第6章 化学平衡.ppt

1、第6章 化学平衡（Chemical Equilibrium）,6.1 化学平衡状态,6.2 浓度对化学平衡的影响,6.3 压力对化学平衡的影响,6.4 温度对化学平衡的影响,6.1 化学平衡状态,化学反应的可逆性）和可逆反应 绝大多数化学反应都有一定可逆性 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (水煤气) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 可逆性显著 Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s) 可逆程度小 只有极少数反应是“不可逆的”（单向反应） 2 KClO3 (s) = 2 KCl(s) + 3 O2(g),可逆反应: 在同一条件（温度、

2、压力、浓度等）下，能同时向两个相反方向进行的反应 .,二、化学平衡的概念,1、定义-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，称为“化学平衡”。,2、化学平衡的特点 可概括为： （1）等：,（2）定：化学平衡时，达到平衡时各物质的浓度都不再随时间改变 。,（3）动：化学平衡为动态平衡。此时正、逆反应 都在进行。,（4）变：化学平衡是有条件的动态平衡，当外界条件改变时，正、逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立新的动态平衡。,三、 可逆反应达到平衡的判断方法和依据,某一可逆反应，判断其是否已达平衡状态，关键是紧紧围绕“等”( V正= V逆 ) 与“定” (条件

3、一定，各物质的浓度保持不变)这两个因素来判断。可逆反应具备这两个特征之一，达到化学平衡状态，可逆反应不具备两个特征中的任何一个，未达到化学平衡状态。,可逆反应达到平衡的判断方法和依据,压强 P=nRT/V （该式子中R、T、V都是恒定量）在恒温恒容条件下，左右两边气体系数相等，就不能用压强来判断；左右两边气体系数不等就能用压强判断。,混合气体的密度 密度=气体总质量/气体总体积 1、混合气体的总质量变化情况一般依据质量守恒定律，在此类题目中，混合气体的总体积可以看反应容器的容积，还需特别注意反应的条件是恒压还是恒容。对恒温、恒压下有气体参与且反应前后气体的物质的量发生改变的可逆反应，当混合气体

4、的密度不再改变时，说明反应处于平衡状态。,例一、可逆反应：2NO2 (g) =2NO(g) + O2 (g)，在压强固定的密闭容器中，密度保持不变能否判断是平衡状态（ ）。,能,2、 对于恒温、恒容下有非气体物质参加的可逆反应，当混合气体的密度保持不变时，也说明反应处于平衡状态 。,例二、 可逆反应2HI(g)= H2 (g)+I2 (g)中，恒定压强下密度保持不变能否判断是平衡状态（ ）。,否,例一、可逆反应C（s）+H2O（g）= CO（g）+H2（g），在恒定体积下发生反应，某时刻发现密度保持不变能否判断达到平衡状态。（ ）,能,化学平衡标志,绝对标志,速率标志：指“等”,即：V正=V逆

5、 ，要求大小相等，方向相反。,含量标志：指“定”，即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。其含义有：体系中各组分的百分含量保持一定。各组分的浓度保持一定。各反应物的转化率不变。平衡体系的颜色保持不变。,相对标志 体系的平均摩尔质量保持不变。 体系中气体的总压强保持不变。 体系中混合气体的密度保持不变。,6.1.2 平衡常数 一、化学平衡定律 对于反应: aA+bB dD+eE 在一定温度下达到平衡时，反应物和产物的平衡浓度有如下关系: (此推导在物理化学中讲), 代表平衡浓度，与通常未达平衡时的浓度(c)表示有区别。Kc称为平衡常数。 可表示为：在一定温度下，某个可逆反应达到平衡时, 产物浓度

6、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。这个关系称为化学平衡定律。,平衡常数越大，正反应进行的程度越大。,二、书写平衡常数关系式的规则 1. 如果反应中有固体和纯液体参加，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溶质的浓度。如： CaCO3 (s) CaO(s)+CO2 (g) Kc=CO2 CO2 (g)+H2 (g) CO(g)+H2 O(l) Kc=CO/(CO2 H2 ),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式中，如： Cr2O72 + H2O 2CrO42 + 2H,3. 非水溶液

7、中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。如乙醇和醋酸的液相反应: C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5 +H2O,同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。 N2O4 (g) 2NO2 (g) Kc1 =NO2 2 /N2O4 2N2O4 (g) 4NO2 (g) Kc2 =NO2 4 /N2 O4 2 2NO2 (g) N2O4 (g) Kc3 =N2O4 /NO2 2,5. 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

8、来表示。如： N2 + 3H2 2NH3,所以平衡常数必须与反应方程式相互对应,Kp和Kc由实验得到，所以叫做实验平衡常数或经验平衡常数,同一化学反应，Kc和Kp的关系 aA+bB dD+eE,令 n=(d+e)(a+b)有:,三、平衡常数的意义 1. 平衡常数Kc或Kp的大小表示正向反应所能进行的最大程度。平衡常数越大,平衡时反应越完全。可用平衡常数判断达到平衡时进行的程度，估计反应的可能性。,另外还有两点必须指出： 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进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如： 2SO2 (g)+O2 = 2SO3 (g)298K时Kp

9、很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。 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。,2. 平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。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将不随时间改变，而且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等于该反应在此温度下的平衡常数。 如: aA+bB dD+eE 只有当： (Dd Ee ) / (Aa Bb ) = Kc时，体系才处于平衡状态。 不论达到平衡与否，任意时刻任一物质都有一个浓度，此时刻相应有(CDd CEe ) / (CAa CBb )值。 如果此值 ( CDdCEe) / (CAaCBb)

10、Kc说明这个体系未达到平衡状态，此时可能有两种情况：, (cDd cEe ) / (cAa cBb ) Kc则反应逆向进行。 可见只要知道一定温度下，某一反应的平衡常数，并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是平衡状态还是向某一方向进行。 四、浓度商 通常将 (cDd cEe ) / (cAa cBb ) = Qc，称为浓度商。 QcKc逆向反应自发进行。 若是气相反应可用QP=(PDd PEe )/(PAa PBb )分压商来表示,6.1.3 转化率 平衡转化率是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。 如：CO+H2O H2 +CO2 此反应在773K时平衡常数Kc=9

11、，如反应开始时C(H2O)=C(CO)=0.020molL-1，求CO的转化率。 CO + H2O H2 + CO2 初始 0.02 0.02 00 平衡时 0.02-x 0.02-x x x Kc=x/(0.02-x)2=9 x/(0.02-x)=3 x=0.015molL-1 转化率=(0.015/0.020)100=75,在反应：CH4 (g)+H2O(g) CO(g)+3H2 (g) 中将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率。,6-2- 1 标准平衡常数,6-2 平衡常

12、数,范特霍夫等温方程：rGm (T) = rGm (T) + RT ln J 当体系处于平衡时，rGm = 0， 0 = rGm(T) + RTlnJ， 定义：K = J平衡，即 rGm(T) = RTln K。 在一定温度下，K 是一个常数。 为 标准平衡常数,范特霍夫等温方程：rGm (T) = rGm (T) + RT ln J 当体系处于平衡时，rGm = 0， 0 = rGm(T) + RTlnJ， 定义：K = J平衡，即 rGm(T) = RTln K。 在一定温度下，K 是一个常数。 为 标准平衡常数,标准平衡常数：根据热力学函数计算求得的平衡常数，又称热力学平衡常数，,标准平

13、衡常数表达式：,对溶液反应：,对气体反应：,例61 P249,例62 P249,6-2-3 偶联反应的平衡常数 偶联反应是指两个化学平衡组合起来，形成一个新的反应。偶联反应也有平衡状态，也可以求出平衡常数。,6 - 3 浓度对化学平衡的影响,在温度和压力不变的条件下，根据化学反应等温式 rGm = RT ln J RT ln K，,可知：增加反应物的浓度或减少生成物的浓度，将使浓度商减小，即 J K ，rGm 0，平衡向逆反应方向移动。,J K 时，rGm 0，平衡向左移动； J = K 时，rGm0，达到平衡,结论：（浓度对化学平衡的影响）,在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减少生成

14、物的浓度，都可以使化学平衡向正反应的方向移动;增大生成物的浓度或减少反应物的浓度，都可以使化学平衡向逆反应的方向移动。,可知：增加体系总压，平衡向气体物质量 减少的方向移动。 例如：反应N2(g)+3H2(g) = 2NH3(g)达到平衡，将系统的总压增大1倍，则 ：,6-4 压力对平衡移动的影响 1体系总压力改变对化学平衡移动的影响,根据化学反应等温式 rGm = RT ln J RT ln K，,结论：压强对化学平衡的影响,在其他条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动；,6-5 温度对化学平衡的影响 浓度和压力使平衡移动的原因是改变了浓度商(Q)，导致反应的(rGm)发生变化，而(rGm)和( K )不变。温度引起平衡移动的原因却是改变(rGm) 和( K ) 的值。,结论：温度对化学平衡的影响,在其他条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动;温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。,稀有气体气体对化学平衡的影响 一、恒温恒容条件 对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，原平衡体系体系总压强增大，但反应物和生成物 pi 不变,各组分浓度不变。 J= K ，平衡不移动。,6 - 6 稀有气体气体对化学平衡的影响,二、恒温恒压条件 对恒温恒压下已达到平