化学平衡 hemical Equilibrium 下页返回退出
下页 退出 无机化学 返回 8章 化学平衡 Chemical Equilibrium
基本内容和重点要求 81化学反应的可逆性和化学平衡 8,2平衡常数 83标准平衡常数K与△Gn的关系 84化学平衡的移动 重点要求理解平衡常数和的意义及其与吉布斯自由能 (AG0)的关系,AG°=-RTnK°;掌握化学反应等温 式, Vant Hoff方程ΔG=△Gn+ RTIn Q的意义及其相关的 计算与应用。利用函数AG°或AG判断标准态及非标准态 下化学反应的方向性;掌握温度、压力、浓度、催化剂对化 学平衡移动的影响以及平衡移动原理 上页下页返回退出
上页 下页 退出 基本内容和重点要求 返回 重点要求理解平衡常数Kө的意义及其与吉布斯自由能 （ΔrGm ө）的关系，ΔrGm ө＝－RTln Kө ；掌握化学反应等温 式，Van’t Hoff方程ΔrG＝ΔrGm ө ＋RTln Q的意义及其相关的 计算与应用。利用函数ΔrGm ө或ΔrG判断标准态及非标准态 下化学反应的方向性；掌握温度、压力、浓度、催化剂对化 学平衡移动的影响以及平衡移动原理 8.1 化学反应的可逆性和化学平衡 8.2 平衡常数 8.3 标准平衡常数Kө与ΔrGm ө的关系 8.4 化学平衡的移动
8.1化学反应的可逆性和化学平衡 1.化学反应的可逆性:在一定条件下,一个化学反应既可按反应 方程式从左向右进行,又可以从右向左进行。例如: CO(g)+H2o(g)+C02(g)+H2() Ag(ag)+ Cl(ag)+AgCl(s) 2.可逆反应的普遍性:几乎所有的化学反应都有可逆性,但各个 化学反应的可逆程度有很大差别。即使同一反应,不同条件下, 表现出的可逆性也不同,例如在873~1273K与42735273K的反应 2H2(g)+O2(g)4→2H2O(g) 3.化学平衡是动态平衡:所谓化学平衡状态就是在可逆反应体系 中,正反应和逆反应的速率相等时反应物和生成物的浓度不再随 时间而改变的状态。 上页下页 退出
上页 下页 退出 8.1 化学反应的可逆性和化学平衡 1. 化学反应的可逆性：在一定条件下，一个化学反应既可按反应 方程式从左向右进行，又可以从右向左进行。例如： CO(g) + H2O(g) ↔ CO2 (g) + H2 (g) Ag+ (aq) + Cl- (aq) ↔ AgCl(s) 2. 可逆反应的普遍性：几乎所有的化学反应都有可逆性，但各个 化学反应的可逆程度有很大差别。即使同一反应，不同条件下， 表现出的可逆性也不同，例如在873~1273K与4273~5273K的反应 2H2 (g) + O2 (g) ↔ 2H2O(g) 3. 化学平衡是动态平衡：所谓化学平衡状态就是在可逆反应体系 中，正反应和逆反应的速率相等时反应物和生成物的浓度不再随 时间而改变的状态
82平衡常数 8.2.1经验平衡常数 8.2.2平衡常数和化学反应的程度 8.,2.3标准平衡常数 824标准平衡常数与化学反应的方向 上页下页 退出
上页 下页 退出 8.2 平衡常数 8.2.1 经验平衡常数 8.2.2 平衡常数和化学反应的程度 8.2.3 标准平衡常数 8.2.4 标准平衡常数与化学反应的方向
82.1经验平衡常数 参与反应的物质按一定比例组成反应混合物。平衡时,各组分的浓度 不再改变。但反应混合物的组成不同时,平衡体系的组成并不相同。看如 下的反应数据 1473K CO2 (g)+h2(g) co(g)+h,o(g) 起始浓度/ moldm-3 平衡浓度/ moldn-3 CO CO H, CO2 H CO HO 1)0.010.010 0 0.0040.0040.0060.006 2.3 2)0.010.020 0.00220.01220.00780.007823 3)0.010.010.0010 0.00410.00410.00690.005924 00.020.020.00820.00820.01180.011821 上页下页 退出
上页 下页 退出 8.2.1 经验平衡常数 参与反应的物质按一定比例组成反应混合物。平衡时，各组分的浓度 不再改变。但反应混合物的组成不同时，平衡体系的组成并不相同。看如 下的反应数据： 1473K CO2 H2 CO H2O CO2 H2 CO H2O 1 ) 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006 2.3 2 ) 0.01 0.02 0 0 0.0022 0.0122 0.0078 0.0078 2.3 3 ) 0.01 0.01 0.001 0 0.0041 0.0041 0.0069 0.0059 2.4 4 ) 0 0 0.02 0.02 0.0082 0.0082 0.0118 0.0118 2.1 CO2 ( g ) + H2 ( g ) CO ( g ) + H2O ( g ) 起始浓度 / mol·dm－ 3 平衡浓度 / mol·dm－ 3
ICOJH2O 尽管平衡组成不同,但 的值是不变的。 [CO2][H2] 对于化学计量数不全是1的反应,如 2HI (g) H2(g)+l2(g) 平衡时,HI2 的值保持一定。 THII 对于一般可逆反应aA+ bB-gG+hH 平衡时,GFH K,K是平衡常数 [A][B K称为经验平衡常数(或实验平衡常数)。 从经验平衡常数K的表达式中可以看出,K的单位是: mol dm 31(g+h)-(a+b) 即为浓度的某次幂。当(g+h)=(a+b)时,K无单位
对于化学计量数不全是 1 的反应，如 尽管平衡组成不同，但 的值是不变的。 [CO ][H ] [CO][H O] 2 2 2 2 HI ( g ) —— H2 ( g ) + I2 T ( g ) 平衡时， 2 的值保持一定。 2 2 [HI] [H ][I ] 对于一般可逆反应 T a A + b B —— g G + h H 平衡时， K ， K 是平衡常数。 [A] [B] [G] [H] a b g h = K 称为经验平衡常数（或实验平衡常数）。 从经验平衡常数 K 的表达式中可以看出，K 的单位是： [ mol · dm － 3 ] ( g + h ) － ( a + b ) 即为浓度的某次幂。 当 ( g + h ) = ( a + b ) 时， K 无单位
气相反应, aa(g)+bb(gtgg(g)+ hh(g) 平pu= PAiR, 对于气相反应,既有K。,也有Kn,表达的是同一平衡 态,但数值可以不同。 K。和K之间可以相互换算,相关的式子有: p R p=(n/V)RTp=cRTc为浓度 K和K一般不相等,但表示同一平衡,二者有固定的关系: Kn=K。(RT)△n
T 气相反应， a A( g ) + b B ( g ) —— g G ( g ) + h H ( g ) 平衡时， b p B a A h H g G K [p ] [p ] [p ] [p ] = 对于气相反应，既有Kc ， 也有 Kp ，表达的是同一平衡 态，但数值可以不同。 Kc 和 Kp 之间可以相互换算，相关的式子有： pV = nRT p = ( n / V ) RT p = cRT c 为浓度 Kp和Kc一般不相等，但表示同一平衡，二者有固定的关系： Kp = Kc (RT) n
在书写K,或K,表达式时,只写浓度或分压可变的溶液相和 气相,纯固态和纯液态物质,不写入 如CaCO3(s) Cao(s)+ co2(g) Kn=pco,固相不写入。 Cr2o,(aq)+ H2O(D) 2 CrO4(aq)+2H(ag) Kc=LCro42P[H+1 H2O为液相,不写入。 [Cr2O72-] 注意下列平衡常数之间的关系 N2+3H2 2 NH3 K [NH3] N2[H2 I2N2+3/2H2 NH 3 Kc [NH3] [N2] 1/2 [H2] 3/2
在书写 Kc 或 Kp 表达式时，只写浓度或分压可变的溶液相和 气相，纯固态和纯液态物质，不写入。 Cr2O7 2 － ( aq ) + H2O ( l ) 2 CrO4 2 － ( aq ) + 2 H+ ( aq ) [Cr O ] [CrO ] [H ] Kc 2 2 7 2 2 2 4 − − + = H2O 为液相，不写入。 注意下列平衡常数之间的关系 N2 + 3 H2 2 NH3 1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 3/ 2 2 1/ 2 2 3 3 2 2 2 3 [N ] [H ] [NH ] Kc' [N ][H ] [NH ] Kc" = = 如 CaCO3 ( s ) CaO ( s ) + CO2 ( g ) Kp = pCO2 固相不写入
K。"=(K。)2,计量数扩大2倍,K乘2次方。 正反应aA←bB K"= BI AI 逆反应bB←aA B,K′=1 A K K 互逆反应,其平衡常数互为倒数 NO 2 NO+ O2 2 NO2 (1)K [NO]2[O2] 2 NO NO (2)K [N2O INO 2No+0 N,O (3)K3 [N2O4] INO TO2 (1)+(2)得(3),而K3=K1·K2 反应方程式相加(减),平衡常数相乘(除)
正反应 a A b B K" 1 , K' [B] [A] K" [A] [B] K' b a a b = = = 逆反应 b B a A 互逆反应，其平衡常数互为倒数 2 NO + O2 2 NO2 ( 1 ) 2 NO2 N2O4 ( 2 ) [NO] [O ] [N O ] K [NO ] [N O ] K [NO] [O ] [NO ] K 2 2 2 4 3 2 2 2 4 2 2 2 2 2 1 = = = 2 NO + O2 N2O4 ( 3 ) 反应方程式相加( 减 )，平衡常数相乘( 除 ) ( 1 ) + ( 2 ) 得 （3），而 K3 = K1 · K2 。 Kc = ( Kc ) ′′ ′ 2 ， 计量数扩大2 倍， K 乘 2 次方
82.2平衡常数和化学反应的程度 例反应CO(g)+H2O(g) H2(g)+ co2(g) 某温度时,K=9。CO和H2O的起始浓度皆为0.02 moldm 3时,求CO的平衡转化率。 解:CO(g)+H2O(g)—H2(g)+CO2(g) 0.02 0.02 平0.02-x0.02-X K [H2CO2 COIH2O](0.02-x) 上页下页 退出
上页 下页 退出 8.2.2 平衡常数和化学反应的程度 例 反应 CO ( g ) + H2O ( g ) —— H2 ( g ) + CO2 ( g ) 某温度时，Kc = 9。 CO 和 H2O 的起始浓度皆为 0.02 mol·dm －3 时，求 CO 的平衡转化率。 解: CO ( g ) + H2O ( g ) —— H2 ( g ) + CO2 ( g ) t0 0.02 0.02 0 0 t平 0.02－x 0.02－x x x 9 [ ][ ] (0.02 ) [ ][ ] 2 2 2 2 2 = − = = x x CO H O H CO Kc