無機化學：第七章 化學平衡

1、1 第七章第七章 化學平衡化學平衡 無機化學無機化學 2 1. 1.化學平衡化學平衡 化學反應的限度與平衡常數化學反應的限度與平衡常數 多重平衡及其規(guī)則多重平衡及其規(guī)則 2.2.化學平衡的移動化學平衡的移動 濃度的影響濃度的影響 壓力的影響壓力的影響 溫度的影響溫度的影響 Le Chatelier原理原理 內內 容容 提提 要要 3 第一節(jié)第一節(jié) 化學平衡化學平衡 一、化學反應的限度與平衡常數一、化學反應的限度與平衡常數 1. 化學平衡特點：化學平衡特點： 各物質的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應達到各物質的濃度或分壓不再發(fā)生變化，反應達到 動態(tài)平衡；動態(tài)平衡； 物質濃度或分壓的冪的乘積比值為常數

2、。物質濃度或分壓的冪的乘積比值為常數。 平衡條件破壞后，平衡會發(fā)生移動。平衡條件破壞后，平衡會發(fā)生移動。 4 2. 標準平衡常數標準平衡常數(standard equilibrium constant) 對于任意溶液反應：對于任意溶液反應：aA + bB = dD + eE 當反應達到平衡時，當反應達到平衡時， K稱為標準平衡常數。稱為標準平衡常數。 當反應物、產物中有氣體物質（平衡分壓為當反應物、產物中有氣體物質（平衡分壓為 p )， 則氣體物質用則氣體物質用 p / p 代替濃度項。代替濃度項。 ba ed )B()A( )E()D( cc cc K 5 說明：說明： K是單位為一的量。是

3、單位為一的量。 K越大，化學反應向右進行得越徹底。越大，化學反應向右進行得越徹底。 因此標準平衡常數是一定溫度下，化學反應可因此標準平衡常數是一定溫度下，化學反應可 能進行的最大限度的量度。能進行的最大限度的量度。 K只與反應的本性和溫度有關，只與反應的本性和溫度有關， 與濃度或分壓無與濃度或分壓無 關。關。 6 書寫標準平衡常數表達式時應注意：書寫標準平衡常數表達式時應注意： 固體或純液體不寫入平衡常數表達式；固體或純液體不寫入平衡常數表達式； 在稀溶液中，若溶劑參與反應，其濃度可以看成在稀溶液中，若溶劑參與反應，其濃度可以看成 常數，也不寫入表達式中：常數，也不寫入表達式中： HAc +

4、H2OH3O+Ac- )HAc( )Ac()OH( e-d 3 c cc K CaCO3(s)CaO(s) CO2(g)+ CO 2 p p K 7 3. 實驗平衡常數實驗平衡常數Kc和和Kp 反應反應 aA + bB = dD + eE ba ed c BA ED =K b B a A e E d D p = pp pp K 當當a+b=d+e時，時，Kc和和Kp 無單位，與無單位，與K在數值上相等在數值上相等, 當當a+bd+e時，時，Kc和和Kp有單位，有單位，Kc與與K在數值上相等。在數值上相等。 Kp : 壓力平衡常數壓力平衡常數 Kc : 濃度平衡常數濃度平衡常數 對于溶液：對于溶

5、液： 對于氣體反應：對于氣體反應： 8 標準平衡常數標準平衡常數K與實驗平衡常數與實驗平衡常數Kc和和Kp的區(qū)的區(qū) 別和聯系：別和聯系： Kc和和Kp可能有單位，而可能有單位，而K無單位；無單位； Kc只用于溶液中，與只用于溶液中，與K 數值相等；數值相等； Kp只用于氣體中，與只用于氣體中，與K 數值常常不相等；數值常常不相等； K在熱力學中應用，在熱力學中應用，Kc和和Kp在實踐中應用。在實踐中應用。 9 4. 用標準平衡常數判斷自發(fā)反應方向用標準平衡常數判斷自發(fā)反應方向 非標準狀態(tài)下化學反應的摩爾自由能變可以用化非標準狀態(tài)下化學反應的摩爾自由能變可以用化 學反應等溫式計算：學反應等溫式計

6、算： rGm= r G m + RT lnQ 平衡時，平衡時， rGm = 0，Q = K r G m = - RT ln K 此式代入化學反應的等溫方程式，得此式代入化學反應的等溫方程式，得 rGm = - RT ln K+ RT lnQ 所以所以 rGm = RT ln (Q / K) 10 非標準狀態(tài)下化學反應自發(fā)性的判據：非標準狀態(tài)下化學反應自發(fā)性的判據： 根據根據 ： rGm = RT ln (Q / K) Q K ，則，則rGm 0，正向反應自發(fā)；，正向反應自發(fā)； Q K ，則，則rGm 0，逆向反應自發(fā)；，逆向反應自發(fā)； Q K ，則，則rGm 0，化學反應達到平衡。，化學反應達

7、到平衡。 標準平衡常數也是化學反應自發(fā)進行方向的判據。標準平衡常數也是化學反應自發(fā)進行方向的判據。 Q 值與值與K相差越大，從正向或逆向自發(fā)進行反應的趨相差越大，從正向或逆向自發(fā)進行反應的趨 勢就越大。勢就越大。 11 5. 多重平衡多重平衡 定義：定義： 在一定條件下，在一個反應系統中一個或多個在一定條件下，在一個反應系統中一個或多個 物種同時參與兩個或兩個以上的化學反應，并共物種同時參與兩個或兩個以上的化學反應，并共 同達到化學平衡。同達到化學平衡。 基本特征：基本特征： 參與多個反應的物種的濃度或分壓必須同時滿參與多個反應的物種的濃度或分壓必須同時滿 足這些平衡。足這些平衡。 規(guī)則：規(guī)則

8、：反應相加減，則反應相加減，則rG m相加減；相加減；K相乘除。相乘除。 12 N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) N2(g) + O2(g) 2NO(g) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2 1 3 KKK 若，反應若，反應 = 反應反應 反應反應 2 1 3 / KKK 13 定義：定義：由于化學平衡的條件變化導致化學平由于化學平衡的條件變化導致化學平 衡移動的過程。衡移動的過程。 化學平衡移動直到建立新的平衡?；瘜W平衡移動直到建立新的平衡。 影響因素：影響因素：濃度、壓力和溫度。濃度、壓力和溫度。 第二節(jié)第二節(jié) 化學平衡的移動化學平衡的移動 14 1. 濃度的影響

9、濃度的影響 對于任意一化學反應，在等溫下其自由能變?yōu)椋簩τ谌我庖换瘜W反應，在等溫下其自由能變?yōu)椋?rGm RT ln (Q / K) 若反應商若反應商Q = K ，rGm = 0，反應達到平衡；，反應達到平衡； 若增加反應物濃度或減少生成物濃度，將使若增加反應物濃度或減少生成物濃度，將使Q K， rGm 0 ，原有平衡被破壞，正向移動；，原有平衡被破壞，正向移動； 若減少反應物濃度或增加生成物濃度，將使若減少反應物濃度或增加生成物濃度，將使Q K， rGm 0 ，原有平衡被破壞，逆向移動。，原有平衡被破壞，逆向移動。 15 2. 壓力的影響壓力的影響 改變氣體分壓改變氣體分壓 對于氣體參與的任

10、意一反應，增加反應物的分對于氣體參與的任意一反應，增加反應物的分 壓或減小產物的分壓，將使壓或減小產物的分壓，將使Q K， rGm 0， 平衡向右移動。反之，平衡逆向移動平衡向右移動。反之，平衡逆向移動. 壓力的變化對液相和固相反應的平衡位置幾乎壓力的變化對液相和固相反應的平衡位置幾乎 沒有影響。沒有影響。 16 改變系統的總壓，對氣體反應化學平衡的影響改變系統的總壓，對氣體反應化學平衡的影響 將分兩種情況：將分兩種情況： 當當a + b = d + e，改變總壓都不會改變，改變總壓都不會改變Q值，值， 仍然有仍然有Q = K，平衡不發(fā)生移動；，平衡不發(fā)生移動； 當當 a + b d + e，

11、改變總壓將改變，改變總壓將改變Q值，使值，使Q K ，平衡將發(fā)生移動。，平衡將發(fā)生移動。 增加總壓力，平衡將向氣體分子總數減少的方向移動。增加總壓力，平衡將向氣體分子總數減少的方向移動。 減小總壓力，平衡將向氣體分子總數增加的方向移動。減小總壓力，平衡將向氣體分子總數增加的方向移動。 17 3. 溫度對化學平衡的影響溫度對化學平衡的影響 溫度改變，溫度改變， K值也將改變：值也將改變： mr mr mr =STHG- mr ln=KRTG- R S RT H K mr mr + =ln- 且且 故：故： 18 設設T1和和T2時反應的標準平衡常數分別為時反應的標準平衡常數分別為K1和和 K2,有有 R S RT H K mr 2 mr 2 + =ln- R S RT H K mr 1 mr 1 + =ln- )( =ln 21 12 mr 1 2 TT TT R H K K- 兩式相減得：兩式相減得： 19 討論：討論： 對于正向吸熱反應，對于正向吸熱反應， rHm 0，當，當T2T1，必然，必然 有有K2 K1 ，平衡將向吸熱反應方向移動；，平衡將向吸熱反應方向移動； 對于正向放熱反應，對于正向放熱反應， rHm 0，當，當T2T1，必然，必然