第三章化學(xué)平衡

第三章化學(xué)平衡Chapter3ChemicalEquilibrium甘肅中醫(yī)學(xué)院張浩波制作本章要求：掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示和相關(guān)計(jì)算熟悉化學(xué)平衡的特征和轉(zhuǎn)化率的概念；熟悉多重平衡規(guī)則了解濃度、壓力、溫度等因素對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響一、可逆反應(yīng)二、化學(xué)平衡1）化學(xué)平衡的定義；2）特點(diǎn)三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)1）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式；2）多重平衡規(guī)則四、化學(xué)平衡的計(jì)算一、化學(xué)反應(yīng)的可逆性

有些化學(xué)反應(yīng)幾乎能進(jìn)行到底，反應(yīng)物基本上能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這些幾乎進(jìn)行到底的反應(yīng)稱為不可逆反應(yīng)，例如反應(yīng)：

實(shí)際上，大多數(shù)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，只有一部分反應(yīng)物能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這種在同一條件下能同時(shí)向兩個(gè)相反方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)（reversiblele—reaction)。在可逆反應(yīng)中，通常將從左向右進(jìn)行的反應(yīng)叫做正反應(yīng)，從右向左進(jìn)行的反應(yīng)叫做逆反應(yīng)。為了表示反應(yīng)的可逆性，在化學(xué)方程式中用“”代替“=”

或“”例如：在一定溫度下，一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣；在同樣條件下，二氧化碳和氫氣也能反應(yīng)生成一氧化碳與水蒸氣：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)二、化學(xué)平衡

在可逆反應(yīng)中，當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大限度，此時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)中的各物質(zhì)濃度將不再隨時(shí)間而變化。這種狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡(chemicalequilibrium)。第一節(jié)：胺類化學(xué)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)：（1）達(dá)到平衡時(shí)化學(xué)反應(yīng)正逆反應(yīng)速率相等。（2）化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)進(jìn)行的最大限度，此時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)中的各物質(zhì)濃度不再隨時(shí)間而變化。這是建立化學(xué)平衡的標(biāo)志。（3）化學(xué)平衡是相對(duì)的、有條件的動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)外界條件改變時(shí)，原來的化學(xué)平衡被破壞，直至在新條件下又建立起新的化學(xué)平衡。第一節(jié)：胺類化學(xué)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)：對(duì)可逆反應(yīng)，在一定的溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)中生成物濃度(以反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪)的乘積與反應(yīng)物濃度(以反應(yīng)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪)的乘積之比為一常數(shù)，此常數(shù)稱為化學(xué)平衡常數(shù)（equilibriumconstant），用K表示，這一規(guī)律稱為化學(xué)平衡定律。三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)）

相對(duì)平衡濃度:平衡濃度除以標(biāo)準(zhǔn)濃度()得到的比值稱為相對(duì)平衡濃度（）。（一）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式

若將平衡濃度用相對(duì)平衡濃度或相對(duì)平衡分壓（

）表示，則該常數(shù)稱作標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（standardequilibriumconstant）或熱力學(xué)平衡常數(shù)，用表示。，為標(biāo)準(zhǔn)壓力，量綱為1第一節(jié)：胺類1、稀溶液中反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù):在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度不再隨時(shí)間而變,這時(shí)的濃度稱為平衡濃度。A、D、E、F的平衡濃之間存在如下定量關(guān)系：([E]=ceq)

簡寫為：2、氣體混合物反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)對(duì)氣體混合物中的可逆反應(yīng)：3、非均相任一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，存在如下定量關(guān)系：可逆反應(yīng)：書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)有純固體、純液體參加反應(yīng)的體系:

固體物質(zhì)、純液體或稀溶液中的溶劑，其濃度不隨反應(yīng)而變化，所以可將它們的濃度視為1.CaCO3（s）

CaO（s）＋CO2（g）(2)在稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，若溶劑參與反應(yīng)，由于溶劑的量很大，濃度基本不變，可以看成一個(gè)常數(shù)，也不寫入表達(dá)式。HAc＋H2OH3O++Ac－(3)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式的數(shù)值與反應(yīng)方程式的寫法有關(guān)。(4)正、逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)互為倒數(shù)：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)SO2(g)+O2(g)SO3(g)

2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)規(guī)律?例

寫出下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：（1）N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)（2）Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)（3）ZnS(s)+2H3O+(aq)

Zn2+(aq)+H2S(g)+2H2O(l)解：上述反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式分別為：

在一定條件下，在一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中，一個(gè)或多個(gè)物種同時(shí)參與兩個(gè)或兩個(gè)以上的化學(xué)反應(yīng)，并共同達(dá)到化學(xué)平衡，稱為多重平衡。

多重平衡的基本特征是參與多個(gè)反應(yīng)的物種的濃度或分壓必須同時(shí)滿足這些平衡。

在多重平衡體系中，如果一個(gè)反應(yīng)由兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)組成。則該總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)之積。（二）多重平衡體系2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)2NO(g)＋O2(g)N2O4(g)(1)(2)(3)反應(yīng)式（1）+（2）=（3），則：例：例：已知25℃時(shí)反應(yīng)（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的

=0.45（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的

=0.051計(jì)算反應(yīng)（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的解：反應(yīng)（1）+（2）得：2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)總結(jié)：四、化學(xué)平衡的計(jì)算

平衡轉(zhuǎn)化率（）是指達(dá)到平衡時(shí)該物質(zhì)已轉(zhuǎn)化(消耗)的量與反應(yīng)前該物質(zhì)的總量之比，即：或例：肌紅蛋白（Mb）存在于肌肉組織中，具有攜帶O2的能力。肌紅蛋白的氧合作用可表示為在310.15K時(shí)，試計(jì)算當(dāng)O2的分壓力為5.15kPa時(shí)，氧合肌紅蛋白（MbO2）與肌紅蛋白的平衡濃度的比值。解：例：55℃、100kPa時(shí)N2O4部分分解成NO2，系統(tǒng)平衡混合物的平均摩爾質(zhì)量為61.2g·moL-1，求：(1)N2O4的解離度和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(328K)；(2)計(jì)算55℃系統(tǒng)總壓力為10kPa時(shí)N2O4的離解度。（已知M(NO2)=46g/mol）。

（1）設(shè)平衡時(shí)系統(tǒng)中N2O4的摩爾分?jǐn)?shù)為x，則NO2的摩爾分?jǐn)?shù)為1-x，由題意得：92x+（1-x）46=61.2

解：反應(yīng)為N2O4(g)2NO2(g)得：x=0.33故=33kPa；=67kPa平衡時(shí)消耗N2O4為×67kPa＝33.5kPa（2）設(shè)55℃時(shí)，系統(tǒng)中p（N2O4）=ykPa；則p（NO2）=（10-y）kPa得：y=0.64kPa消耗N2O4為×9.36kPa＝4.68kPa

=0.64kPa；=9.36kPa一、可逆反應(yīng)

定義和表示二、化學(xué)平衡1）化學(xué)平衡的定義；2）三個(gè)特點(diǎn)三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)1）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式的寫法2）多重平衡規(guī)則的運(yùn)用四、化學(xué)平衡的計(jì)算

轉(zhuǎn)化率的計(jì)算

一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響二、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響1）改變分壓對(duì)化學(xué)平衡的影響

2）改變總壓對(duì)化學(xué)平衡的影響3）惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響范特霍夫(Van’tHoff)方程化學(xué)平衡是反應(yīng)系統(tǒng)在特定條件下達(dá)到的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，一旦反應(yīng)條件(如濃度、壓力、溫度等)發(fā)生改變，原有的平衡狀態(tài)就被破壞，平衡常數(shù)將會(huì)發(fā)生變化，反應(yīng)將自發(fā)地正向或逆向進(jìn)行，直至在新的條件下建立新的平衡，這種因反應(yīng)條件的改變使化學(xué)反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)的現(xiàn)象稱為化學(xué)平衡的移動(dòng)(shiftofchemicalequilibrium)。一定溫度下,對(duì)于可逆反應(yīng)在任意狀態(tài)濃度下反應(yīng)商：一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響濃度商

在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物濃度或減小產(chǎn)物濃度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大產(chǎn)物濃度或減小反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。(1)當(dāng)

，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡；(2)當(dāng)

，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，平衡應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，直至平衡；(3)當(dāng)

，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡，平衡應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行，直至平衡

。

由于壓力對(duì)固體和液體體積的影響極小，所以壓力改變對(duì)固體和液體反應(yīng)的平衡體系幾乎沒有影響。對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，壓力改變可能使平衡發(fā)生移動(dòng)。壓力改變有兩種情況：一是改變某氣體的分壓；二是改變體系的總壓力。

1.如果改變某氣體的分壓,則與改變其物質(zhì)濃度的情況相同。

二、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響（1）反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)

如反應(yīng):

平衡不發(fā)生移動(dòng)2.改變體系的總壓力。當(dāng)平衡體系壓力增大或減小到原來的n倍時(shí)，則各組分分壓也增大或減小到原來分壓的n倍，于是CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)（2）反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的反應(yīng)如反應(yīng)：達(dá)平衡時(shí)：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

若平衡體系壓力增大到原來的2倍時(shí)，則各組分分壓也增大到原來分壓的2倍，于是平衡正向移動(dòng)可見，在等溫條件下，增大體系總壓力，平衡將向氣體分子數(shù)目減小的方向移動(dòng)；減小體系總壓力，平衡將向氣體分子數(shù)目增多的方向移動(dòng)。同理，若平衡體系壓力減小到原來的1/2倍時(shí)，則各組分分壓也增大到原來分壓的1/2倍，于是有平衡逆向移動(dòng)3.惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響(1)在定溫定容條件下，向已達(dá)到平衡的反應(yīng)系統(tǒng)中加入惰性氣體將使系統(tǒng)的總壓增大，由于加入的惰性氣體并未改變系統(tǒng)的體積，因此各分壓不變，，平衡不發(fā)生移動(dòng)。(2)在定溫定壓條件下，向已達(dá)到平衡的反應(yīng)系統(tǒng)中加入惰性氣體，為了維持系統(tǒng)總壓不變，系統(tǒng)的體積必須增大，此時(shí)系統(tǒng)中各組分氣體的分壓下降，平衡將向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，主要是影響平衡常數(shù)的值，這與濃度、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響有本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變T、影響，而影響的程度又與的符號(hào)有關(guān)。通過熱力學(xué)推導(dǎo)，得：上式即為范特霍夫方程式。它表明了溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響也與化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)。（1）.若反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則為正值:

A：升高溫度：T2—T1

＞0，

B：降低溫度：T2—T1＜

0，降低溫度，值減小，平衡將向逆反應(yīng)方向，即放熱反應(yīng)方向移動(dòng)升高溫度使

值增大，即反應(yīng)向正反應(yīng)方向（2）.若反應(yīng)是放熱反應(yīng)，

則為負(fù)值，結(jié)果相反。結(jié)論：溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響是，升高溫度，平衡將向吸熱方向移動(dòng)；而降低溫度，平衡將向放熱方向移動(dòng)。法國的化學(xué)家呂?查德里（LeChatelier）原理：假如改變平衡系統(tǒng)的條件之一，如溫度、壓力、濃度等，平衡就向能減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。這個(gè)規(guī)律叫做呂?查德里原理，也叫做平衡移動(dòng)原理。呂·查德里（LeChatelier，1850-1936），法國化學(xué)家小結(jié)一、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響二、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響三、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響1）