如果≠Kc，说明这个体系未达到平衡状态，此时可能有两种情况：①＜Kc,则反应向正向进行。随着正反应的不断进行，反应物浓度不断减小（即分母不断减小）；产物浓度不断增大（即分子不断增大），直到正反应速度等于逆反应速度。产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比值等于平衡常数为止。这时正反应进行到最大限度，达到平衡状态。②＞Kc，则反应逆向进行。随着逆反应的进行，产物浓度不断减小（分子减小）；反应物浓度不断增大（分母增大），直到上述比值等于平衡常数为止。这时逆反应也进行到最大限度，达到平衡状态。可见，只要知道一定温度下，某一反应得平衡常数，并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是处于平衡状态，还是向某一方向进行，为了简化起见，我们将某一化学反应产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比称为浓度商，用符号Qp表示。这里必须注重指出，Qc和Kc的表达式的形式虽然相似，但两者的概念是不同的。Qc表达式中各物质的浓度是任意状态下的浓度，其商值是任意的；而Kc表达式中各物质的浓度是平衡时的浓度，其商值在一定温度下为一常数。有了浓度商和平衡常数的概念，可以得出确定一个可逆反应进行的方向和限度的判据：Qc＜Kc正向反应自发进行；Qc=Kc反应达到平衡状态（即反应进行到最大限度）；Qc＞Kc逆向反应自发进行。如果是气相反应，可以将产物分压系数次方的乘积与反应物分压系数次方的乘积之比称为分压商，用Qp表示：。应用Qp与Kp之比即可判断反应进行的方向。⑸平衡常数与反应方程式化学平衡常数逼近与物质的量浓度单位有关，还与描述同一反应所采用的反应方程式有关。平衡常数表达式随反应方程式书写形式的变化而变化。如接触法制SO32SO2+O22SO3(g)SO2+O2SO3(g)（6）多重平衡规则世纪化学反应过程中常有多个平衡状态同时存在，一种物质同时参加几个平衡，这种现象叫做多重平衡。如气态SO2SO3O2NONO2在一个反应器中共存时，常有下述三个平衡：①SO2+O2SO3（g）K1②2NO2NO+O2K2③SO2+NO2NO+