標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式

1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達式平衡狀態(tài)是化學(xué)反應(yīng)在該條件下進行的最大限度。為了定量的研究化學(xué)平衡，必須找出平衡時反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)各組分的量之間的關(guān)系，平衡常數(shù)就是平衡狀態(tài)的一種數(shù)量標(biāo)志，是 表明化學(xué)反應(yīng)限度的一種特征值。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（Ke）:表達式中，溶質(zhì)以相對濃度表示，即 該組分的平衡濃度 Ci除以標(biāo)準(zhǔn)濃度ce的商；氣體以相對 分壓表示，即該組分的平衡分壓Pi除以標(biāo)準(zhǔn)分壓Pe的商。以平衡時的生成物各組分的相對濃度和相對分壓之積為分子，反應(yīng)物各組分的相對濃度和相對分壓之積為分母，各組分相對濃度或相對分壓的指數(shù)等于反應(yīng)方程式中相應(yīng)組分 的計量系數(shù)。討論 :1、Ke的表達式中一定要用組分的平衡狀態(tài)時的濃度、分壓。同

2、樣的表達式，取用任意狀態(tài)（非平衡狀態(tài)）時的濃度、分壓進行類似的計算，所得結(jié)果稱為反應(yīng)商（Q） 。2、Ke也稱為熱力學(xué)平衡常數(shù)，區(qū)分經(jīng)驗平衡常數(shù)KP、KG3、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)并不是指反應(yīng)正在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進行。相對濃度和相對分壓是平衡濃度、分壓“相對于”標(biāo)準(zhǔn)濃度、分壓的一個無量綱數(shù)值，具有相對“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的含義。4、純固、液態(tài)組分，濃度看作常數(shù)1，不列入表達式中。5、由于各組分的指數(shù)項與計量系數(shù)相應(yīng)，所以 K9數(shù)值與具體反應(yīng)方程式對應(yīng)。6、Ke與濃度無關(guān)，是溫度的函數(shù)。例、Fe(S)+2HCl(aq)=FeCl2(aq)+H2(g)Ke =C(FeCl2)/C 9 P(H2)/P 9 /C(HCl)/C 9

3、 2注意:1 、氣體一定要用相對分壓，溶質(zhì)一定要用相對濃度。2、不要忘記指數(shù)項。Ke的大小反映了在一定條件下反應(yīng)能進行的最高程度、最大限度。K9越大，說明反應(yīng)到達平衡時，生成物所占的比例越大，反應(yīng)進行的越完全，越徹底，可逆程度越小。用K9 可以說明、比較化學(xué)反應(yīng)進行的完全程度?；瘜W(xué)反應(yīng)進行的程度也可以用轉(zhuǎn)化率(a)來表示。某反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率=某反應(yīng)物已轉(zhuǎn)化的量/ 某反應(yīng)物初始量二者可以相互換算。但二者意義不同，Ke 不隨濃度而變，轉(zhuǎn)化率則隨濃度而變。例、 PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)試證明Ke,轉(zhuǎn)化率a,總壓力p之間具有如下關(guān)系：Ke = a 2/(1 - a)P/P e解 :pC

4、l5(g)=pCl3(g)+Cl2(g)初始 n/moln00轉(zhuǎn)化 n/mol- n a +n a +n a平衡時 n/moln- n a n a n a總 n/moln(1+ a )各組分 Xi(1- a )/(1+ a) a/(1+ a) a/(1+ a)平衡分壓 P/Pa(1- a )P/(1+ a ) a P/(1+ a ) a P/(1+ a )Ke =P(PC13)/P e P(C12)/P e /P(pci5)/p e =a 2/(1 - a )P/P e證畢。Ke的再次討論：1、Ke必須與具體方程式相對應(yīng)。例、 H2(g)+I2(g)=2HI(g)(1)1/2H2(g)+1/2

5、I2(g)=HI(g)(2)(2)=(1) X1/2, Ke (2)=K e (1)1/2可以根據(jù)表達式證明。反應(yīng)方程式中計量系數(shù)增加n倍，則K9增加n次方。2、正、逆反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)互為倒數(shù)。(接上例)2HI(g)=H2(g)+I2(g)(3)Ke (3)=k e (1) -13、如果一個反應(yīng)是幾個反應(yīng)的總和，則總反應(yīng)的Ke等于各個分反應(yīng)Ke i的乘積(多重平衡規(guī)則)。(7)=(4)+(5)+(6)K e (7)=K e (4) XK9 (5) XK9 (6)(11)=(8)+2/3(9)-1/3(10)Ke (11)=K e (8) XKe (9)2/3 XKe (10)-1/3也可以從

6、表達式中證明。1.1.3 平衡常數(shù)與反應(yīng)速率系數(shù)間的關(guān)系(略)1.1.4 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的實驗測定(略)4.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用4.2.1 判斷反應(yīng)程度4.2.2 預(yù)測反應(yīng)方向j>；K e說明生成物濃度乘積項大，平衡逆向移動；j&it；K e說明生成物濃度乘積項小，平衡正向移動；j=Ke平衡狀態(tài)。4.2.3 計算平衡組成例:CO(g) + H2O(g)=CO2(g) + H2(g)是工業(yè)上用水煤氣制 取氫氣的反應(yīng)之一。673K時用2.0mol的CO(g)和2.0mol的H2O(g)在密閉容器中反應(yīng)，已知該溫度時反應(yīng)的KJ=9.94 ,計算該溫度的CO的最大轉(zhuǎn)化率。解 :CO(g) H2O(

7、g)=CO2(g) H2(g)起始時物質(zhì)的量/mol2.002.0000反應(yīng)中物質(zhì)的量變化/mol-x-x+x+x平衡時物質(zhì)的量/mol2.0 x2.0 xxx平衡時總的物質(zhì)的量/mol4.0平衡時物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(2.0 x)/4.0(2.0x)/4.0x/4.0x/4.0根據(jù)道爾頓分壓定律，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等于其壓力分?jǐn)?shù)，pi=（ni/n）p ，代入平衡常數(shù)的表達式得到Ke =p（C02）/p e p（H2）/p e /p（co）/p e p（H20）/p e =x2/（2.0 x）2=9.94x 1.52mol平衡時 CO的轉(zhuǎn)化率Q 1.52mol/2. 0mol=0.76=76%4.3 化學(xué)平

8、衡的移動化學(xué)平衡只是暫時的、相對的和有條件的。當(dāng)外界條件改變時，由于它們對正、逆反應(yīng)速率的影響不同，因而使原平衡被破壞了，此時各物質(zhì)的濃度會發(fā)生相應(yīng)的變化，直至在新的條件下，又建立起新的平衡。系統(tǒng)從一個平衡態(tài)變化到另一個平衡態(tài)的過程，稱為平衡的移動?；瘜W(xué)反應(yīng)平衡的移動稱為化學(xué)平衡的移動。化學(xué)平衡的移動是因反應(yīng)條件變化而引起的，移動的方向也是由反應(yīng)條件（濃度、壓力、溫度等）的變化所決定，現(xiàn)分別討論如下:4.3.1 濃度的影響在平衡狀態(tài)時，增加反應(yīng)物濃度或減少產(chǎn)物濃度，平衡正向移動。增加產(chǎn)物濃度或減少反應(yīng)物濃度，平衡逆向移動。如果同時增加或減少反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度，平衡向何方移動？可以用反應(yīng)商（J）

9、判斷。j>；K e說明生成物濃度乘積項大，平衡逆向移動；j&it；K e說明生成物濃度乘積項小，平衡正向移動；j=Ke平衡狀態(tài)。為了獲得更多的產(chǎn)物，工業(yè)上常常添加某種廉價原料以提高產(chǎn)率，就是利用上述原理。4.3.2 、壓力的影響、壓力的變化對固、液態(tài)反應(yīng)的影響很小，可以忽略不計。涉及到氣體組分的反應(yīng)，通過壓縮體積而增大系統(tǒng)的總壓力，就等于增加了單位體積內(nèi)組分氣體的量，增加了氣體組分的濃度，氣體組分濃度與其分壓呈正比，所以，系統(tǒng)總壓力的增大必將引起各組分氣體分壓的增大。jwKe,平衡則要發(fā)生移動?？倝毫ψ兓瘜ζ胶庖苿拥挠绊懪c濃度變化對平衡移動的影響有不同之處。濃度變化時，往往只是某一組分濃度

10、的變化，其它組分濃度不一定也變化。但在平衡系統(tǒng)中，增大或減小總壓力，各組分氣體的分壓都同時增大或減小同樣倍數(shù)。任一反應(yīng)aA(g)+bB(g)=yY(g)+zZ(g)令 An=y+z-a-b當(dāng)系統(tǒng)被壓縮，總壓力增大x 倍時，相應(yīng)各組分氣體分壓也同時增大x 倍，此時平衡被破壞，系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，有J=XA nK9對于氣體分子數(shù)增加的分壓，An>0,X A n>1,J>K 9，平衡逆向移動，即增大壓力，各組分氣體分壓增大，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動。對于氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，An<0,X An<1,J 對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，A n=0,X A n=1,J

11、=K 9 ,平衡 不移動。同樣分析，用于總壓力減少時，得出向氣體分子數(shù)增加的方向移動。結(jié)論 : 在平衡態(tài)時，增大壓力，總是向氣體分子數(shù)減少的方向移動；減小壓力，總是向氣體分子數(shù)增加的方向移動。如果在一平衡系統(tǒng)中加入惰性氣體，對于平衡移動的影響主要看各組分分壓變化情況。恒溫恒壓條件下，體積增大，相似于溶液的稀釋作用，各組分濃度降低，分壓減小，平衡要向氣體分子數(shù)增多的方向移動。恒溫恒容條件下，總壓力增大，但組分氣體分壓不變，J=K9,平衡不移動?？倝毫ψ兓瘯r，檢查各組分氣體分壓是否改變？分壓增大，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動，反之，則向氣體分子數(shù)增多的方向移動。4.3.3 溫度對化學(xué)平衡的影響溫

12、度對化學(xué)平衡移動的影響與前二者不同，溫度的變化導(dǎo)致k e的改變。溫度變化對ke的影響與熱效應(yīng)有關(guān)，可據(jù)范特霍夫公式進行計算。Igk e 2/k e 1=（ A H/2.303R）（T2 -T1）/T2T1討論 :1、正反應(yīng)為放熱分壓，A He <0,升溫 T2>T1 ,有 kei>k 9 2,平衡逆向移動，吸熱方向。降溫時則相反， 正向移動（ 放熱方向） 。2、正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A H9 >0,升溫 T2>T1 ,有 kei<k 9 2,平衡正向移動，吸熱方向。降溫，逆向移動 （ 放熱） ?？傊?，升溫總是向吸熱方向移動，降溫總是向放熱方向移動。4.3.4 勒夏特里原理（平衡移動原理）1、增加反應(yīng)物濃度（或分壓），平衡正向移動，向減小反應(yīng)物濃度（或分壓）的方向移動。減少反應(yīng)物濃度（或分壓）平衡逆向移動，向增加反應(yīng)物濃度（或分壓）的方向移動。2、對于有氣體參加的反應(yīng)，增大總壓力，平衡向著氣體分子數(shù)減少的方向移動，向減少總壓力的方向移動。若減小總壓力，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動。3、升溫，向吸熱方向移動，向降低系統(tǒng)