1、第5章 化学平衡,5-1 化学反应的可逆性和化学平衡 5-2 平衡常数 5-3 标准平衡常数K与rGm的关系 5-4 化学平衡的移动,5-1 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。,2.同一反应，在不同条件下，表现出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,二、化学平衡热力学分析：rGm0,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
2、（反应物）C（生成物），（正）（逆）；随反应的进行，C（反应物）降低，（正）降低，至（正）=（逆），平衡。,1.（正）=（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.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。,三、化学平衡的特征,5-2 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,一、经验平衡常数1.Kc与Kp,X：组分的平衡浓度 moldm-3,Pi:组分的平衡分压 Pa,Kp与Kc的关系: 由PV=nRT推出 Kp=Kc(RT)(g
3、+h)-(a+b) P:atm ; C:moldm-3 ; R:0.08206,2.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。,3.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. （3）K的书写形式要与方程式的书写形式相符. （4）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
4、程式的平衡常数相乘或相除得到。,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，平衡常数越大，平衡转化率越高 注意例5-1的解题思路和步骤。,三、标准平衡常数,C=1moldm-3 标准浓度 P=100kpa 标准大气压,不论是溶液中的反应、气相反应还是复杂反应，K均无量纲。液相反应的Kc与K数值相等，气相反应的Kp与K数值一般不等。,四、标准平衡常数与化学反应的方向,任一时刻反应商Q ：,X-非平衡浓度,平衡时Q平=K； 若Q平K反应向左进行。,5-3 标准平衡常数K与rGm的关系,一、化学反应等温式,某时刻：rGm=rGm+RTlnQ（1）平衡时：rGm=0；Q=K 代入(1
5、)中rGm=-RTlnK(2) 代入(1),rGm=-RTlnK +RTlnQrGm= RTln(Q/K) (3),P103 例 5-2 二、化学反应方向的判据rGm= RTln(Q/K) QK ，rGm0 反应正向自发进行 QK ，rGm=0 反应达平衡状态 QK ，rGm0 逆向反应自发进行,三、fGm、rGm和rGm的关系,fGm：物质的标准吉布斯生成自由能，查表得到。rGm：一个化学反应的标准吉布斯自由能改变量。由公式求得 rGm=ifGm(生）- ifGm(反）rGm是化学反应在标准状态下进行的方式和方向的判据。,rGm：非标准状态下，化学反应的吉布斯自由能改变量。 rGm= rGm
6、 + RTlnQrGm 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=0,(1)298.15K,标准态下能否自发进行？ (2)计算298.15K时该反应的K， (3)标准态下逆向进行的最低温度。,课堂练习：试判断下列反应：,解: (1)查表得rGm=-33.0 kJmol-1rHm/rSm=464.1K,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,5-4 化学平衡的移动,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
7、向移动。即 QK，平衡正向移动，直至Q=K。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。,一、浓度对平衡的影响,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 QK ，rGm0 反应正向自发进行 QK ，rGm=0 反应达平衡状态 QK ，rGm0 逆向反应自发进行,1.方程式两边气体分子总数不等的反应即n=(g+h)-(a+b)0,结论：增大系统压强，平衡向气体分子数减小的方向移动。,（1）系统总压强增至原来的2倍,（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。,2
8、.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。,3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, n0，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= K，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。,K是温度的函数，温度变化引起K的变化，导致化学平衡的移动。 rGm=-RTl
9、nK ; rGm=rHm-TrSm-RTlnK=rHm-TrSm,三、温度对平衡的影响,正反应为放热反应，rHm0 温度升高，T2T1 ，K2K1，K升高，即升温平衡向正（吸热）反应方向移动。,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。化学平衡移动原理（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。,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。,rHm=-92.22KJmol-1,2019/6/21,34,HO,上述反应达到平衡时，若进行下列各项操作，对平衡数值各有何影响（操作项目中没有注明的指温度不变、体积不变，该反应为吸热反应）？,操作项目 平衡数值 (1)加O2 H2O、HCl的物质的量 (2)增大容器体积 H2O的物质的量 (3)减小容器体积 Cl2分压、K (4)升高温度 HCl分压、K,， ， ，,
