普通化學(xué)化學(xué)平衡原理

關(guān)于普通化學(xué)化學(xué)平衡原理12第一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一、可逆反應(yīng)二、化學(xué)平衡狀態(tài)三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天3一、可逆反應(yīng)

有些化學(xué)反應(yīng)幾乎能進(jìn)行到底，反應(yīng)物基本上能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這些幾乎進(jìn)行到底的反應(yīng)稱為不可逆反應(yīng)。

但實際上，大多數(shù)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，只有一部分反應(yīng)物能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。這種在同一條件下能同時向兩個相反方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。MnO22KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)如：第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天4

為了表示反應(yīng)的可逆性，在化學(xué)方程式中用“”代替“”或“”。在可逆反應(yīng)中，把：從左向右進(jìn)行的反應(yīng)稱為正反應(yīng)，從右向左進(jìn)行的反應(yīng)稱為逆反應(yīng)。（1）N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)（2）Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)（3）ZnS(s)+2H3O+(aq)

Zn2+(aq)+H2S(g)+2H2O(l)第4頁,共29頁，2024年2月25日，星期天5二、化學(xué)平衡狀態(tài)

可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時，系統(tǒng)中反應(yīng)物與生成物的濃度不再隨時間而改變，反應(yīng)似乎已“停止”。系統(tǒng)的這種表面上靜止的狀態(tài)叫做化學(xué)平衡狀態(tài)?！窨陀^上，系統(tǒng)的組成不再隨時間而變●平衡是自發(fā)的●化學(xué)平衡是動態(tài)平衡●平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無關(guān)化學(xué)平衡有以下幾個重要特點：第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天6三、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)等溫方程：

ΔrGm(T)=ΔrGm

(T)+RTlnQ

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時ΔrGm(T)=0，

-ΔrGm

(T)

=RTlnQeq

在熱力學(xué)中：-ΔrGm

(T)

=RTlnK

上標(biāo)eq表示在平衡狀態(tài)下。則

K

=Qeq

：在一定溫度下指定的化學(xué)反應(yīng)在平衡時的反應(yīng)商是一個只與反應(yīng)的本質(zhì)，即反應(yīng)的ΔrGm

(T)

和K

(T)

有關(guān)的常數(shù)。

或在一定溫度下達(dá)到平衡的指定化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中，各參加反應(yīng)的物種的平衡組成之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。說明稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，表明化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。第6頁,共29頁，2024年2月25日，星期天7●

對于溶液中的反應(yīng)Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式●對于氣相反應(yīng)N2（g）+3H2（g）2NH3（g）3NH3N2H2第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天8●對于一般化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K

用以定量表達(dá)化學(xué)反應(yīng)的平衡狀態(tài)。K

值越大，平衡混合物中生成物越多而反應(yīng)物越少，反之亦然。第8頁,共29頁，2024年2月25日，星期天9

書寫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式應(yīng)注意以下三點：（1）若B為固體、純液體或稀溶液中的溶劑則；若B為氣體,則；若B為稀溶液中的溶質(zhì)，則。（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式和數(shù)值與化學(xué)反應(yīng)方程式有關(guān)，同一可逆反應(yīng)，如果用不同的化學(xué)方程式來表示，則標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式和數(shù)值不同。

例題P66

反應(yīng)（a），（b）（3）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只與反應(yīng)溫度有關(guān)，與各平衡組成無關(guān)，故在使用時必須注明反應(yīng)溫度第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天10

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)可以通過實驗測定。只要知道某溫度下平衡時反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度或分壓力，就能計算出反應(yīng)的平衡常數(shù)。

通常是測定反應(yīng)物的起始濃度(分壓力)及平衡時任一反應(yīng)物或產(chǎn)物的濃度(分壓力)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式推算出其他反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡濃度或平衡分壓力，計算出反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天112.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用

2.1判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度

2.2預(yù)測反應(yīng)的方向

2.3計算平衡組成第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天122.1判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度

當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物已經(jīng)達(dá)到了最大限度。

若反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)很大，則平衡時產(chǎn)物的活度比反應(yīng)物的活度要大得多，說明反應(yīng)物已大部分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)進(jìn)行比較完全。若反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)很小，則平衡時產(chǎn)物的活度比反應(yīng)物的活度要小得多，說明反應(yīng)物只有一小部分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)進(jìn)行程度很小。第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天13

可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度也常用平衡轉(zhuǎn)化率來表示。反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率定義為：

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。在通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)越大，反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率也越大。第13頁,共29頁，2024年2月25日，星期天142.2預(yù)測反應(yīng)的方向

在一定溫度下，比較標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與反應(yīng)商的相對大小，就能預(yù)測反應(yīng)的方向。當(dāng)

Q<K

時，化學(xué)反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行;

當(dāng)Q=K

時,化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài);

當(dāng)Q>K

時,化學(xué)反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行;

由化學(xué)反應(yīng)等溫方程式及反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能的關(guān)系，可知：ΔrGm

(T)

=RTln（Q/K

)第14頁,共29頁，2024年2月25日，星期天152.3計算平衡組成

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)確定了平衡系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度或分壓力之間的關(guān)系。因此，可利用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)計算反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡濃度或平衡分壓力。例題

P663.13.2第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天163.多重平衡系統(tǒng)多重平衡規(guī)則：

若:反應(yīng)3=反應(yīng)1+反應(yīng)2如P68例則：這是一個重要規(guī)則，適用于各種多重平衡系統(tǒng)。K

3=K

1.K

2第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天17+)K

=K

1.K

2

=20×0.012=0.24例：已知:SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)

K

1=20NO2(g)NO(g)+1/2O2(g)K

2=0.012則:

SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)例題：P693.3第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天18第二節(jié)化學(xué)平衡移動一、濃度對化學(xué)平衡移動的影響二、壓力對化學(xué)平衡移動的影響三、溫度對化學(xué)平衡移動的影響第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天19平衡移動

外界條件改變時一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程叫平衡移動。所有的平衡移動都服從勒夏特列原理(LeChatelier’sprinciple):若對平衡系統(tǒng)施加外力,平衡將沿著減小此外力的方向移動。(LeChatelier

H,1850-1936)法國無機(jī)化學(xué)家，巴黎大學(xué)教授第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天20一、濃度對化學(xué)平衡的影響

增大反應(yīng)濃度或減少生成物濃度時平衡將沿正反應(yīng)方向移動；減小反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度時平衡則沿逆反應(yīng)方向移動。對于溶液中的化學(xué)反應(yīng)：平衡時,

Q=K

c(反應(yīng)物)增大或c(生成物)減小,Q<K

，

平衡向正向移動c(反應(yīng)物)減小或c(生成物)增大,Q>K

，

平衡向逆向移動例如：Fe3+(aq)＋

3H2O(l)Fe（OH）3(s)＋

3H+(aq)

加水加鹽酸第20頁,共29頁，2024年2月25日，星期天21

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)或者反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)無影響。若分子數(shù)不相等平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動。也可根據(jù)ΔG=－RTlnK

+RTlnQ

的公式來判斷：

QP<K

時，ΔrGm<0,正向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行；

QP＝K

時，ΔrGm＝0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

QP>K

時，ΔrGm>0,逆向反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。二、壓力對化學(xué)平衡的影響第21頁,共29頁，2024年2月25日，星期天22如果平衡系統(tǒng)的總壓力增至原來的2倍,則即Q<K

,導(dǎo)致反應(yīng)向生成氨的方向移動。3H2(g)＋

N2(g)2NH3(g)例：第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天23

在影響平衡的因素中溫度因素最重要。三、溫度對化學(xué)平衡的影響由ΔrGm

(T)=ΔrHm

(T)-TΔrSm

(T)lnK

=-ΔrGm

(T)/RT可知：

平衡常數(shù)K不受P、C和cat的影響。但是T不同K就不同。范特霍夫（van’tHoff）方程第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天24(1)(2)不同溫度T1，T2

時，分別有等式

:

這里，近似地認(rèn)為

rH

m和rS

m不隨溫度變化。(2)－(1)，得第24頁,共29頁，2024年2月25日，星期天25

對于吸熱反應(yīng)，

rH

m>0，當(dāng) T2>T1

時，K

2>K

1

，平衡右移；

T2<T1

時，K

2<K

1

，平衡左移。

對于放熱反應(yīng)，

rH

m<0，當(dāng) T2>T1

時，K

2<K

1

，平衡左移；

T2