《化学反应教学课件》第一章-化学平衡

1、chemical equilibrium,（化学反应进行的程度）,第四节 化 学 平 衡,可逆反应与化学平衡,有些化学反应几乎能进行到底，反应物基 本上能全部转变为产物。这些几乎进行到 底的反应称为不可逆反应。,这种在同一条件下能同时向两个相反方向 进行的化学反应称为可逆反应。,2KClO3 2KCl+3O2,MnO2,当可逆反应进行到一定程度时，系统中 反应物与生成物的浓度不再随时间而改变， 反应似乎已“停止”。系统的这种表面上静止 的状态叫做化学平衡状态。,化学平衡具有以下几个重要特点： （1）正反应的反应速率和逆反应的反应速率相 等是建立化学平衡的条件。 （2）化学平衡是可逆反应进行的最

2、大限度，反 应物和产物的浓度都不再随时间变化，这 是建立化学平衡的标志。 （3）化学平衡是相对的和有条件的动态平衡， 当外界条件改变时，原来的化学平衡被破 坏，直至在新条件下又建立起新的平衡。,混合气体分压定律 （道尔顿分压定律-1807）,内容：在温度与体积恒定时，混合气体的 总压力等于组分气体分压力之和； 气体分压等于总压与气体摩尔分数 或体积分数的乘积。,公式：T、V恒定的条件下 p=pB,在气体混合物中，各组分气体各自对容器 壁产生的压力称为组分气体的分压力(pB)。,公式： T、p 恒定的条件下 V=VB,可得：,对气相可逆反应:,在一定T下,达平衡时有：,标准平衡常数（K ）,关于

3、平衡常数的讨论,平衡常数的物理意义：,平衡常数的性质：,书写平衡常数表达式应注意:,1. 与反应方程式相对应,2. 适用于一切平衡系统,各物质的浓度和分压为平衡时的数值,3. s, l 不表示在方程式中 若B 为固体、纯液体或稀溶液中的溶剂浓度 视为常数不写入表达式。,CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g ),4. 方程式配平系数扩大n倍，平衡常数为原 来的n次方。,5. 相同条件下，正逆反应的平衡常数互为 倒数,例题1： 写出下列反应的标准平衡常数表达式： (1) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (2) Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+(aq) + 2F

4、e2+(aq) (3) ZnS(s) + 2H3O+(aq) Zn2+(aq) + H2S(g) + 2H2O(l),解：上述反应的标准平衡常数表达式分别为：,例题2：1133 K 时，将 CO 和 H2 充入一密闭容器 中，发生下列反应： CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) 已知 CO 和 H2 的初始分压力分别为 101.0 kPa 和 203.0 kPa，平衡时CH4 的分压力为 13.2 kPa。假 定没有其他化学反应发生，计算该反应在1133 K 时的标准平衡常数。,解：在等温等容下，由理想气体状态方程： pV = nRT,各种气体的分压力正比于各自的物质的

5、量,peq(H2O) = peq(CH4) = 13.2 kPa peq(CO) = p0(CO)peq(CH4) = 101.0 kPa13.2 kPa = 87.8 kPa peq(H2)=p0(H2)3peq(CH4) = 203.0 kPa313.2 kPa = 163.4 kPa,1133 K 时，该反应的标准平衡常数为：,这是一个重要的规则，适用于各种 多重平衡系统。,则：,反应1=反应2+反应3,某一反应为两个或更多个反应的总和时， 如：,若： 反应1 =反应2-反应3,多重平衡规则：,则: SO2(g)+NO2(g),SO3(g)+NO(g),例如，在973K时：,= 200.

6、012 = 0.24,注：所有平衡常数必须在同一温度下，因为 K随温度而变化。,利用平衡常数可进行有关转化率的计算： 某指定反应物的转化率,100%,解：,例3 已知反应 ，在,1173K达到平衡时，测得平衡常数 ，若在100升 密闭容器中加入CO和水蒸汽各200mol，试求算在该温 度下的CO转化率。,设反应达平衡时，CO已转化的浓度为xmolL-1，则 有,起始浓度/(molL-1) 200/100=2 200/100=2 0 0 平衡浓度/ (molL-1) 2-x 2-x x x,把各物质的平衡浓度代入平衡常数表达式：,解得x=1molL-1，故 CO的平衡转化率为：,平衡状态时rGm

7、(T)=0，所以：,等式右边 rGm 表示“标准态” 等式左边 K 表示“平衡态” rGm(T)的代数值越小，则K 值越大， 反应向正方向进行的程度越大；反之亦然。,例题：计算合成氨反应在25和427时的标准平 衡常数，简单说明其意义。,fHm,B/kJ.mol-1 0 0 - 46.11 fGm.B/kJ.mol-1 0 0 - 16.45 Sm,B/J.mol-1.K-1 191.61 130.684 192.45,解： N2(g) + 3H2(g),2NH3(g), rHm (298.15K) = -92.22kJ.mol-1 rSm(298.15K) = -198.76J.mol-1.

8、K-1,按上述讨论，化学反应等温方程式是：,于是，可得出如下判断反应方向的方法：,当 BK rG 0 反应正向非自发,关于反应方向的进一步讨论,例: 反应2SO2+O2=2SO3, 在25时K = 6.721024，,p(O2)=0.25105Pa， 反应向什么方向进行？,已知: p(SO3)=1105Pa, p(SO2)=0.25105Pa,在25时,反应正向进行。,一切平衡都是相对的、有条件的。 当原来建立平衡的条件发生变化时，原 平衡状态被破坏，经过一段时间之后， 便会建立起适合于新条件的新的平衡。,由于外界条件的改变而使可逆反应从一种 平衡状态向另一种平衡状态转化的过程叫做 化学平衡的

9、移动。,非标准状态下化学反应方向的判断,rGm(T) = RTln,1 分压、总压力对平衡的影响,（此时温度不变，因而K值不变）,(1)分压力（或浓度）的影响：,在反应系统中提高某反应物分压或浓度（若减小生 成物的分压或浓度），则：B(pB/p)vB,若减小某反应物的分压或浓度（若提高生成物或浓 度），则：,总压的改变将同等程度地改变各组分气体的分 压力，因此平衡移动的方向将决定于各组份气体 计量数的代数和。,即，总压力增加时: BvB 0 的反应，平衡左移； BvB =0 的反应，平衡不受影响。,(2)总压力的影响：,体积改变引起压力的变化,在等温条件下，将系统的体积压缩到原 来的 ，系统的

10、总压力就增大到为原 来的N 倍，反应物和产物的分压力增大到为 原来的N 倍，B的分压力由 增大到 。 此时B为：,(2) 总压力的影响：,即，总压力增加时: BvB 0 的反应，平衡左移； BvB =0 的反应，平衡不受影响。,vB (g) = (e+d) - (a+b),B = N vB (g) K,例如：,N2(g)+3H2(g),2NH3(g) BvB0,2C(s)+O2(g),2CO(g) BvB0,CO(g)+H2O(g),CO2(g)+H2(g) BvB=0,所以，增加总压力，使反应1正向移动； 使反应2逆向移动； 不能使反应3移动。,增加平衡系统的总压，平衡向气体物质 分子数减小

11、（降低压力）的方向移动。,2 温度对化学平衡的影响,rGm (T)=rHm (T)-TrSm (T),放热反应(rHm0 ),（T2K1 ,平衡右移,升温时,平衡向吸热反应方向移动,降温时，平衡向放热反应方向移动,（T2T1）, K 2 K1 ,平衡左移,吸热反应(rHm 0 ),（T2T1）, K2 K1 ，平衡右移,升温时，平衡向吸热反应方向移动,（T2K1 , 平衡左移,降温时，平衡向放热反应方向移动,3 勒夏特列原理,假如改变平衡系统的条件（如 浓度、温度、压力）之一，平衡 就将向减弱这个改变的方向移动。, 催化剂同等程度地改变正、逆反应速率， 所以它不会影响系统的平衡状态；但对未达 平衡的，催化剂将改变平衡状态的到达。,1048 K 时，CaCO3 分解反应的标准平衡常数为：,例：已知1048K时, CaCO3的分解压力为14.59kPa， 分解反应的标准摩尔焓变为 109.32kJmol-1。计算1128 K 时 CaCO3 的分解压力。,解：