第八化学平衡

第八化学平衡2023/3/202§8-1化学反应的可逆性和化学平衡一、可逆反应在同一条件下，同时可向正、逆两个方向进行的反应。1.绝大多数化学反应都具有可逆性，只是可逆程度有所不同。2023/3/2032.同一反应，在不同条件下的可逆性也是不同的878-1273K时，正反应占绝对优势4273-5273K时，逆反应占绝对优势3.少数反应在一定条件下不可逆2023/3/204二、化学平衡

热力学分析：△rGm<0,正向反应自发进行。随反应的进行，∑△G（反应物）降低，∑△G（生成物）增大，至△rGm=0，达平衡。动力学分析：始，C（反应物）＞C（生成物），∴ν（正）＞ν（逆）；随反应的进行，C（反应物）降低，ν（正）降低，至ν（正）=ν（逆），平衡。2023/3/2052023/3/206三、化学平衡的特征1.ν（正）=ν（逆）。外界条件不变，各物质的量不变；2.动态平衡。单位时间内，各物质的消耗量与生成量相等；3.有条件的平衡。外界条件改变，平衡被破坏。化学平衡是可逆反应的最终状态，也是反应进行的最大限度。2023/3/207§8-2平衡常数一、经验平衡常数二、平衡常数与化学反应的程度三、标准平衡常数四、标准平衡常数与化学反应的方向2023/3/208一、经验平衡常数1.Kc与Kp----经验平衡常数[X]：平衡浓度mol·dm-32023/3/209气相反应：Pi─平衡分压单位paKp与Kc的关系:由PV=nRT推出Kp=Kc(RT)(g+h)-(a+b)P:atm;C:mol·dm-3;R:0.082062023/3/20102.K的意义（1）K是衡量反应所能达到的限度的平衡常数同类型反应，给定条件下，K值越大，表示正向反应进行的越完全。K：←10-7─107→

逆向较完全可逆反应正向较完全（2）温度一定，K为定值，与浓度无关。不同反应有不同的K值。2023/3/20113.书写平衡常数应注意问题（1）稀水溶液中水的浓度不写；非水溶液中进行的反应，有水参加或生成，水浓度要写。（2）纯固体或纯液体的浓度不写进K的表达式Kp=P(CO2)2023/3/2012（3）K的书写形式要与方程式的书写形式相符K1=K22=1/K32023/3/20134.多重平衡规则两个化学方程式相加或相减，所得新化学方程式的平衡常数，可由原来的两个化学方程式的平衡常数相乘或相除得到。2023/3/2014二、平衡常数与化学反应的程度用平衡转化率衡量反应进行的程度P311

例8-1(注意解题步骤）平衡常数越大，平衡转化率越高2023/3/2015三、标准平衡常数Cθ=1mol·dm-3标准浓度Pθ=100kpa

标准大气压2023/3/2016

不论是溶液中的反应、气相反应还是复杂反应，Kθ均无量纲。液相反应的Kc与Kθ数值相等，气相反应的Kp与Kθ数值一般不等。

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例8-32023/3/2017四、标准平衡常数与化学反应的方向反应商Q任一时刻：[X]′─非平衡浓度。平衡时Q平=Kθ2023/3/2018§8-3标准平衡常数Kθ与△rGmθ的关系一、化学反应等温式某时刻：△rGm=△rGmθ+RTlnQ(1)平衡时：△rGm=0；Q=Kθ

代入(1)中*（重要）△rGmθ=-RTlnKθ＝-2.303RTlgKθ(2)(2)代入(1),△rGm=-RTlnKθ+RTlnQ

△rGm=RTln(Q/Kθ)=2.303RTlg(Q/Kθ)(3)

2023/3/2019P316

例8-2二、化学反应方向的判据△rGm=RTln(Q/Kθ)Q＜Kθ，△rGm＜0

反应正向自发进行Q＝Kθ，△rGm=0

反应达平衡状态Q＞Kθ，△rGm＞0

逆向反应自发进行2023/3/2020三、△fGmθ、△rGmθ和△rGm的关系△fGmθ：物质的标准吉布斯生成自由能，查表得到。△rGmθ：一个化学反应的标准吉布斯自由能改变量。由公式求得△rGmθ=∑νi△fGmθ(生）-∑νi△fGmθ(反）△rGmθ是化学反应在标准状态下进行的方式和方向的判据。2023/3/2021△rGm：非标准状态下，化学反应的吉布斯自由能改变量。△rGm=△rGmθ+RTlnQ△rGm

用于判断非标准状态下化学反应的方式和方向。反应达到平衡时，△rGm=02023/3/2022课堂练习：试判断下列反应：(1)298.15K,标准态下能否自发进行？(2)计算298.15K时该反应的Kθ，(3)标准态下逆向进行的最低温度。2023/3/2023解:(1)查表得△rGmθ=-33.0kJ·mol-1<0所以，298.15K，标准态下能自发进行。(2)△rGmθ=-RTlnKθ

Kθ=6.0×105(3)2NH3(g)→N2(g)+3H2(g)

△rHmθ=92.22kJ·mol-1△rSmθ=0.1987kJ·mol-1·K-1△rGmθ<0,T>△rHmθ/△rSmθ=464.1K2023/3/2024§8-4化学平衡的移动一、浓度对平衡的影响二、压强对平衡的影响三、温度对平衡的影响四、催化剂与化学平衡五、选择合理生产条件的一般原则2023/3/2025一、浓度对平衡的影响P311：例8-1；P318：例8-4结论：在恒温下，增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动。即Q＜Kθ，平衡正向移动，直至Q=Kθ。

生产中（1）为充分利用一种反应物，可加过量另一反应物；（2）分离某一生成物。2023/3/2026二、压强对化学平衡的影响压强的变化对没有气态物质参与的反应影响不大。对有气态物质参与的反应，判断依据是Q＜Kθ，△rGm＜0

反应正向自发进行Q＝Kθ，△rGm=0

反应达平衡状态Q＞Kθ，△rGm＞0

逆向反应自发进行2023/3/20271.方程式两边气体分子总数不等的反应即△n=(g+h)-(a+b)≠02023/3/2028（1）系统总压强增至原来的2倍结论：增大系统压强，平衡向气体分子数减小的方向移动。2023/3/2029（2）系统总压强减为原来的一半

结论：减小系统压强，平衡向气体分子数增多的方向移动。2023/3/20302.方程式两边气体分子总数相等的反应结论：系统总压改变，将同等程度地改变反应物和生成物的分压（降低或增加相同倍数），但Q值不变，故对平衡无影响。2023/3/20313．惰性气体的影响(1)在惰性气体存在下达到平衡后,再恒温压缩,△n≠0，平衡向气体分子数减小的方向移动,△n

=0，平衡不移动。(2)对恒温恒容下已达到平衡的反应，引入惰性气体，反应物和生成物的分压Pi不变，Q=Kθ，平衡不移动。(3)对恒温恒压下已达到平衡的反应，引入惰性气体，总压不变，体积增大，反应物和生成物分压Pi减小，如果△n

≠0，平衡向气体分子数增大的方向移动。2023/3/2032

Kθ是温度的函数，温度变化引起Kθ的变化，导致化学平衡的移动。△rGmθ=-RTlnKθ

;△rGmθ=△rHmθ-T△rSmθ-RTlnKθ=△rHmθ-T△rSmθ三、温度对平衡的影响2023/3/2033可认为△rSmθ和△rHmθ不受温度影响放热反应，△rHmθ<0温度升高，T2＞T1，K2θ＜K1θ，Kθ降低，即升温平衡向逆反应方向移动。吸热反应，△rHmθ>0温度升高，T2＞T1，K2θ＞K1θ，Kθ升高，即升温平衡向正反应方向移动。2023/3/2034四、催化剂与化学平衡催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能，同等倍数增大正、逆反应速率，但不能改变标准平衡常数。催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。结论：升温平衡向吸热方向移动降温平衡向放热方向移动2023/3/2035化学平衡移动原理

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。

化学平衡移动原理（LeChatelier原理）只适用于处于平衡状态的系统，也适用于相平衡系统。2023/3/2036补充：潮解与风化水合物晶体放在大气中，若逐渐失去结晶水，称为风化。水合物晶体若放在大气中慢慢吸收大气中的水蒸汽，而使自身溶解于其中变成溶液为潮解。水合物的饱和蒸汽压越高，越容易发生风化；反之饱和蒸汽压越低，越容易发生潮解。2023/3/2037五、选择合理生产条件的原则低温、加压有利于平衡正向移动。但低温反应速率小。在实际生产中，T=（673-793）K，30MPa，使用铁系催化剂,冷却法液化氨。△rHmθ=-92.22KJ·mol-1合成氨：2023/3/2038§8-1化学反应的可逆性和化学平衡一、可逆反应在同一条件下，同时可向正、逆两个方向进行的反应。二、化学平衡热力学分析：△rGm=0;动力学分析：ν（正）=ν（逆）。三、化学平衡的特征1.ν（正）=ν（逆）；2.动态平衡；3.有条件的平衡。本章小结2023/3/2039§8-2平衡常数一、经验平衡常数Kp=Kc(RT)(g+h)-(a+b)P:atm;C:mol·dm-3;R:0.08206二、标准平衡常数2023/3/2040§8-3标准平衡常数Kθ与△rGmθ的关系一、化学反应等温式△rGmθ=-RTlnKθ＝-2.303RTLgKθ△rGm=RTln(Q/Kθ)=2.303RTLg(Q/Kθ)二、化学反应方向的判据

△rGm=RTln(Q/Kθ)Q＜Kθ，△rGm＜0

反应正向自发进行Q＝Kθ，△rGm=0

反应达平衡状态Q＞Kθ，△rGm＞0

逆向反应自发进行2023/3/2041§8-4化学平衡的移动一、浓度对平衡的影响在恒温下，增加反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；二、压强对化学平衡的影响1.方程式两边气体分子总数不等的反应增大系统压强，平衡向气体分子数减小的方向移动;减小系统压强，平衡向气体分子数增多的方向移动。2.方程式两边气体分子总数相等的反应系统总压改变，对平衡无影响。2023/3/2042三、温度对平衡的影响结论：升温平衡向吸热方向移动;降温平衡向放热方向移动四、催化剂与化学平衡催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能，同等倍数增大正、逆反应速率，但不能改变标准平衡常数。催化剂只能缩短反应达到平衡的时间，不能改变平衡组成。化学平衡移动原理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。2023/3/2043课堂练习1.可逆反应：△Hθ＜O↑××→↑××←↓-↑→↑↓××2023/3/20442.根据平衡移动