第2章_2-化学平衡

1、 第2章 化学平衡第2章 化学反应中的限度-化学平衡张颂培北京工商大学理学院2014.09.02教学课件无机化学本章基本要点第2章 化学平衡部分化学反应的进行程度ChemistryEquilibrium 理解化学平衡状态的意义 掌握标准平衡常数及其有关计算 掌握多重平衡原理 掌握化学平衡移动的因素及方向判断作业：p563，4,10, 12第1节化学反应的进行程度一. 化学反应的可逆性和化学平衡化学平衡状态:是化学反应在一定条件下所能达到的最大限度的状态终态。板书举例化学平衡的特征：热力学特征：G=0（从G0G=0）动力学特征：V正=V逆（动态平衡）可逆反应达到平衡，意味着反应已进行到最大限度，

2、 体系内各物质的浓度（量）不再随时间而变化。有条件的平衡。温度、压力、浓度二. 化学平衡常数实验平衡常数浓度平衡常数分压平衡常数标准平衡常数1。浓度平衡常数 KC大量实验事实表明，对于任何一个可逆反应mA + nBpC + qD在一定温度下达到平衡时，反应物与生成物的平衡浓度存在 如下关系：(CC)p (CD)q(CA)m (CB)n KC例： N2 ( g ) + 3 H2 ( g)=2 NH3 ( g )C2NH3KC CN2 C3H2例： HAc=H+ + AcKCCH CAc-CHAc2。平衡常数的意义平衡常数是衡量反应进行程度的特征常数，K 越大，说明反应进行程度越大，即反应进行得越

3、完全；反之亦然。转化率某反应物已转化的量该反应物起始的量x 100%3。影响平衡常数的因素（1）平衡常数是温度的函数，且只受温度的影响。N2 ( g) +O2 ( g)=2 NO ( g )T / K30015003000KC3.84 x 10-316.15 x 10-68.65 x 10-3（2）平衡常数与浓度、压力、催化剂无关。4。应用平衡常数表达式的注意事项（1）如果反应体系中有固体或纯液体，其浓度不必列入平衡 常数表达式中。CO2 ( g) +C ( s) = 2CO ( g )C2COKC CCO2（2） 在稀溶液中进行的反应，溶剂（水）的浓度不必列入 平衡常数表达式中。Cr2O72

4、- +H2O =2CrO42- +2H+C2(CrO42- ) C2(H+ )KC C(Cr2O72- )但是，非水体系中的反应，若有水参加反应，此时水的 浓度必须列入。C2H5OH + CH3COOH=CH3COOC2H5 + H2OKC CH3COOC2H5 CH2OCC C2H5OH CCH3COOH（3）平衡常数表达式及其数值与反应方程式的形式有关。C2NO2N2O4 ( g)= 2 NO2 ( g )KC1CN2O4 N2O4 ( g)=NO2 ( g )2NO2 ( g)= N2O4 ( g )CNO2CKC21/2N2O4CN2O4K3CC2NO25。多重平衡规则：当几个反应相加

5、得到总反应时，总反应的 平衡常数等于各分反应平衡常数的乘积。K 总 K1 K2 K3 C2NO22NO( g) +O2 ( g ) = 2NO2 ( g )KC1 C2NO CO2）2NO2 ( g)= N2O4 ( g )KC2 CN2O4 C22NO( g) +O2 ( g )= N2O4 ( g )KC3 KC1 KC2NO2CN2O4KC3 C2NO CO26.分压平衡常数mA (g) + nB (g)=pC (g) + qD (g)( PC )p ( PD )q( PA )m ( PB )n KP例：2SO2 (g)+O2 (g)=2SO3 (g)K( PSO3 )22P( PSO2

6、) ( PO2 )Fe3O4 (s)+4 H2 (g)=3 Fe (s) + 4 H2O (g)K( PH2O )4P( PH2)4压力单位惯例atmkPaH2-I2-HI(g)的平衡问题是研究化学平衡的典型实例。I2(g) + H2(g)2HI(g)表4-1H2-I2-HI(g)系统的组成(425.4)序号开始各组分分压p/Pa平衡时各组分分压p/Pa p(HI )2p(H2)p(I2)p(HI)p(H2)p(I2)p(HI)p(I 2 ) p(H 2 )12345664.7465.9562.0261.960057.7852.5362.5069.4900000062.1026.9816.88

7、20.6813.0810.646.6272.8879.9147.26013.5718.176.6272.87795.7390.5497.87102.6448.8521.2354.7654.6053.9654.4954.3454.45即，平衡状态下： p(HI )2Kp =p(I2 ) p(H2 )= 54.43实验平衡常数由于热力学中对物质的标准态作了规定，平衡时各 种物质均以各自的标准态为参考态，热力学的平衡常数 为标准平衡常数(standard equilibrium constant)， 以K表示。所以上反应式的标准平衡常数可写为： p(HI ) /pq 2=22K = p(I) /pq

8、 p(H) /pq 54.437。标准平衡常数（1） 标准状态气体标准压力P 0 100 kPa液体，固体标准压力 P 0 下最稳定的纯液体或固体状态溶液中的溶质标准压力 P 0 下质量摩尔浓度 1 molkg-1C 0 近似用为 1 molL-1（2） 标准平衡常数若某组分为气态物质，则平衡分压（Pa 为单位） Pi /P 0若某组分以溶液形式存在，则其平衡浓度 Ci / C 0例题1：N2 (g) + 3H2 (g)=2NH3 (g)K0 (PNH3 / P 0 )2(PN2 / P 0 )(PH2 / P 0 )3HAc(aq)=H+ (aq) + Ac (aq)K0(CH / C 0

9、) (CAc- / C 0 )CHAc / C 0Zn (s) + 2H+ (aq)=H2 (g) +Zn2+ (aq)K0 (PH2 / P 0 ) (CZn2 / C 0 ) (CH / C 0 )2例题2某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后， 其中n （ NH3 ） =0.320mol ， n （ O2 ）=0.180mol ， n （ N2 ） =0.700mol 。 混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n= n（NH3）+n（O2）+n（N2）=0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200molp(NH3 ) =n

10、(NH3 ) pn=0.3201.200133.0kPa= 35.5kPa标准平衡常数的应用例题3：恒温恒容下，GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4(g)：2GeO (g) +W2O6 (g)2 GeWO4 (g)若反应开始时，GeO和W2O6 的分压均为100.0 kPa, 平衡时GeWO4(g) 的分压为98.0kPa。求平衡时GeO和W2O6的分压、平衡转化率以及反应的标准平衡常数。解：2GeO(g) + W2O6(g)2GeWO4(g)开始pB/kPa100.0100.00变化pB/kPa-98.0-98.0/298.0平衡pB/kPa100.0-98.0100.0-98

11、.0/298.0p(GeO)=100.0 kPa- 98.0 kPa =2.0kPap(W2O6)=100.0 kPa - 98.0/2 kPa=51.0 kPa平衡转化率：a (GeO ) =(100.0 - 2.0)kPa 100.0kPa100%= 98%a (W2 O6 ) =(100.0 - 51.0)kPa 100.0kPa100% =49%标准平衡常数： p(GeWO)/ p2K= p(GeO)/ p2()4pW2O6/ p(98.0 100)22.010051.0100= ()2 ()= 4.7 103例4：已知反应CO(g)+Cl2(g) = COCl2(g)K(373K)

12、=1.5108实验定温恒容下进行, 反应开始时c0(CO)=0.0350molL -1， c0(Cl2)=0.0270molL -1， c0(COCl2)=0。计算373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。解:(1) 由开始各组分浓度计算出相应的分压pV = nRT因为T 、V 不变，pnB 所以p= cRTp0(CO)=0.03508.314373=108.5 kPap0(Cl2)=0.02708.314373=83.7 kPa(2) 由于反应在恒温恒容下进行，压力的变化正比于物 质的量的变化，所以，可以直接由开始分压减去转化了的分压而得到平衡时的分压。(3) 由于反应的K很大，

13、可推知反应进行得很完全。CO(g)+Cl2(g)=COCl2(g)开始cB/(molL -1)0.03500.02700开始pB/kPa108.583.70假设Cl2全部转化又设COCl 2转化x108.5-83.7x0x83.7-x平衡pB/kPa24.8+xx83.7-xK=p(COCl 2) / p= (83.7 - x)/100p(CO)/ pp(Cl2 ) / p 24.8 +x x= 1.5108100100 因为K很大，x很小，假设83.7-x 83.7， 24.8+x 24.883.7 100则：24.8x= 1.5 108x = 2.310-6平衡时:p(CO)=24.3kP

14、a ，p(Cl2)=2.3 10-6 kPap(COCl2)=82.0kPaa (CO) =p0 (CO) -peq(CO)p0 (CO)= 106.3 - 24.3 100% 106.3= 77.1%二。化学平衡的移动1。浓度对化学平衡的影响对于某可逆反应mA + nB = pC + qD(CC)p (CD)qJ (CA)m (CB)nJ K0增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡逆向移动。例5:在1.0010-2mol/L AgNO3、 0.100mol/L Fe(NO3)2、1.0010-3mol/L Fe(NO3)3 混合溶液中，可发生：Fe

15、2+(aq) + Ag+(aq)Fe3+(aq) + Ag(s)问：(1) 反应向哪一方向进行？(k0=3.2)(2) 平衡时，Ag+,Fe2+,Fe3+的浓度各为多少？(3) Ag+的转化率是多少？(4) 如果保持最初Ag+、Fe3+浓度不变，只改变Fe2+浓度，使c(Fe2+)=0.300mol/L，计算在新的条件下Ag+的转化率，并与(3)比较。解:(1) 反应开始时的反应商：qJ =cFe3+/ cqcFe2+/ ccAg +/ cq =1.00 10-3 0.100 1.00 10-2= 1.00J a1结论：对于可逆反应，若提高某一反应物的浓度或降低产物的浓度，都可使J K，平衡将

16、向着减少反应物浓度和增加产物浓度的方向进行。2。压力对化学平衡的影响J K0逆向移动在平衡状态时，可逆反应mA (g) + nB (g)=pC (g) + qD (g)( PC )p ( PD )q( PA )m ( PB )n KP JP(表达形式一样)(N2(g) + 3H2(g) D 2NH3(g)p(NH) /3pq )222平衡时： K=(p(N) /pq )(p(H) /pq )3如果将平衡系统的总压力增加至原来的2倍（或体积压缩1倍）这时各组分的分压分别为原来的2倍， 反应商为：(2 p(NH) / pq )2 122J =3=K q(2 p(N) / pq )(2 p(H) / pq )3 4即： J 0（正方向为吸热反应），则平衡向吸热方向移动若H0 0将四种气体混合后反应达平衡时,若进行下列各项操作,对