內(nèi)蒙古民族大學(xué)無(wú)機(jī)學(xué)吉大武大版第5章化學(xué)平衡

1、第第 5 章章化化 學(xué)學(xué) 平平 衡衡chemical equilibrium 在研究物質(zhì)的變化時(shí)，人們不僅注意反應(yīng)的在研究物質(zhì)的變化時(shí)，人們不僅注意反應(yīng)的方向和反應(yīng)的速率，而且也十分關(guān)心化學(xué)反應(yīng)可方向和反應(yīng)的速率，而且也十分關(guān)心化學(xué)反應(yīng)可以完成的程度，即在指定的條件下，反應(yīng)物可以以完成的程度，即在指定的條件下，反應(yīng)物可以轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的最大限度。這就是我們要討論的化轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物的最大限度。這就是我們要討論的化學(xué)平衡問(wèn)題。學(xué)平衡問(wèn)題。 本章討論的本章討論的主要內(nèi)容有：主要內(nèi)容有： 1 1化學(xué)平衡和平衡常數(shù)的概念化學(xué)平衡和平衡常數(shù)的概念 2 2多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則 3 3化學(xué)平衡的計(jì)算化學(xué)平衡的計(jì)算

2、 4 4標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)自由能變的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)自由能變的關(guān)系 5 5化學(xué)平衡移動(dòng)的原理?；瘜W(xué)平衡移動(dòng)的原理。 5-1 化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的可逆性和化學(xué)平衡可逆反應(yīng)：可逆反應(yīng)：在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)即可從左在一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)即可從左 向右進(jìn)行，又可以從右向左進(jìn)行的反應(yīng)向右進(jìn)行，又可以從右向左進(jìn)行的反應(yīng) 叫可逆反應(yīng)。叫可逆反應(yīng)。 例如：例如：co(g) + h2o(g) co2(g) + h2 (g) ag +(aq) + cl - (aq) agcl (s) 化學(xué)反應(yīng)的這種性質(zhì)叫反應(yīng)的可逆性。幾乎所有化學(xué)反應(yīng)的這種性質(zhì)叫反應(yīng)的可逆性。幾乎所有的反應(yīng)都具有可

3、逆性，只是可逆性程度不同。習(xí)慣上，的反應(yīng)都具有可逆性，只是可逆性程度不同。習(xí)慣上，我們把可逆性顯著的化學(xué)反應(yīng)，稱為可逆反應(yīng)（用箭我們把可逆性顯著的化學(xué)反應(yīng)，稱為可逆反應(yīng)（用箭頭表示）；可逆性不顯著的化學(xué)反應(yīng)，稱為不可逆反頭表示）；可逆性不顯著的化學(xué)反應(yīng)，稱為不可逆反應(yīng)（用平行線表示）。可逆反應(yīng)最終將導(dǎo)致化學(xué)平衡應(yīng)（用平行線表示）?？赡娣磻?yīng)最終將導(dǎo)致化學(xué)平衡狀態(tài)（即可逆化學(xué)反應(yīng)可以完成的最大限度）。狀態(tài)（即可逆化學(xué)反應(yīng)可以完成的最大限度）?；瘜W(xué)平衡：化學(xué)平衡：在可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)速在可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)速度與逆反應(yīng)速 度相等時(shí)的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，度相等時(shí)的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，

4、 簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。 在化學(xué)平衡狀態(tài)下：反應(yīng)并未停止，只是正逆在化學(xué)平衡狀態(tài)下：反應(yīng)并未停止，只是正逆反應(yīng)速度相等。即反應(yīng)速度相等。即 v正正 = v逆逆 ，因此化學(xué)平衡是一種動(dòng)，因此化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。態(tài)平衡。 h2(g) + i2(g) 2hi(g) 平衡條件包括體系各物質(zhì)的濃度、溫度、壓力平衡條件包括體系各物質(zhì)的濃度、溫度、壓力條件的改變，平衡將發(fā)生移動(dòng)。條件的改變，平衡將發(fā)生移動(dòng)。 化學(xué)平衡的特點(diǎn)化學(xué)平衡的特點(diǎn) 平衡是動(dòng)態(tài)的平衡是動(dòng)態(tài)的 到達(dá)平衡狀態(tài)的途徑是雙向的到達(dá)平衡狀態(tài)的途徑是雙向的 對(duì)上述反應(yīng)，不論從哪個(gè)方向都能到達(dá)同一平衡狀對(duì)上述反應(yīng)，不論從哪個(gè)方向都能到達(dá)同一

5、平衡狀態(tài)。溫度一經(jīng)確定態(tài)。溫度一經(jīng)確定，co2的平衡壓力也就確定，在該的平衡壓力也就確定，在該壓力下產(chǎn)生壓力下產(chǎn)生co2的速率等于它轉(zhuǎn)化為的速率等于它轉(zhuǎn)化為caco3的速率。的速率。 系統(tǒng)各組分無(wú)限期保持恒定并不意味著正、逆反系統(tǒng)各組分無(wú)限期保持恒定并不意味著正、逆反應(yīng)的終止，只不過(guò)朝兩個(gè)方向進(jìn)行的速率相等而已。應(yīng)的終止，只不過(guò)朝兩個(gè)方向進(jìn)行的速率相等而已。如反應(yīng)：如反應(yīng)： caco3(s) cao(s) + co2(g)平衡時(shí)，平衡時(shí)，caco3仍不斷分解為仍不斷分解為cao和和co2, cao與與co2仍在不斷形成仍在不斷形成caco3（用放射性同位素用放射性同位素14c標(biāo)記法）標(biāo)記法）

6、平衡狀態(tài)是兩種相反趨勢(shì)導(dǎo)致的折中狀態(tài)平衡狀態(tài)是兩種相反趨勢(shì)導(dǎo)致的折中狀態(tài) 兩種相反趨勢(shì)是指系統(tǒng)總是趨向最低能量的趨兩種相反趨勢(shì)是指系統(tǒng)總是趨向最低能量的趨勢(shì)和趨向最大混亂度的趨勢(shì)。勢(shì)和趨向最大混亂度的趨勢(shì)。caco3的分解成氣態(tài)的分解成氣態(tài)co2分子的混亂度更高。如果只有熵變這一因素，分子的混亂度更高。如果只有熵變這一因素，caco3將會(huì)完全分解。然而將會(huì)完全分解。然而caco3的分解為吸熱過(guò)的分解為吸熱過(guò)程，熵變有利的這一反應(yīng)焓變卻不利。逆反應(yīng)的情程，熵變有利的這一反應(yīng)焓變卻不利。逆反應(yīng)的情況恰好顛倒過(guò)來(lái)況恰好顛倒過(guò)來(lái): 熵變不利而焓變卻有利?？梢哉J(rèn)為，熵變不利而焓變卻有利?？梢哉J(rèn)為，平衡系

7、統(tǒng)中平衡系統(tǒng)中co2的分壓反映了兩種趨勢(shì)導(dǎo)致的折中的分壓反映了兩種趨勢(shì)導(dǎo)致的折中狀態(tài)。狀態(tài)。 化學(xué)平衡規(guī)律適用于各種平衡（電離平衡，酸堿化學(xué)平衡規(guī)律適用于各種平衡（電離平衡，酸堿平衡、沉淀平衡、氧化還原平衡、配位平衡）。平衡、沉淀平衡、氧化還原平衡、配位平衡）。5-2 平衡常數(shù)平衡常數(shù) 2-1 經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù) 參與反應(yīng)的物質(zhì)按一定比例組成反應(yīng)混合物。參與反應(yīng)的物質(zhì)按一定比例組成反應(yīng)混合物。平衡時(shí)，各組分的濃度不再改變。但反應(yīng)混合物的平衡時(shí)，各組分的濃度不再改變。但反應(yīng)混合物的組成不同時(shí)，平衡體系的組成并不相同。看如下的組成不同時(shí)，平衡體系的組成并不相同?？慈缦碌姆磻?yīng)數(shù)據(jù)：反應(yīng)數(shù)據(jù)：

8、co2 h2 co h2o co2 h2 co h2o 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006 2.3 0.01 0.02 0 0 0.0022 0.0122 0.0078 0.0078 2.3 0.01 0.01 0.001 0 0.0041 0.0041 0.0069 0.0059 2.4 0 0 0.02 0.02 0.0082 0.0082 0.0118 0.0118 2.1co2 (g) + h2(g) co(g) + h2o(g) 起始濃度起始濃度 / moldm3 平衡濃度平衡濃度 / moldm3hcoohco222通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論

9、反應(yīng)從哪個(gè)方向開(kāi)始，通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論反應(yīng)從哪個(gè)方向開(kāi)始，盡管平衡組成不同，但盡管平衡組成不同，但 的值是不變的。的值是不變的。 據(jù)此可以得到結(jié)論，在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)據(jù)此可以得到結(jié)論，在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，生成物濃度以反應(yīng)方程式中計(jì)量系數(shù)為指數(shù)平衡時(shí)，生成物濃度以反應(yīng)方程式中計(jì)量系數(shù)為指數(shù)冪的乘積與反應(yīng)物濃度以反應(yīng)方程式中計(jì)量系數(shù)為指冪的乘積與反應(yīng)物濃度以反應(yīng)方程式中計(jì)量系數(shù)為指數(shù)冪的乘積之比為一常數(shù)，稱為可逆反應(yīng)的數(shù)冪的乘積之比為一常數(shù)，稱為可逆反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)平衡經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)常數(shù) （或?qū)嶒?yàn)平衡常數(shù)）用（或?qū)嶒?yàn)平衡常數(shù)）用 kc 表示。表示。 對(duì)任一可逆反應(yīng)對(duì)任一可逆反應(yīng)

10、aa +bb ee + ddhcoohco222kc = ee dd aa bb 方括號(hào)內(nèi)表示的是物質(zhì)的平衡濃度方括號(hào)內(nèi)表示的是物質(zhì)的平衡濃度 kc 是用平衡濃度表示的平衡常數(shù)是用平衡濃度表示的平衡常數(shù)從經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)從經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù) kc 的表達(dá)式中可以看出，的表達(dá)式中可以看出，kc 的單的單位是：位是：mol dm3( e + d ) ( a + b)即為濃度的某次冪。即為濃度的某次冪。 當(dāng)當(dāng) (e + d) = (a + b) 時(shí)，時(shí)， kc 無(wú)單位無(wú)單位 對(duì)于氣相反應(yīng)：對(duì)于氣相反應(yīng)： a a (g) +b b (g) ee (g) + dd (g) 對(duì)于氣相反應(yīng)，用物質(zhì)的平衡分壓表示氣態(tài)可

11、逆對(duì)于氣相反應(yīng)，用物質(zhì)的平衡分壓表示氣態(tài)可逆反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù) kp。 對(duì)同一個(gè)反應(yīng)：對(duì)同一個(gè)反應(yīng)：kc 和和kp 數(shù)值可能不等，二者之?dāng)?shù)值可能不等，二者之間的關(guān)系：間的關(guān)系： kp = kc (rt) n n = (e+d) - (a+b) n = 0 kp = kc p：pa ； v：m3 ； t：k ； r=8.314jmol-1k-1 kp = pee pdd paa pbb 在某一溫度下達(dá)平衡：在某一溫度下達(dá)平衡： 注意注意：（1 1）平衡狀態(tài)，平衡體系各物質(zhì)濃度保持不變，但各）平衡狀態(tài)，平衡體系各物質(zhì)濃度保持不變，但各 物質(zhì)濃度值與初始濃度有關(guān)。物質(zhì)濃度值與初始濃

12、度有關(guān)。（2 2）平衡常數(shù)與各物質(zhì)初始濃度無(wú)關(guān)但與溫度有關(guān)。）平衡常數(shù)與各物質(zhì)初始濃度無(wú)關(guān)但與溫度有關(guān)。2-2 平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫要求和多重平衡規(guī)則平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫要求和多重平衡規(guī)則1.1.平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫要求平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫要求 反應(yīng)體系中純固體，純液體及水溶液中的水的反應(yīng)體系中純固體，純液體及水溶液中的水的濃度不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式中。如濃度不寫入平衡常數(shù)表達(dá)式中。如: cr2o72-(aq) + h2o 2 cro42-(aq) + 2h+(aq) h2o 為液相，不寫入。為液相，不寫入。 ocrhcrokc2722224-+-= = 復(fù)相反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)用復(fù)相反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)平

13、衡常數(shù)用 k 表示，即不是表示，即不是kc也不是也不是kp例：例： caco3(s) cao(s) + co2(g) 復(fù)相反應(yīng)復(fù)相反應(yīng) k = pco2 對(duì)非水溶液反應(yīng)，如有水生成或有水參加，必對(duì)非水溶液反應(yīng)，如有水生成或有水參加，必須寫上。如醋酸和乙醇的酯化反應(yīng)須寫上。如醋酸和乙醇的酯化反應(yīng): : c2h5oh + ch3cooh ch3cooc2h5 + h2o 同一化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)關(guān)系式因化學(xué)方程式同一化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)關(guān)系式因化學(xué)方程式的寫法不同而異。的寫法不同而異。kc = ch3cooc2h5 h2o ch3cooh c2h5oh n2o4(g) 2no2 (g) k1= 0.3

14、6 n2o4(g) no2(g) k2 = k11/2 = 0.60 2no2(g) n2o4(g) k3 = 1/k1 = 2.78 因此要使用與反應(yīng)方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)因此要使用與反應(yīng)方程式對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)2.2.多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則 某個(gè)反應(yīng)可以表示為兩個(gè)反應(yīng)的和某個(gè)反應(yīng)可以表示為兩個(gè)反應(yīng)的和( (或差或差) )，則總，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分反應(yīng)平衡常數(shù)之積反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分反應(yīng)平衡常數(shù)之積( (或商或商) )。這個(gè)關(guān)系稱為多重平衡規(guī)則。這個(gè)關(guān)系稱為多重平衡規(guī)則。（1） h2(g) + o2 h2o(g) k1 （2） co2(g) co(g) + o2 k2 （3） h2(g

15、) + co2(g) h2o(g) + co(g) k3 （3） = （1） + （2） 同理：同理： （1）= （3）- - （2） k1 = k3 / k2注意：在處理多重平衡關(guān)系中注意：在處理多重平衡關(guān)系中, ,所有平衡常數(shù)必須在所有平衡常數(shù)必須在 同一個(gè)溫度。同一個(gè)溫度。2-3 平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的程度平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的程度 體系達(dá)平衡時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度不再隨時(shí)間體系達(dá)平衡時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度不再隨時(shí)間而改變，這時(shí)反應(yīng)物已最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。而改變，這時(shí)反應(yīng)物已最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。 平衡常數(shù)平衡常數(shù) kc 越大，反應(yīng)進(jìn)行程度越大。越大，反應(yīng)進(jìn)行程度越大。 我們可以用轉(zhuǎn)化率我們可

16、以用轉(zhuǎn)化率 來(lái)標(biāo)志化學(xué)反應(yīng)在某個(gè)具來(lái)標(biāo)志化學(xué)反應(yīng)在某個(gè)具體條件下的完成程度。體條件下的完成程度。 k3 = = = k1 k2h2ocoh2co2h2oh2o2o2coco2 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率%=已轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的總量已轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的總量/ /反應(yīng)物起始的總量反應(yīng)物起始的總量 例：例：反應(yīng)反應(yīng) co(g)+h2o(g) co2(g)+h2(g)在在 773k 時(shí)時(shí), ,平衡常數(shù)平衡常數(shù) kc = 9，如反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，如反應(yīng)開(kāi)始時(shí)co和和h2o的濃度都是的濃度都是0.020 moll-1，計(jì)算在這條件下，計(jì)算在這條件下，co的轉(zhuǎn)化率最大是多少？的轉(zhuǎn)化率最大是多少？ 解：設(shè)平衡時(shí)解：設(shè)平衡時(shí)co2和和h2的濃

17、度為的濃度為x moll-1 co(g) + h2o(g) co2(g) + h2(g)初始濃度初始濃度: : 0.020 0.020 0 0平衡濃度平衡濃度: : 0.020-x 0.020-x x x 解得解得: :x = 0.015 (moll-1 ) 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 = 0.015/ 0.020 100 = 75 % k = = 9x2(0.020-x)2 利用同樣的方法，可以分別求得當(dāng)利用同樣的方法，可以分別求得當(dāng) kc = 4 和和 kc = 1 時(shí)，時(shí)，co的平衡轉(zhuǎn)化率分別為的平衡轉(zhuǎn)化率分別為 67% 和和 50%，可，可以說(shuō)，在其它條件相同時(shí)以說(shuō)，在其它條件相同時(shí) kc 越大，平

18、衡轉(zhuǎn)化率越高。越大，平衡轉(zhuǎn)化率越高。 雖然雖然kc和轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，但和轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，但kc與反應(yīng)物的濃度無(wú)關(guān)，只與溫度關(guān)，而轉(zhuǎn)化率則與與反應(yīng)物的濃度無(wú)關(guān)，只與溫度關(guān)，而轉(zhuǎn)化率則與反應(yīng)物的起始濃度有關(guān)。反應(yīng)物的起始濃度有關(guān)。 2-4 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 將濃度或分壓分別除以各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，即得相對(duì)將濃度或分壓分別除以各自的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，即得相對(duì)濃度或相對(duì)分壓。濃度或相對(duì)分壓。 例：例： 濃度濃度 a = 5 mol dm 3 相對(duì)濃度為相對(duì)濃度為 5dmmol1dmmol5ca33=- 故相對(duì)濃度和相對(duì)分壓都是沒(méi)有單位的量。故相對(duì)濃度和相對(duì)分壓都是沒(méi)有單位的量。

19、 平衡時(shí)，相對(duì)濃度和相對(duì)分壓當(dāng)然也將保持不變。平衡時(shí)，相對(duì)濃度和相對(duì)分壓當(dāng)然也將保持不變。10pa10013. 11pa10013. 110pp55a= 分壓分壓 pa = 10 1.013 10 5 pa 相對(duì)分壓為相對(duì)分壓為 對(duì)溶液反應(yīng)對(duì)溶液反應(yīng) aa(aq) + bb(aq) ee (aq) + dd (aq) 平衡時(shí)平衡時(shí) 對(duì)氣相反應(yīng)對(duì)氣相反應(yīng) aa(g) + bb(g) ee (g) + dd (g) 平衡時(shí)平衡時(shí) 對(duì)于復(fù)相反應(yīng)對(duì)于復(fù)相反應(yīng) caco3 (s) cao (s) + co2 (g) k 稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)bcbacadcdece)()()()(k= bpp

20、appdppepp)()()()(kbade = = =ppkco2 對(duì)于沒(méi)有氣相物質(zhì)的反應(yīng)，對(duì)于沒(méi)有氣相物質(zhì)的反應(yīng)，k 和和 k 在數(shù)值上相等，在數(shù)值上相等，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)態(tài)的值為因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)態(tài)的值為 1。但是，有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)，。但是，有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)，k 和和 k 之間經(jīng)常不相等，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)態(tài)之間經(jīng)常不相等，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)態(tài) p 1 。由于相對(duì)濃由于相對(duì)濃度、相對(duì)壓強(qiáng)均無(wú)量綱。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)度、相對(duì)壓強(qiáng)均無(wú)量綱。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) k 均無(wú)量綱。均無(wú)量綱。 解：解： 例：例： 反應(yīng)反應(yīng) a (g) 2b (g) 在某溫度達(dá)到平衡時(shí)，在某溫度達(dá)到平衡時(shí)， 各組分的分壓均為各組分的分壓均為 1.013 10

21、5 pa，求其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)，求其經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù) kp 和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) k 。 pa 10013.1pa10013.1)pa10013.1 (ppk5525a2bp=111pa510013.1pa510013.1pa510013.1pa510013.12pp2pp)()(kab= 2-5 平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的方向平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)的方向 反應(yīng)商反應(yīng)商 qi 指的是指的是濃度商（或壓力商）濃度商（或壓力商） 化學(xué)反應(yīng)任意時(shí)刻，產(chǎn)物濃度（分壓）系數(shù)次方化學(xué)反應(yīng)任意時(shí)刻，產(chǎn)物濃度（分壓）系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度（分壓）系數(shù)次方的乘積之比稱的乘積與反應(yīng)物濃度（分壓）系數(shù)次方的乘積之比稱為濃

22、度商（或壓力商），用符號(hào)為濃度商（或壓力商），用符號(hào)qc（或（或qp）表示。表示。 通過(guò)濃度商（或壓力商）與通過(guò)濃度商（或壓力商）與 kc（ 或或kp）比較，）比較，可以判斷可逆化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向?？梢耘袛嗫赡婊瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向。 qc kc 正向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行正向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 qp kp qc = kc 反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài) qp kc 逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 qp kpqc = cee cdd caa cbbqp = pe e pdd paa pbb qi k 逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行逆向反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行 5-3 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) k 和和 rg m 的關(guān)系的關(guān)系 1. 化學(xué)反

23、應(yīng)等溫式化學(xué)反應(yīng)等溫式 由于大部分的化學(xué)反應(yīng)是等溫等壓條件下進(jìn)行的，由于大部分的化學(xué)反應(yīng)是等溫等壓條件下進(jìn)行的，所以討論化學(xué)反應(yīng)等溫式的意義很大。所以討論化學(xué)反應(yīng)等溫式的意義很大。 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) aa(aq) + bb(aq) ee (aq) + dd (aq) 在某時(shí)刻，各物質(zhì)的濃度并非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，此時(shí)的反應(yīng)在某時(shí)刻，各物質(zhì)的濃度并非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，此時(shí)的反應(yīng)商為商為qi 。 化學(xué)熱力學(xué)中有如下關(guān)系式，表明化學(xué)熱力學(xué)中有如下關(guān)系式，表明 rg m、 qi 和和 rgm 三者之間的關(guān)系：三者之間的關(guān)系： rgm = rg m + rtlnqi 這就是化學(xué)反應(yīng)等溫式這就是化學(xué)反應(yīng)等溫式 利用利用化學(xué)反應(yīng)

24、等溫式可以求出化學(xué)反應(yīng)等溫式可以求出 rgm ，以做為非標(biāo)，以做為非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)。準(zhǔn)態(tài)下化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)。 0 非自發(fā)非自發(fā) 當(dāng)體系處于平衡時(shí)：當(dāng)體系處于平衡時(shí)： rgm = 0 ，同時(shí)，同時(shí) qi = k 故化學(xué)反應(yīng)等溫式故化學(xué)反應(yīng)等溫式 rgm = rg m + rtln qi 變?yōu)樽優(yōu)?0 = rg m + rtln k 即即 rg m = rtln k 或或 rg m = 2.303 rtlg k 這個(gè)式子將非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的兩種判據(jù)聯(lián)系起來(lái)：這個(gè)式子將非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的兩種判據(jù)聯(lián)系起來(lái)： qi k 時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行，時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行， 由公式得由公式得 rgm k 時(shí)，反

25、應(yīng)逆向進(jìn)行，時(shí)，反應(yīng)逆向進(jìn)行， 由公式得由公式得 rgm 0 qi = k 時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡， 由公式得由公式得 rgm = 0 將將 rg m = rtlnk 代入化學(xué)等溫式，得代入化學(xué)等溫式，得 rgm = rtlnk + rtlnqi即即 這一公式極為重要，它將兩個(gè)重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù)這一公式極為重要，它將兩個(gè)重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù) rg m 和和 k 聯(lián)系起來(lái)。聯(lián)系起來(lái)。 = = kqilnrtrgm = = kqilg2.303rtrgm或或 2. 平衡常數(shù)的求法平衡常數(shù)的求法 例：某溫度下反應(yīng)例：某溫度下反應(yīng) n2 (g) + 3h2 (g) 2nh3 (g) 達(dá)到平衡時(shí)，

26、測(cè)得達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得 nh3 = 4 mol dm3 ， n2 = 3 mol dm3 ， h2 = 9 mol dm3 ， 求求 該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù) kc 。 kc = 7.3 103 ( mol dm3 )2 3332332223)dmmol9)(dmmol3()dmmol4(hnnhkc-=解解: 例例 求求 2 no2 ( g ) n2o4 ( g ) 298 k 時(shí)的時(shí)的 k 解：查表得解：查表得 f g m ( no2 ，g ) = 51.30 kjmol 1 f g m ( n2o4，g ) = 97.82 kjmol 1 929. 1298314. 8

27、1078. 4rtmrgkln3=-= 故故 k = 6.88 rg m = f g m ( n2o4 ，g ) 2 f g m ( no2，g ) = 97.82 51.30 2 = 4.87 ( kjmol 1 )注意：注意：利用利用 rg m 通過(guò)公式求得的平衡常數(shù)一定是通過(guò)公式求得的平衡常數(shù)一定是 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) k 5-4 化學(xué)平衡的移動(dòng)化學(xué)平衡的移動(dòng) 某溫度下反應(yīng)某溫度下反應(yīng)a a b b 達(dá)到平衡達(dá)到平衡 此時(shí)此時(shí) qi = k v正正 = v逆逆 導(dǎo)致平衡移動(dòng)的原因，可以從反應(yīng)商的改變和平導(dǎo)致平衡移動(dòng)的原因，可以從反應(yīng)商的改變和平衡常數(shù)的改變兩個(gè)方面去考慮衡常數(shù)的改變

28、兩個(gè)方面去考慮 。 因?yàn)闂l件改變，舊的平衡被破壞，引起系統(tǒng)中因?yàn)闂l件改變，舊的平衡被破壞，引起系統(tǒng)中各物質(zhì)百分含量隨之改變，從而達(dá)到新平衡狀態(tài)的各物質(zhì)百分含量隨之改變，從而達(dá)到新平衡狀態(tài)的過(guò)程叫做化學(xué)平衡移動(dòng)。過(guò)程叫做化學(xué)平衡移動(dòng)。 化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡. .在一定的條件下在一定的條件下, ,可可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí), , qi = k 。若改變條件，原有的。若改變條件，原有的平衡被破壞，隨之將建立新的平衡。平衡被破壞，隨之將建立新的平衡。 當(dāng)體系中加入當(dāng)體系中加入 a ， qi 的分母增大，的分母增大，qi 變小，變小，導(dǎo)致導(dǎo)致 qi k ，反應(yīng)向右進(jìn)行。

29、，反應(yīng)向右進(jìn)行。 過(guò)一段時(shí)間，又達(dá)過(guò)一段時(shí)間，又達(dá)到平衡，即平衡右移。到平衡，即平衡右移。 這是由于改變這是由于改變 qi ，使，使 qi k 造成的平衡移造成的平衡移動(dòng)。導(dǎo)致動(dòng)。導(dǎo)致 qi 變化的因素一般有濃度，壓強(qiáng)，體積等變化的因素一般有濃度，壓強(qiáng)，體積等外界條件。外界條件。 溫度的改變，將會(huì)影響反應(yīng)的溫度的改變，將會(huì)影響反應(yīng)的 rg m，因?yàn)橐驗(yàn)?rg m = rh m t rs m 同時(shí)，也導(dǎo)致同時(shí)，也導(dǎo)致 k 的變化。因?yàn)榈淖兓Ｒ驗(yàn)?rtmrgkln-= 故溫度變化，將引起故溫度變化，將引起 k 變化，使變化，使 qi k 平平衡將移動(dòng)。衡將移動(dòng)。1. 濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響濃度對(duì)化

30、學(xué)平衡的影響例：反應(yīng)例：反應(yīng) co（g）+ h2o（g） h2（g）+co2（g）在某在某 一溫度下，一溫度下，kc = 9 。若反應(yīng)開(kāi)始時(shí)。若反應(yīng)開(kāi)始時(shí) co=0.02mol/dm3，h2o=1.00mol/dm3 求求co的轉(zhuǎn)化率？的轉(zhuǎn)化率？解：設(shè)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，解：設(shè)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，h2和和co2均為均為xmol/dm3 co（g）+ h2o（g） h2（g）+co2（g） 起始起始 0.02 1.00 0 0 平衡平衡 0.02-x 1.00-x x x90.1995)0 . 1)(02. 0(2222=-=xxxxohcocohkc 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 = %8 .99%1000200. 00

31、1995. 0=x 與 前 題 相 比 ：與 前 題 相 比 ： c o 、 h2o 起 始 濃 度 為起 始 濃 度 為0.02moldm3時(shí)，轉(zhuǎn)化率為時(shí)，轉(zhuǎn)化率為75%， 當(dāng)當(dāng)h2o為為 1.00moldm3 時(shí)，時(shí)，co轉(zhuǎn)化率增大到轉(zhuǎn)化率增大到99.8% 。 結(jié)論結(jié)論: 增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，平增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，平衡將會(huì)向產(chǎn)物方向移動(dòng)。衡將會(huì)向產(chǎn)物方向移動(dòng)。 改變濃度將使平衡移動(dòng)，增加一種反應(yīng)物的濃改變濃度將使平衡移動(dòng)，增加一種反應(yīng)物的濃度，可使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高。度，可使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高。 這是工業(yè)生這是工業(yè)生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要措施。產(chǎn)上的一項(xiàng)重要措施。 2. 壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響 某溫度下，反應(yīng)某溫度下，反應(yīng) n2 (g) + 3 h2 (g) 2 nh3 (g)3hn2nhp223pppk= 現(xiàn)將體系的總壓擴(kuò)大現(xiàn)將體系的總壓擴(kuò)大 2 倍，試判斷平衡移動(dòng)的方向。倍，試判斷平衡移動(dòng)的方向。 pi = p總總 xi xi 不變，不變， p總總 擴(kuò)大擴(kuò)大 2 倍，倍， pi 將擴(kuò)大將擴(kuò)大 2 倍倍 達(dá)到平衡時(shí)，有達(dá)到平衡時(shí)，有 故故結(jié)論：結(jié)論：體積變化的影響可以歸結(jié)為濃度或壓強(qiáng)變化的影響。