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1、第4章化学平衡第第4 4章章 化学平衡化学平衡基本要求：基本要求：1、掌握经验和标准平衡常数的表达式；2、掌握平衡常数与平衡转化率的相关计算，熟悉运用标准平衡常数判断化学反应的方 向；3、掌握化学反应等温式、几种热力学数据间 的关系以及平衡常数的求法；4、掌握浓度、压强和温度对化学平衡的影响 以及相关计算。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态2.化学平衡化学平衡 例例CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)1473K起始分压起始分压/kPa122 122 0 0进行到进行到t，分压分压/kPa减小减小减小减小增大增大增大增大极限分压极限分压/kPa73 73
2、 49 49定义定义：一定温度下，正逆反应速率相等时，各物质的浓度或分压不再随时间变化而改变，这种状态称为化学平衡（即V正=V逆0）。（1）平衡是动态的）平衡是动态的3.化学平衡的基本特征化学平衡的基本特征 第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态（2）平衡时，系统的组成不再随时间的变化）平衡时，系统的组成不再随时间的变化 而变化。即一定条件下，平衡组成不变。而变化。即一定条件下，平衡组成不变。（3）平衡是有条件的、相对的）平衡是有条件的、相对的（4）趋向平衡是自发的）趋向平衡是自发的（5）达到平衡的途径是
3、双向的）达到平衡的途径是双向的这些特征提供了用来判断化学平衡是否达到的一种手段。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态4.1.1 经验平衡常数经验平衡常数（1）实验实验 793K H2 +I22HI编号起始浓度/molL-1平衡浓度/molL-1C(H2)C(I2)C(HI)C(H2)C(I2)C(HI)10.200 0.200 0.000.188 0.188 0.0240.01620.00 0.00 0.2000.094 0.094 0.0120.01630.100 0.100 0.1000.177 0.177 0.0230.016第第4 4章章 化学平衡化学平衡4
4、.1 化学平衡状态化学平衡状态无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从混合物开始，尽管平衡时各物质浓度不同，但是这个常量称实验平衡常数。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态（2）实验平衡常数实验平衡常数 对于任一可逆反应：aA+bB gG+hH在一定温度下达平衡时：K为化学反应的平衡常数，称为经验平衡常数或实验平衡常数。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态实验平衡常数的说明：实验平衡常数的说明：A、K有无量纲？当反应前后计量系数不相等时，K有量纲。B、K的量纲是什么？以分压表示时为分压常数，表示Kp，量纲为：以浓度表示时为浓度常数，表示
5、Kc，量纲为：第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态C、Kp与Kc的关系如何？当一气相反应达平衡时，可以由平衡浓度计算出Kc；也可由平衡分压计算出Kp。显然：由第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态（3）多重平衡规则）多重平衡规则(Law of Multiple Equilibrium)规则：若一个反应可以由几个反应相加或相减得到，则该反应的平衡常数就等于这几个反应的平衡常数之积或之商，这种关系称为多重平衡规则。对于同一化学反应，若方程式中的计量系数不同，平衡常数的表达式及其数值也要相应变化。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状
6、态化学平衡状态 例：已知例：已知298KH2(g)+S(s)H2S(g)(1)K1 =1.010-3S(s)+O2(g)SO2(g)(2)K2 =5.0106H2(g)+SO2(g)H2S(g)+O2(g)(3)K3 =?解：解：反应(1)-(2)得反应(3)K3 =2.010-10第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡状态化学平衡状态4.1.2 平衡常数与平衡转化率平衡常数与平衡转化率 1、平衡转化率概念、平衡转化率概念 在化学反应达到平衡时，已转化为生成物的反应物占该反应物起始总量的百分比。n0(A)：反应物起始总量n0(A)：达平衡时反应物的量第第4 4章章 化学平衡化学平衡4
7、.1 化学平衡状态化学平衡状态2、平衡常数与平衡转化率的关系、平衡常数与平衡转化率的关系 达平衡时，反应物已最大限度地转变为生成物，此时的平衡常数能表示反应物的最大转化限度。当平衡体系的其它条件不变时，平衡常数越大，平衡转化率越大。平衡常数和转化率都可以表示反应进行的平衡常数和转化率都可以表示反应进行的程度，但转化率与所选反应物和起始量有关。程度，但转化率与所选反应物和起始量有关。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向4.2.1 标准平衡常数标准平衡常数（1）气体反应）气体反应aA(g)+bB(g)cC(g)+d
8、D(g)p：平衡时各物质的分压；p ：标准压力（100kPa）K ：标准平衡常数，简称平衡常数。1、标准平衡常数的表示、标准平衡常数的表示第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（2）溶液反应）溶液反应aA(aq)+bB(aq)cC(aq)+dD(aq)c：平衡时各物质的浓度；c ：标准浓度，c =1molL-1；K ：标准平衡常数。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（3）多相反应）多相反应(Heterogeneous Reaction)指反应体系中存在两个以上相的反应aA(g)+bB(aq)cC(s)+dD(g)由
9、于纯固相和纯液相（含稀溶液中溶剂）的标准态是它们本身的纯物质，故物质所处的状态与标准态相比后所得的数值等于1。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向例如：例如：CaCO3(s)+2H+(aq)Ca2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)2、平衡常数表达式的特征、平衡常数表达式的特征（1）各物质均以各自的标准态为参考态）各物质均以各自的标准态为参考态若某物质是气体，则平衡分压要除以p (100kPa)。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向若某物质是溶液中某溶质，则平衡浓度要除以 c (1molL-1)。若是纯固体、纯液
10、体、稀溶液中的溶剂，不出现在表达式中。Zn(s)+2H+(aq)H2(g)+Zn2+(aq)例：例：第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（2）标准平衡常数表达式中各物质的浓度或分）标准平衡常数表达式中各物质的浓度或分压必须是反应达到平衡时的值压必须是反应达到平衡时的值aA+bBcC+dD平衡状态任意状态Q：反应商：反应商第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（3）标准平衡常数表达式必须与化学反应计量）标准平衡常数表达式必须与化学反应计量式相对应式相对应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)H2(g)+O2(g)H2O
11、(g)很明显K1 =(K2)2第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（4）K 是量纲为是量纲为1的量的量3.平衡常数的物理意义平衡常数的物理意义（1）在一定温度下，每一个平衡反应都有自己）在一定温度下，每一个平衡反应都有自己特征的平衡常数；特征的平衡常数；（2）平衡常数仅随达到平衡时的温度改变；）平衡常数仅随达到平衡时的温度改变；（3）平衡常数表达式代表在给定温度下体系）平衡常数表达式代表在给定温度下体系达到平衡的条件；达到平衡的条件；第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向（4）平衡常数的大小代表在平衡混合物中产物所）
12、平衡常数的大小代表在平衡混合物中产物所占比例的多少；占比例的多少；FK 很大，在达到平衡时，反应已基本上进行到底FK 极小，在达到平衡时，反应基本上未进行（5）平衡常数表达式能很好地表达平衡体系）平衡常数表达式能很好地表达平衡体系的动态关系；的动态关系；第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向4.2.2 判断化学反应的方向判断化学反应的方向当当Q=K时，体系处于平衡状态；时，体系处于平衡状态；当当QK时，反应向逆向进行；时，反应向逆向进行；当当QK时，时，反应向正向进行反应向正向进行。通过比较平衡常数K和某一时刻的反应商Q的大小来判断该时刻反应进行的方向。例
13、题：某温度下8.0molSO2和4.0molO2在 密闭的容器中反应生成SO3气体，测得起始时和平衡时(T不变)系统的总压力分别为300kPa和220kPa。计算在该温度下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的标准平衡常数和SO2的转化率。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向解：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)n总n(起始起始)/mol 8.0 4.0 0 12n(平衡平衡)/mol 8.0-x 4.0-x/2 x 12-x/2解得 x=6.4SO2的转化率=x/8=0.8100%=80%第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应
14、进行的方向化学反应进行的方向达到平衡：n总=12.0-x/2=8.8mol各组分分压：第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向例题：己知反应：CO+H2OCO2+H2 在密闭容器中建立平衡，在749K时该反应的平衡常数K=2.6。(1)求n(H2O)/n(CO)为1时，CO的转化率；(2)求n(H2O)/n(CO)为3时，CO的平衡转化率；(3)从计算结果了什么问题?第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向(1)设CO和H2O起始浓度均为1mol/
15、L，平衡时CO2和H2的浓度为x mol/L解：CO+H2O CO2+H2平衡时浓度（mol/L）1-x 1-x x x得 x=0.617mol/LCO的转化率为61.7%。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.2 化学反应进行的方向化学反应进行的方向(2)设CO和H2O起始浓度分别为1mol/L、3mol/L，平衡时CO2和H2的浓度为x mol/LCO+H2O CO2+H2平衡时浓度（mol/L）1-x 3-x x x得 x=0.866mol/LCO的转化率为86.6%。(3)计算结果说明：增加反应物的浓度，使平衡 向产物方向移动。增加一种反应物浓度，可 提高另一种反应物的转化率。第第4 4
16、章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系4.3K 和和 rGm 的关系的关系4.3.1 化学反应等温式化学反应等温式Vant Hoff化学反应等温方程式rGm=rGm+RTlnQaA(aq)+bB(aq)cC(aq)+dD(aq)rGm=rGm+2.303RTlgQ第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系平衡时 rGm=0GmrKRTlg2.303-=RTK2.303G-lgmr=等温方程极为重要，它将两个重要的热力学数据 rGm 和 K 联系起来。为得到一些化学反应的平衡常数K 提供了可行的方法。SI制的标准平衡常数是用上式定义的
17、制的标准平衡常数是用上式定义的rGm=-2.303RTlgK +2.303RTlgQQ K or rGm K or rGm 0，逆反应自发进行；Q=K or rGm=0，反应处平衡状态。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系即 若已知任意浓度和 K ，用比较 Q 和 K 大小判断；若已知任意浓度和rGm，用上式来判断。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系4.3.2 几种热力学数据之间的关系几种热力学数据之间的关系 rG m(298)rH m(298)rH m(T)rS m(298)rS m(T)rH m(T)T rS
18、 m(T)rG m(T)rGm(298)=rG m(298)+298RlnQ rGm(298)rGm(T)公式公式?第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系化学平衡的有关计算基本步骤：1、写出并配平化学反应方程式，注明其聚集状态；2、写出反应物的其始浓度或分压；3、写出各物质的平衡浓度或分压；4、写出平衡常数表达式；5、将各种物质的平衡浓度或分压代入平衡常数表达 式中；6、解相应的方程。关键是搞清楚各物质的变化量之比即为反应式中各物质的化学计量数之比。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系例：例：将 1.2 mol SO
19、2 和 2.00 mol O2 的混合气体，在 800K 和101.325 kPa 的总压力下，缓慢通过 V2O5 催化剂使生成SO3，在恒温恒压下达到平衡后，测得混合物中生成的 SO3 为1.10 mol。试利用上述实验数据求该温度下反应 2SO2+O2=2SO3 的K ，rGm 及SO2 的转化率，并讨论温度、总压力的高低对SO2 转化率的影响。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系解解：起始时物质的量/mol 1.2 2.0 0反应中物质的量的变化/mol-1.10 -1.10/2 +1.10平衡时物质的量/mol 0.1 1.45 1.1平衡时的摩
20、尔分数 x 0.10/2.65 1.45/2.65 1.10/2.65 则平衡分压为：第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系rGm(800 K)=-RT ln K =-8.314 J.K-1.mol-1800 Kln 219 =-3.58104 J.mol-1 第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系例：计算例：计算 298K 时下列反应的时下列反应的 rHm，rSm 和和 rGm，K 。fHm/(kJmol-1)Sm/(Jmol-1K-1)0 0 -74.815.74 130.57 186.15C(s)+2H2(g)C
21、H4(g)解：解：rHm=fHm(CH4)-fHm(C)+2fHm(H2)=-74.81 kJmol-1第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系rSm=Sm(CH4)-Sm(C)+2Sm(H2)=-80.73Jmol-1K-1=-0.08kJmol-1K-1 rGm=rHm-T rSm=-50.74 kJmol-1rGm=rHm-T rSm=-50.74 kJmol-1=8.89K =7.8108第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系例：将例：将 1.0mol H2 和和1.0mol I2 放入放入 10 升容器升容器中
22、，使其在中，使其在 793 K 达到平衡，经分析平衡体系中达到平衡，经分析平衡体系中 HI 为为 0.12 mol，求反应在，求反应在 793 K 时的时的K 。解：解：H2(g)+I2(g)2HI(g)起始物质的量/mol 1.0 1.0 0平衡物质的量/mol 1.0-(0.12/2)1.0-(0.12/2)0.12pV=nRT第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系=0.016 第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系例：例：298K，三种气体，三种气体NO、Br2、NOBr放放入同一容器中，气体混合的瞬间其分压分别
23、为入同一容器中，气体混合的瞬间其分压分别为p(NO)=16.16kPap(Br2)=10.10kPap(NOBr)=80.8kPa判断三种气体开始混合时下列反应进行的判断三种气体开始混合时下列反应进行的方向。方向。解：解：NOBr(g)NO(g)+Br2(g)f Gm/(kJmol-1)92.4 86.57 3.142第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.3 K和和r rG Gm m的关系的关系rGm(T)=rGm(T)+2.303RTlgQrGm(T)=1/23.142+86.57 kJmol-1-82.42 kJmol-1=5.72 kJmol-1rGm(T)=5.72kJmol-1+2.3
24、038.314 kJmol-1K-110-3298Klg0.05=-1.71kJmol-10 可自发进行可自发进行第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动(Shift of Chemical Equilibrium)因条件的改变使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动。1848年，法国科学家年，法国科学家Le Chatelier提出：提出：如果改变平衡系统的条件之一（浓度、压力和温度），平衡就向能减弱这种改变的方向移动。Le Chatelier 原理只适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统。第第4
25、4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动4.4.1 浓度对平衡的影响浓度对平衡的影响前提前提：温度不变，则K 不变。发生的变化发生的变化：增加反应物浓度或减少生成物浓度。平衡移动的判据平衡移动的判据rGm(T)=-2.303RTlgK +2.303RTlgJ第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动分析分析rGm(T)=-2.303RTlgK +2.303RTlgQ旧平衡旧平衡 Q=K平衡被破坏：增加反应物浓度或减少生成物浓度，QK ，G0，正向移动，直到K =Q，建立新平衡为止。增加反应物浓度，平衡向减少反应物浓度的增加反应物浓度，平衡向减少反应
26、物浓度的方向（右）移动，反之亦然。方向（右）移动，反之亦然。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动4.4.2 压强对平衡的影响压强对平衡的影响1.总压改变（或体积改变）引起压力的变化总压改变（或体积改变）引起压力的变化前提前提：温度不变，则K 不变。发生的变化发生的变化：总压增大。平衡移动的判据平衡移动的判据rGm(T)=-2.303RTlgK +2.303RTlgQ第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动分析分析rGm(T)=-2.303RTlgK +2.303RTlgQ旧平衡旧平衡 Q=K N2+3H2 2NH3第第4 4章章 化学
27、平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动平衡被破坏：增加总压一倍QK ，G0，升温 T2 T1，K2 K1平衡向降低温度即吸热方向移动。放热反应：rHm T1，K2 K1平衡向逆方向即吸热方向移动。催化剂不能使化学平衡发生移动。催化剂不能使化学平衡发生移动。第第4 4章章 化学平衡化学平衡4.4 化学平衡的移动化学平衡的移动催化剂使正、逆反应的活化能减小相同的量，同等倍数增大正、逆反应速率系数，但不能改变标准平衡常数，也不改变反应熵。催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。第五章第五章第2题第13题第15题第17题第20题第22题第第4 4章章 化学平衡化学平衡本章习题本章
28、习题A）升高温度B）减小体积C）减少Sn的量D）通入氮气1.在某一温度与体积下，反应在某一温度与体积下，反应Sn(s)+2Cl2(g)SnCl4(g)达到平衡，且该反应自左向右进行是放热的，达到平衡，且该反应自左向右进行是放热的，则下列措施中（则下列措施中（）有利于增加）有利于增加SnCl4的量。的量。第第4 4章章 化学平衡化学平衡自检测习题自检测习题2.反应反应MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl(aq)Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)的标准平衡常数的标准平衡常数 K 的表示式为（的表示式为（）第第4 4章章 化学平衡化学平衡自检测习题自检测习题A）p(NO)=p(Cl2)
29、B）p(NO)=p(NOCl)C）p(NO)p(Cl2)3.某容器中加入相同物质的量的某容器中加入相同物质的量的NOCl和和Cl2，在一定温度下发生反应，在一定温度下发生反应NO(g)+Cl2(g)NOCl(g)平衡时，有关各物种分压的结论正确的平衡时，有关各物种分压的结论正确的是（是（）第第4 4章章 化学平衡化学平衡自检测习题自检测习题A）rHm 0 和 rSm 0B）rHm 0C）rHm 0 和 rSm 0 D）rHm 0 和 rSm 04.反应反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在高温时正反应自发进行，其逆反应在在高温时正反应自发进行，其逆反应在298K时为自发的，则逆反应的时为自发的，则逆反应的rHm与与rSm是（）是（）第第4 4章章 化学平衡化学平衡自检测习题自检测习题此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!