03 第三章 化学平衡.ppt

第1页：第三章 化学平衡 本章目录

第三章 化学平衡，本章包含以下各节：

• 可逆反应与化学平衡
• 标准平衡常数
• 标准平衡常数的应用
• 化学平衡的移动

第2页：第一节 可逆反应与化学平衡

第一节 可逆反应与化学平衡，本节主要内容包括：

• 可逆反应
• 化学平衡

第3页：可逆反应

一、可逆反应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。实际上，大多数反应不能进行到底，只有一部分反应物转变为产物。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。为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“”代替“”或“”。在可逆反应中，把从左向右进行的反应称为正向反应，从右向左进行的反应称为逆向反应。

第4页：可逆反应

二、化学平衡在可逆反应中，正向反应的反应速率与逆向反应的反应速率相等时系统所处的状态称为化学平衡。化学平衡具有以下几个基本特点：

• 正向反应的反应速率和逆向反应的反应速率相等是建立化学平衡的条件。
• 化学平衡是可逆反应进行的最大限度反应物和产物的活度都不再随时间变化，这是建立化学平衡的标志。
• 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化学平衡。。

第5页：第二节 标准平衡常数

第二节 标准平衡常数，本节主要内容包括：

• 标准平衡常数表达式
• 标准平衡常数的实验测定
• 多重平衡规则

第6页：第二节 标准平衡常数（续）

对可逆反应，在一定温度下达到化学平衡时，反应物和产物的平衡活度之间存在如下定量关系：一、标准平衡常数表达式书写标准平衡常数表达式应注意以下两点：（1）若B 为固体、纯液体或稀溶液的溶剂，则；若B 为气体,则；若B 为稀溶液中的溶质，则。

第7页：标准平衡常数表达式

（2）标准平衡常数表达式和标准平衡常数的量值与化学反应方程式有关，同一可逆反应，如果用不同的化学方程式来表示，则标准平衡常数表达式和标准平衡常数的量值不同。例题

第8页：例3-1 写出下列反应的标准平衡常数表达

例3-1 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)+2Fe2+(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：

第9页：例3-1 写出下列反应的标准平衡常数（续）

标准平衡常数可以通过实验测定。只要测定出某温度下反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力，就能计算出反应的标准平衡常数。通常是测定反应物的起始浓度或分压力及平衡时任一反应物或产物的平衡浓度或平衡分压力，根据化学反应方程式推算出其他反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力，计算出反应的标准平衡常数。例题二、标准平衡常数的实验测定

第10页：例3-2 反应在1133K时的标准平衡常

例3-2 1133K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101.0kPa和203.0kPa，平衡时CH4的分压力为13.2kPa。假定没有其他化学反应发生，计算该反应在1133K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可知各种气体的分压力正比于各自的物质的量。因此各种气体的分压力变化关系也是由化学反应方程式中的化学计量数决定的。由化学反应方程式，反应物和产物的平衡分压力分别为：

第11页：例3-2 反应在1133K时的标准平（续）

peq(H2O)=peq(CH4)=13.2kPapeq(CO)=p0(CO)－peq(CH4)=101.0kPa－13.2kPa=87.8kPapeq(H2)=p0(H2)－3peq(CH4)=203.0kPa－3×13.2kPa=163.4kPa1133 K 时，该可逆反应的标准平衡常数为：

第12页：例3-2 反应在1133K时的标准平（续）

对可逆反应0＝，温度T 时：当反应达到平衡状态时，，则：由以上两式可得：例题三、标准平衡常数与反学反应的摩尔吉布斯自由能变的关系

第13页：例3-3 温度下下列可逆反应的标准平衡常

例3-3 298.15K时,SO2(g)和SO3(g)的标准摩尔生成吉布斯自由能分别为-300.19kJ·mol-1和-371.06kJ·mol－1。计算该温度下下列可逆反应的标准平衡常数。

解：298.15K时,反应的标准摩尔吉布斯自由能变为:

第14页：反应的标准平衡常数

298.15K时，反应的标准平衡常数为：

第15页：多重平衡规则

四、多重平衡规则如果某一可逆反应可以由几个可逆反应相加或相减得到，则该可逆反应的标准平衡常数等于几个可逆反应的标准平衡常数的乘积或商。这种关系称为多重平衡规则。如果：可逆反应

• = 可逆反应
• + 可逆反应
• 则有：

第16页：多重平衡规则（续）

如果：可逆反应

• = 可逆反应
• –可逆反应
• 则有：例题

第17页：例3-4 298.15 K时，已知下列可

例3-4 298.15 K时，已知下列可逆反应：计算298.15 K 时可逆反应：的标准平衡常数。

第18页：例3-4 298.15 K时，已知下（续）

解：可逆反应

• ＋可逆反应
• –可逆反应
• 得:上述可逆反应在298.15 K 时的标准平衡常数为:

第19页：第三节 标准平衡常数的应用

第三节 标准平衡常数的应用，本节主要内容包括：

• 判断反应进行的限度
• 预测反应的方向
• 计算平衡组成

第20页：判断反应进行的限度

转化率来表示。反应物A 的平衡转化率

例题

第21页：例3-5 CH3COOH 的平衡转化率

例3-5 298.15 K 时，CH3COOH 与C2H5OH 的酯化反应的标准平衡常数=4.0。在298.15 K 时将2.0 mol CH3COOH 与2.0 mol C2H5OH 在容器中混合，试计算CH3COOH 的平衡转化率。

解：酯化反应为：CH3COOH(aq) + C2H5OH(aq) CH3COOC2H5(aq) + H2O(aq) 若混合后溶液总体积为V，且假定在反应过程中体积不发生变化，设平衡时生成xmol CH3COOC2H5，则CH3COOH 和C2H5OH 的平衡物质的量均为(2.0–x)mol, CH3COOC2H5 和H2O 的平衡物质的量均为xmol。该酯化反应的标准平衡常数表达式为：

第22页：例3-5 CH3COOH 的平衡转化（续）

将已知数据代入得：CH3COOH 的平衡转化率为：

第23页：例3-5 CH3COOH 的平衡转化（续）

例题当时，可逆反应处于平衡状态；在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小，就能预测反应的方向。当时，可逆反应正向自发进行；当时，可逆反应逆向自发进行。二、预测反应的方向

第24页：例3-6 判断可逆反应进行的方向

例3-6 已知298.15K时，可逆反应：Pb2+(aq) + Sn(s)Pb(s) + Sn2+(aq)的标准平衡常数，若反应分别从下列两种情况开始，试判断可逆反应进行的方向。（1）Pb2+和Sn2+的浓度均为0.10mol·L-1；（2）Pb2+的浓度为0.10mol·L-1，Sn2+的浓度为1.0mol·L-1。

解：（1）反应商为：

第25页：例3-6 判断可逆反应进行的方向（续）

由于因此在298.15K时反应正向自发进行。（2）反应商为：由于因此在298.15 K 时反应逆向自发进行。

第26页：计算平衡组成

三、计算平衡组成标准平衡常数确定了反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力之间的关系。因此，利用标准平衡常数可以计算反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力。例题

第27页：例3-7 CO和CO2的平衡分压力

例3-7 在1000℃时，下列可逆反应：FeO(s) + CO(g)Fe(s) + CO2(g)的标准平衡常数如果在CO的分压力为6000kPa的密闭容器加入足量的FeO，计算CO和CO2的平衡分压力。

解：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)p0/kPa60000+xpeq/kPa6000-xx

第28页：例3-7 CO和CO2的平衡分压力（续）

反应的标准平衡常数表达式为：将平衡分压力和标准平衡常数数值代入得：CO 和CO2 的平衡分压力分别为：

第29页：第四节 化学平衡的移动

第四节 化学平衡的移动，本节主要内容包括：

• 浓度对化学平衡的影响
• 压力对化学平衡的影响
• 温度对化学平衡的影响

第30页：浓度对化学平衡的影响

一、浓度对化学平衡的影响对于稀溶液中进行的可逆反应，在等温、等压下达到平衡时：当增大反应物浓度或减小产物浓度时，反应商减小，使，化学平衡正向移动。当减小反应物的浓度或增大产物浓度时，反应商增大，使，化学平衡逆向移动。浓度对化学平衡的影响可归纳如下：增大反应物浓度或减小产物浓度，化学平衡向正反应方向移动；增大产物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。

第31页：反应物或产物分压力变化对平衡的影响

（一）反应物或产物分压力的变化对化学平衡的影响在等温、等容条件下，改变平衡系统中任何一种反应物或产物的分压力，必然使，导致化学平衡发生移动。当增大反应物的分压力或减小产物的分压力，反应商减小，使，化学平衡向正向反应方向移动。减小反应物的分压力或增大产物的分压力，反应商增大，使，化学平衡向逆向反应方向移动。二、压力对化学平衡的影响

第32页：反应物或产物分压力变化对平衡的影响（续）

气体分压力的改变对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件不变的情况下，增大反应物的分压力或减小产物的分压力，化学平衡向正向反应方向移动；增大产物的分压力或减小反应物的分压力，化学平衡向逆向反应方向移动。

第33页：体积改变引起压力的变化对化学平衡

（二）体积改变引起压力的变化对化学平衡的影响可逆反应达到平衡时：在等温条件下，将系统的体积压缩到原来的1/N(N>1),系统的总压力就增大到为原来的N 倍,反应物和产物的分压力均增大到为原来的N 倍，分压力由增大到。此时反应商为：

第34页：体积改变引起压力的变化对化学平衡（续）

若，则，缩小体积增大压力时，化学平衡不发生移动。若，则，缩小体积增大压力时，化学平衡向正向反应方向移动，即向气体分子总数减少的方向移动。若，则，缩小体积增大压力时，化学平衡向逆向反应方向移动，即向气体分子总数减少的方向移动。

第35页：体积改变引起压力的变化对化学平衡（续）

同理，在等温条件下，使系统的体积膨胀到原来的N倍(N > 1)，系统的总压力就减小到为原来的1/N，反应物和产物的分压力由减小到。此时反应商为：

第36页：体积改变引起压力的变化对化学平衡（续）

若，则，增大体积减小压力时，化学平衡不发生移动。若，则，增大体积减小压力时，化学平衡向逆向反应方向移动，即向气体分子总数增加的方向移动。若，则，增大体积减小压力时，化学平衡向正向反应方向移动，即向气体分子总数增加的方向移动。

第37页：体积改变引起压力的变化对化学平衡（续）

改变反应系统的体积引起总压力的变化对化学平衡的影响归纳如下：在一定温度下，缩小反应系统的体积，总压力增大，化学平衡向气体分子总数减小的方向移动；增大反应系统的体积，总压力减小，化学平衡向气体分子总数增大的方向移动；对于的反应，当体积变化而改变总压力时，不能使化学平衡发生移动。

第38页：惰性气体对化学平衡的影响（1）

• 惰性气体对化学平衡的影响
• 在温度和总压力不变条件下加入惰性气体：当可逆反应在一定温度下达到平衡时，加入惰性气体，为保持总压力不变，系统的体积相应增大，反应物和产物的分压力降低的程度相同。若，则，化学平衡向气体分子数增加的方向移动。
• 在温度和体积不变条件下加入惰性气体：可逆反应在等温、等容下达到平衡后，加入惰性气体，系统的总压力增大，但反应物和产物的分压力不变，，化学平衡不发生移动。

第39页：温度对化学平衡的影响

三、温度对化学平衡的影响们之间的关系为：将上式对T 微分得：对于吸热反应，，则，当温度升高时，增大( )，使，化学平衡向正反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时，减小( ）使，化学平衡向逆反应(放热反应）方向移动。可逆反应的标准平衡常数是温度的函数，它，

第40页：温度对化学平衡的影响（续）

对于放热反应，，则，当温度升高时，减小，使，化学平衡向逆向反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时，增大，使，化学平衡向正向反应（放热反应）方向移动。温度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件一定时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。标准平衡常数与温度之间的定量关系为例题

第41页：例3-8 1128K时CaCO3的分解压

例3-8 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109.32kJ·mol-1。计算1128K时CaCO3的分解压力。解：CaCO3分解反应为：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)1048K时，CaCO3分解反应的标准平衡常数为：

第42页：CaCO3 分解反应的标准平衡常数

1128 K 时CaCO3 分解反应的标准平衡常数为：1128 K 时CaCO3 分解压力为：