第3章化學平衡

第3章化學平衡原理本章教學要求

1．理解化學平衡的意義

2．掌握標準平衡常數(shù)及其與反應的標準摩爾吉布斯自由能變的關系

3．會進行有關化學平衡計算

4．掌握多重平衡原理及其應用

5．掌握各種因素對化學平衡移動的影響3.1

標準平衡常數(shù)3.2多重平衡系統(tǒng)3.3化學平衡的移動3.1.1可逆反應與化學平衡可逆反應:在同一條件下,既可以向正方向,又能向逆方向進行的化學反應.大部分化學反應都是可逆反應.可逆反應進行到最大限度,即為平衡狀態(tài).

化學反應有可逆反應與不可逆反應之分，但大多數(shù)化學反應都是可逆的.例如:

在密閉容器中，可逆反應不能進行到底.個別反應幾乎能進行到底.例如：MnO22KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)(2)化學平衡的鮮明特點★平衡是動態(tài)的

系統(tǒng)各組分無限期保持恒定并不意味著正、逆反應的終止，只不過朝兩個方向進行的速率相等而已。如反應

CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)平衡時，CaCO3仍在不斷分解為CaO和CO2,CaO與CO2仍在不斷形成CaCO3（用放射性同位素14C標記法）?！锏竭_平衡狀態(tài)的途徑是雙向的

對上述反應，不論從哪個方向都能到達同一平衡狀態(tài)。溫度一經(jīng)確定，CO2的平衡壓力也就確定，在該壓力下產(chǎn)生CO2的速率等于它轉(zhuǎn)化為CaCO3的速率。

★平衡狀態(tài)是兩種相反趨勢導致的折中狀態(tài)

兩種相反趨勢是指系統(tǒng)總是趨向最低能量的趨勢和趨向最大混亂度的趨勢。CaCO3中的C原子和O原子高度有序，由其形成的占據(jù)著晶格中的確定位置。分解反應相應于將以CO2氣體分子形式游離出來，游離出來的氣體分子能運動于反應容器的整個空間。與中禁錮的CO2相比,氣態(tài)CO2分子的混亂度更高。如果只有熵變這一因素，CaCO3將會完全分解。然而CaCO3的分解為吸熱過程，熵變有利的這一反應焓變卻不利。逆反應的情況恰好顛倒過來:熵變不利而焓變卻有利?？梢哉J為，平衡系統(tǒng)中CO2的分壓反映了兩種趨勢導致的折中狀態(tài)。3.1.2標準平衡常數(shù)（1）標準平衡常數(shù)的表達式

★

對于氣相反應

aA＋

bBcC＋

dD★

對于溶液中的反應標準平衡常數(shù)用以定量表達化學反應的平衡狀態(tài)。值越大，平衡混合物中生成物越多而反應物越少，反之亦然。★

對通式

aA(s)＋

bB(aq)cC(aq)＋

dD(g)

所表示的多相反應而言，的表達式則為▲是溫度的函數(shù)，與濃度、分壓無關▲標準平衡常數(shù)表達式必須與化學反應計量式相對應2、書寫標準平衡常數(shù)表達式應注意:1）氣體物質(zhì)用平衡時相對分壓表示;溶液中的物質(zhì)用相對濃度表示;純固體、液體，其濃度視為常數(shù)，不寫入平衡常數(shù)表達式中．例：反應Fe(s)+2H+(aq)=Fe2+(aq)+H2(g)的標準平衡常數(shù)的表達式為K?=＿＿＿＿＿＿＿＿．

2）平衡常數(shù)及其表達式與化學反應方程式呈一一對應關系。例：氣體反應A(g)+B(g)=C(g)，在封閉容器中建立了化學平衡，如果溫度不變，但體積縮小了2/3，則平衡常數(shù)K?為原來的（）

A．3倍B.9倍C.2倍D.不變標準平衡常數(shù)只與溫度有關，與各平衡組成無關（2）標準平衡常數(shù)與反應商

與標準平衡常數(shù)Kθ相對應的反應商,符號為Q)的表達式為：若判斷反應的進行程度已知ΔfH?m(NO,g)=90.25KJ.mol-1，在2273K時,反應N2(g)+O2(g)=2NO(g)的K?=0.100,在2273K時,若P(N2)=P(O2)=10Kpa，P(NO)=20Kpa，反應商Q=_______，反應向______方向進行;在2000K時,若P(NO)=P(N2)=10Kpa,P(O2)=100Kpa,反應商Q=______,反應向__________方向進行.（3）標準平衡常數(shù)與標準摩爾吉布斯自由能變表達與之間關系的式子叫范特荷甫等溫式：如果系統(tǒng)達到平衡,則不但意味著△rGm(T)＝0,而且意味著反應商等于標準平衡常數(shù)，則或

3.2多重平衡系統(tǒng)在一個化學過程中，若同時包括多個相關的平衡，且一種物質(zhì)同時參與了多個平衡．如:如:(1)A(g)+2B(g)=2C(g)(2)A(g)+2C(g)=2D(g)則反應(3)D(g)=A(g)+B(g)(1)方程式相加,平衡常數(shù)相乘;(2)方程式相減,平衡常數(shù)相除;(3)方程式乘以(或除以)某一系數(shù),則平衡常數(shù)乘（或開)系數(shù)次方;(4)方程式倒置,平衡常數(shù)取倒數(shù).多重平衡規(guī)則:例：673K時，反應N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的K?=0.62則反應NH3(g)=1/2N2(g)+3/2H2(g)的K?=_________。已知25℃時反應

（1）2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的

（2）I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的計算反應（3）2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的

2ClBr(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)反應（1）+（2）得：3.3平衡移動當化學反應處于平衡時，△rGm(T)=0，則：即：化學反應等溫方程式

由等溫方程式可得出：當Q＜時，△rGm(T)＜0，反應正向進行當Q=時，△rGm(T)=0，體系達平衡狀態(tài)

當Q＞時，△rGm(T)＞0，反應逆向進行使平衡發(fā)生移動,必須使Q≠即改變反應商Q和標準平衡常數(shù)影響平衡移動的因素濃度壓力溫度

改變反應商

改變標準平衡常數(shù)

(1)濃度的影響

增大反應濃度或減少生成物濃度時平衡將沿正反應方向移動；減小反應物濃度或增加生成物濃度時平衡則沿逆反應方向移動。例如BiCl3水解生成不溶性的BiOCl和鹽酸的反應：BiCl3(aq)＋

H2O(l)BiOCl(s)＋

2HCl(aq)

加水加鹽酸其實，顯示的仍然是平衡常數(shù)與反應商之間的關系：（1）增加反應物濃度或減少生成物濃度時，Q變小，Q＜時，△rGm(T)＜0，反應正向進行（2）增加生成物濃度或減少反應物濃度時，Q變大，

Q＞時，△rGm(T)＞0，反應逆向進行濃度對化學平衡的影響是：增加某物質(zhì)濃度，平衡總是向減少該物質(zhì)濃度的方向移動；如果減少某物質(zhì)濃度，則平衡總是向著生成該物質(zhì)的方向移動。當c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,

c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1時反應向哪一方向進行?解計算反應商，判斷反應方向,反應正向進行反應Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)25℃時,的=3.2。(2)壓力的影響壓力變化對平衡的影響實質(zhì)是通過濃度的變化起作用。改變壓力對無氣相參與的系統(tǒng)影響甚微。3H2(g)＋

N2(g)2NH3(g)如果平衡系統(tǒng)的總壓力增至原來的2倍,則即,導致反應向生成氨的方向移動。若給已達到平衡的反應中引入惰性氣體，則平衡如何移動？解★在惰性氣體存在下達到平衡后,再恒溫壓縮,,平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動,,平衡不移動;★對恒溫恒容下已達到平衡的反應，引入惰性氣體，反應物和生成物pB不變，，平衡不移動；★對恒溫恒壓下已達到平衡的反應，引入惰性氣體，總壓不變，體積增大，反應物和生成物分壓減小，如果，平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動。(3)溫度對化學平衡的影響是溫度的函數(shù)。溫度變化引起的變化，導致化學平衡的移動；對于放熱反應，<0,溫度升高，減小，Q>,平衡向逆向移動；對于吸熱反應，>0,溫度升高,增大,Q<,平衡向正向移動。（1）反應為吸熱，Q＜，平衡正向移動。

A、溫度T升高，值增大

B、溫度T降低，值減少，Q＞，平衡逆向移動（2）反應為放熱

A、溫度T升高，值減少，Q＞，平衡逆向移動

B、溫度T降低，值增大，Q＜，平衡正向移動。升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動；降低溫度，平衡向放熱反應方向移動。呂.查德里原理（LeChatelier’sPrinciple)——平衡移動的一般規(guī)律

當體系達到平衡后，如果改變體系的平衡條件之一（如：溫度、壓力、濃度等），平衡就向著減弱這個改變的方向移動。

Asysteminequilibriumthatissubjectedtoastresswillreactinawaythattendstocounteractthestress.

呂.查德里原理的應用：預測化學平衡移動的方向

催化劑使正、逆反應的活化能減小相同的量，同等倍數(shù)增大正、逆反應速率系數(shù)，但不能改變標準平衡常數(shù)，也不改變反應商。催化劑只能縮短反應達到平衡的時間，不能改變平衡組成。例：在壓力鍋內(nèi)，水的蒸氣壓力可達到150kPa，計算水在壓力鍋中的沸騰溫度。解：

H2O(l)H2O(g)-285.8-241.8=[－241.8－(－285.8)]kJ·mol－1=44.0kJ·mol-1

正常沸點：P(H2O)(l)=100KpaT1=373.15K

增加壓力：

P(H2O)(2)=150Kpa,T2=?T2=384K根據(jù)

在什么條件下，降低溫度

平衡向正反應方向移動（）

A.ΔrHm?>0B.ΔrHm?<0

C.ΔrSm?<0D.低溫區(qū)

放熱B

可逆反應.2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)ΔrH?m>0,反應達到平衡后,進行以下操作,試討論其影響:

(1)

增大容器體積,n(H2O,g)________________________;

(2)

加入O2,n(H2O,g)____________;n(HCl,g)______________-

(3)

減小容器體積,n(Cl2,g)____________;P(Cl2,g)_____________;K=_____________

(4)

加入稀有氣體,保持體積不變,n(HCl,g)________________;