化学反应速率和化学平衡-化学平衡（应用化学课件）

催化剂对化学平衡的影响

催化剂对化学平衡的影响

催化剂同样倍速的增大或减少正、负反应速率，但对熵Q和平衡KΘ没有影响，所以化学平衡不移动。催化剂只是缩短或延迟反应达到平衡的时间。多重平衡常数

多重平衡的平衡常数多相平衡定义：在化学反应过程中，多个平衡同时存在，一种物质同时参加几个相平衡的现象。多相平衡规则：指当几个反应式相加（或相减）得到另一个反应式时，其平衡常数等于几个反应的平衡常数的乘积（或商）例如某温度下，同一容器中存在如下平衡：式（1）+式（2）=式（3），式（3）-式（1）=式（2），例3-1已知1123 K时，下列反应在同一容器中达到化学平衡，反应(1)SO2(g)+O2(g)SO2(g)的kp1θ＝20；反应(2)NO2(g)NO(g)+O2(g)的kp2θ

＝0.012。试计算反应(2)SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)，在1123K时的平衡常数kp3θ

。解：根据多重平衡规则：∵反应(3)＝反应(1)+反应(2)∴kp3θ

=kp1θ

×kp2θ＝20×0.012＝0.24答：反应在1123 K时的平衡常数为0.24。可逆反应与化学平衡化学平衡一、可逆反应与化学平衡

不可逆反应:在一定条件下，向一个方向几乎进行完全的反应，不可逆反应用表示，如：不可逆反应可逆反应

实际上这类反应是很少的，大多数反应是可逆反应。可逆反应用⇌表示，如：

正反应：向右进行的反应。逆反应：向左进行的反应。可逆反应：在同一条件下，既能向正反应进行又能向逆反应方向进行的反应。

在一定温度下，把定量的反应物CO2和H2置于一个密闭容器中反应，开始时，反应物浓度最大，具有最大的正反应速率v正，生成物浓度为零，即逆反应速率v逆为零；随着反应的进行，反应物浓度不断减少，生成物浓度不断增大，即正反应速率v正不断减小，逆反应速率v逆不断增大，当到达某一时刻时，正、逆反应速率相等v正＝v逆（不为零），反应达到平衡状态。

图3-3可逆反应速率随时间变化tvν正v逆ν正＝ν逆（平衡）浓度对化学平衡的影响

化学平衡的移动化学平衡状态：对于可逆反应，当正负反应速率相等，且反应系统中各组分的浓度（或分压）不随时间变化时，该反应达到化学平衡。化学平衡是相对的、有条件的。化学平衡的移动：因外界条件改变使可逆反应从一种状态向另一种状态转变的过程。1.浓度对化学平衡的影响在恒温条件下：（1）当反应物的浓度增大或生成物的浓度减少，使Q＜KΘ，反应向正方向移动。最终Q=KΘ。（2）当反应物的浓度减少或生成物的浓度增大，使Q＞KΘ，反应向逆方向移动。最终Q=KΘ。

图3-4增大反应物浓度对平衡系统的影响平衡常数的定义及其表达式

平衡常数1.平衡常数的定义及其表达式对于反应有这样一组实验数据，如表3-1。无论开始反应时系统的组成如何，无论反应是从正向开始还是从逆向开始，当化学反应达到平衡时，各反应物和生成物浓度都不再随时间变化，且为一个常数。

表3-1平衡体系实验数据编号起始浓度/molL–1

c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)10.0100.010000.004 00.004 00.006 00.006 02.320.0100.020000.002 20.012 20.007 80.007 82.330.0100.0100.001 000.004 10.004 10.006 90.005 92.4400 0.0200.0200.008 20.008 20.011 80.011 82.4

对于任何一个可逆反应：aA+bBcC+dD，在一定温度下达到平衡时，生成物浓度（或分压）以反应方程式中化学计量系数为指数的幂的乘积与反应物浓度（或分压）以化学计量系数为指数的幂的乘积之比为一常数，称为平衡常数，用K表示。用浓度表示的平衡常数称为浓度平衡常数，计作Kc。（3-5）c(A)，c(B)，c(C)，c(D) —— 这四种物质的平衡浓度

对于气体反应，平衡常数既可用平衡时物质的摩尔浓度表示，也可用分压表示。用分压表示的平衡常数称为压力平衡常数，计作Kp：（3-6）p(A)、p(B)、p(C)、p(D) —— 各物质在平衡时的分压。

对于任何一个可逆反应：aA+bBcC+dDp(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别表示各物质在平衡时的分压，则：代入平衡常数关系式：令Δn=(c+d)-(a+b)有经验平衡常数：将实验数据直接代入Kc或Kp表达式计算得出的平衡常数。标准平衡常数：将Kc表达式中的浓度换算成相对浓度（即将物质的实际浓度除以标准浓度Cθ=1.0 mol∙L–1），得到标准浓度平衡常数kcθ；将Kp表达式中的分压换算成相对分压（气体的分压除以标准压力Pθ=100 kPa），得到标准压力平衡常数kpθ

如反应在溶液进行：因为Kθ

与Kc在数值上相等，为了书写方便，cθ在kθ表达式中不列出，上式简写为：对于气体参加的反应：对于多相离子平衡体系，如：

S2–(aq)+2H2O(l)＝H2S(g)+2OH–(aq)其平衡常数表达式为：平衡常数的书写和应用规则

平衡常数的书写和应用规则化学平衡常数使用于气体反应，也使用于有纯液体、固体参加的反应及在水溶液中进行的反应。注意事项：（1）化学平衡常数是温度函数，书写和使用时应注明温度。不同温度下，同一反应方程式的平衡常数值有所不同。一般默认为298.15K。如反应：（2）同一化学反应，化学方程式的书写不同，平衡常数的表达式也不同，使用平衡常数时必须指明其所对应的化学方程式。如：（3）如果反应中有固体和纯液体参加，书写平衡常数表达式时，纯固体或纯液体的物质不列入其中，只考虑气体的分压和和溶液的浓度，分压或浓度的幂指数与相应方程式中该物质的化学计量系数相对应。对于有水参加的反应，如在稀溶液中进行，水的浓度不必写在平衡关系中，如：非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加，水的浓度不视为常数，需表示在平衡关系中，如：平衡常数的意义

平衡常数的意义（1）衡量可逆反应进行的程度同类型反应，KΘ值越大①反应朝正向进行的程度越大，反应进行的越彻底；②并不预示反应达到平衡所需要的时间。③有的反应虽然平衡常数很大，正反应可能进行完全，但反应速率太慢，该反应没有意义。假设c(Cl2)=1mol∙L

则c(Cl)=1×10-19mol∙L

由于平衡常数很大，平衡混合物中几乎都是Cl2分子，而Cl原子的浓度非常小，Cl原子基本上转化为Cl2分子，反应进行得完全，逆反应几乎不发生。例如：KΘ值小的反应，说明平衡产物的浓度很小，反应进行得程度较浅。如：假设c(N2)=c(O2)=1mol﹒L-1则c(NO2)=1×10-15mol﹒L-1

平衡混合物中几乎都是未反应的N2和O2分子，仅有微量的NO2分子，说明在298K时，N2和O2的化合反应基本上没有进行。（2）判断反应是否处于平衡状态和反应进行的方向反应熵：对于可逆反应，将任意时刻（包括平衡状态或非平衡状态）各物质的浓度或分压代入标准平衡常数表达式，即得到反应熵Q。当Q=KΘ时，生成物浓度或分压等于平衡时的浓度或分压，反应处于平衡状态，即反应进行到最大限度。当Q≠KΘ时，反应处于不平衡状态，有下列两种情况：①Q＜KΘ时，生成物的浓度或分压小于平衡时的浓度或分压，反应继续向正向进行。反应物浓度不断减小，生成物浓度不断增大，直到Q=KΘ，反应达到平衡。②Q＞KΘ时，生成物的浓度或分压大于平衡时的浓度或分压，反应继续向逆向进行。反应物浓度不断增大，生成物浓度不断减小，直到Q=KΘ，反应达到平衡。

平衡移动原理

平衡移动原理——吕·查德里原理1884年，法国科学家吕·查德里通过研究浓度、压力、温度对化学平衡移动的影响后，归纳总结出一条规律：

表3-3影响反应速率与化学平衡的因素当体系达到平衡后，若改变平衡系统的条件（如浓度、压力、温度），平衡向着减弱这个改变的方向移动，这就是平衡移动原理，又称为吕·查德里原理。

平衡转换率及平衡常数的计算

平衡转换率及平衡常数的计算平衡转化率：是指化学反应达到平衡后，已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。即反应物转化为生成物的百分率，用α表示：

α=

若反应前后体积不变，则α可用浓度表示为：

α=α越大，反应正向进行的程度越大。平衡常数与平衡转化率的区别：

1.平衡常数是温度的函数，随温度变化，不受浓度的影响。

2.平衡转化率除与温度有关外，还与反应物的起始浓度有关，使用平衡转化率时还必须指明是何种物质的转化率，不同物质的转化率往往不同。

3.平衡转化率与平衡常数之间可相互换算。例3-2已知生产水煤气的反应，在1 000 K时的平衡常数

kpθ=1.00。若在密闭容器中加入1.00×105 Pa的水蒸气与足量赤热的碳反应，试确定平衡时各组分气体的分压和水蒸气的转化率α。起始压力/（105Pa）1.0000变化压力/（105Pa）xxx平衡压力/（105Pa）1.00-xxx解出x=0.62,平衡时各组分气体的分压为：

p(CO)=p(H2)=6.2×104Pap(H2O)=(1.00-0.62)×105=3.8×104Pa

水蒸气的转化率为：答：平衡时CO和H2的分压为6.2×104Pa，水蒸气的转化率为62%。例3-3已知某温度下，4 mol的CO和4 mol水蒸气的作用，按如下反应进行