无机化学：第四章 化学平衡

第四章第四章 化学平衡化学平衡教学要求教学要求掌握化学平衡的概念和特征掌握化学平衡的概念和特征掌握平衡常数的概念及其表达式的书写掌握平衡常数的概念及其表达式的书写掌握多重平衡规则掌握多重平衡规则了解影响化学平衡移动的因素了解影响化学平衡移动的因素一、可逆反应与化学平衡一、可逆反应与化学平衡（一）化学反应的可逆性（一）化学反应的可逆性2、可逆反应、可逆反应(1)概念：概念：同一条件下同一条件下，既可以按反应方程式从左，既可以按反应方程式从左(2)到右进行，又可以从右向左进行的反应到右进行，又可以从右向左进行的反应.1、不可逆反应：、不可逆反应：2KClO3 2KCl+3O2 MnO23H2(g)+N2(g)2NH3(g)（二）（二）化学平衡化学平衡 表表4-1 373 K 时时,N2O4(g)2NO2(g)平衡体系的建立平衡体系的建立N2O4+NO2气体气体N2O4(g)2NO2(g)无色无色 棕红色棕红色0.120 -0.100 -0.080 -0.060 -0.040 -0.020 -0.000 -|0 20 40 60 80 100 NO2N2O4C/molL-1t/s图图4-1 体系平衡的建立体系平衡的建立N N2 2O O4 4 2NO 2NO2 2tVV正正V逆逆化学平衡化学平衡V正正 V逆逆 0 逆逆等等动动定定变变N2O4(g)2NO2(g)化学平衡状态化学平衡状态:正正逆逆反应的速率相反应的速率相等等时，反应时，反应物和生成物的浓度物和生成物的浓度不再随时间而改变不再随时间而改变的状态。的状态。特点：特点：1)“动动”，化学平衡是化学平衡是动态平衡动态平衡:V正正 V逆逆 0。2)“定定”，由于达到化学平衡状态时的正逆反应，由于达到化学平衡状态时的正逆反应速率相等，速率相等，一定温度下，平衡状态体现该条件一定温度下，平衡状态体现该条件下反应进行的下反应进行的最大限度最大限度。3)“变变”，化学平衡是有条件的，即，化学平衡是有条件的，即“定定”是相是相对的、暂时的，而对的、暂时的，而“动动”则是绝对的。则是绝对的。外界因外界因素改变，原平衡被破坏，直至建立新的平衡。素改变，原平衡被破坏，直至建立新的平衡。编编号号起始浓度起始浓度/molL-1平衡浓度平衡浓度/molL-1CO2H2COH2OCO2H2COH2O1 0.01 0.01000.0040.0040.0060.0062.32 0.01 0.02000.0022 0.0122 0.00780.00782.33 0.01 0.01 0.00100.0041 0.0041 0.00690.00592.44000.020.02 0.0082 0.0082 0.01180.01182.21.实验平衡常数实验平衡常数CO2+H2CO+H2O（1473K）一、标准平衡常数一、标准平衡常数K K化学平衡定律：化学平衡定律：在一定温度下，可逆反应达平衡时，在一定温度下，可逆反应达平衡时，生成生成物的浓度物的浓度以反应方程式中计量系数为指数以反应方程式中计量系数为指数幂的乘积幂的乘积与与反应物的浓度反应物的浓度以反应方程式中以反应方程式中计量系数为指数计量系数为指数幂的乘积幂的乘积之比是一个之比是一个常数常数平衡常数平衡常数2.2.标准平衡常数标准平衡常数K K (无量纲无量纲)对于可逆反应对于可逆反应aA+bB dD+eE（液相反应）（液相反应）称为相对平衡浓称为相对平衡浓度，其中度，其中C 1 mol.L-1 3.3.平衡常数的物理意义平衡常数的物理意义化学反应的化学反应的特性常数特性常数。在一定条件下它与各。在一定条件下它与各物质的初始浓度无关，与反应的方向无关。物质的初始浓度无关，与反应的方向无关。衡量可逆反应完成程度的衡量可逆反应完成程度的尺度尺度。即。即K越大，越大，反应进行得越彻底。反应进行得越彻底。温度温度的函数。的函数。体系达平衡后，转化率体系达平衡后，转化率最高最高(定义定义)。对于气相反应对于气相反应aA+bB dD+eE 称为相对压力，称为相对压力，其中其中P 101325 Pa例例1：Ca2CO3(s)CaO(s)+CO2(g)Kp=PCO2/P例例2：Cr2O7 2-(aq)+H2O(l)2CrO4 2-(aq)+2H+(aq)N2O4(g)2NO2(g)例例3：在：在373K时，时，1/2N2O4(g)NO2(g)1/3N2O4(g)2/3NO2(g)K1=(K2)2=(K3)3N2(g)+3H2(g)2NH3(g)NH32N2H23Kc=N2(g)+H2(g)NH3(g)1232NH3N21/2H23/2Kc=2NH3(g)N2(g)+3H2(g)NH32N2H23Kc=Kc=(Kc)2=1/Kc 4.4.平衡常数表达式书写平衡常数表达式书写的注意事项的注意事项平衡常数表达式必须平衡常数表达式必须与方程相对应与方程相对应，反应式写法不，反应式写法不同，平衡常数表达式不同，平衡常数值也不同。同，平衡常数表达式不同，平衡常数值也不同。在稀溶液中进行的反应，虽有在稀溶液中进行的反应，虽有溶剂（水溶剂（水）参与反应，）参与反应，但浓度几乎维持不变，所以也但浓度几乎维持不变，所以也不列入表达式不列入表达式中。中。如果在反应体系中有如果在反应体系中有固体或纯液体固体或纯液体参加时，参加时，不不要把要把它们它们写入表达式写入表达式中。中。在平衡常数表达式中的在平衡常数表达式中的浓度或分压是平衡的浓度或分压是平衡的浓度或浓度或分压。分压。正逆正逆反应的反应的平衡常数值平衡常数值互为互为倒数倒数。方程式方程式的配平的配平系数扩大系数扩大n倍倍时时,反应的平衡常数反应的平衡常数K将将变为变为Kn.(四四)化学平衡与化学平衡与rG Gm m的关系的关系 温故而知新温故而知新自发反应过程的判断的依据自发反应过程的判断的依据:rG G T,PT,P0 0 反应自发进行反应自发进行rG G T,PT,P 0 0 反应是可逆的，处于平衡状态反应是可逆的，处于平衡状态rG G T,PT,P 0 0 反应不能自发进行反应不能自发进行对于液相反应对于液相反应aA+bB gG+hH 当当体系处于平衡状态时，体系处于平衡状态时，rG=0，则：则：此时，此时，CA、CB、CG和和 CH分别等于平衡浓度。分别等于平衡浓度。化学等温式化学等温式反应反应商商见书见书P40:式式4-9Qc=Kc，化学反应处于平衡状态；，化学反应处于平衡状态；Qc Kc，反应向逆向进行，至，反应向逆向进行，至Qc=Kc为止。为止。三、多重平衡三、多重平衡1.定义：定义：几个反应，在同一体系中又都处于几个反应，在同一体系中又都处于平平衡状态衡状态时，体系中各物质的时，体系中各物质的分压或浓分压或浓度度必须同时必须同时满足满足这几个平衡的现象。这几个平衡的现象。例：例：0.010mol/L氢硫酸溶液氢硫酸溶液例如：某体系中，同时存在着下列三个平衡：例如：某体系中，同时存在着下列三个平衡：（1）C（石墨）石墨）+O2（g）CO2（g）（2）C（石墨石墨）+O2（g）CO（g）+1/2O2（g）（3）CO（g）+1/2O2（g）CO2（g）解：解：（1）=（2）+（3）则则rG 1=rG 2+rG 3-RTlnK1=(-RTlnK2)+(-RTlnK3)K 1=K 2 K 32.多重平衡规则：多重平衡规则：如果一个反应由另外两个或多个反应如果一个反应由另外两个或多个反应相相加加或或相减相减而来，则该反应的而来，则该反应的平衡常数平衡常数等于这等于这两个或多个反应平衡常数的两个或多个反应平衡常数的乘积乘积或或商商。【例例4-1】已知下列反应的平衡常数分别为已知下列反应的平衡常数分别为 H2(g)+S(s)H2 S(g)K1，S(s)+O2(g)SO2(g)K2，则则H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2 S(g)的的K值值是是:A.K1+K2 B.K1 K2 B.C.K1/K2 D.K2/K1【例例4-2】已知下列反应的平衡常数：已知下列反应的平衡常数：(1)HCN H+CN K1 =4.910-10 (2)NH3+H2O NH4+OH K2 =1.810-5 (3)H2O H+OH Kw =1.010-14 试计算下面反应的平衡常数：试计算下面反应的平衡常数：(4)NH3 +HCN NH4+CN 解：解：(4)=(1)+(2)(3)（一）浓度对化学平衡的影响（一）浓度对化学平衡的影响 增大增大反应物浓度或反应物浓度或减少减少产物浓度，使反应商产物浓度，使反应商Qc 减小，减小，Q 0 0，升高温度，平衡向正向升高温度，平衡向正向(吸热吸热)移移动动;降低温度，平衡向逆向降低温度，平衡向逆向(放热放热)移动。移动。r rG Gm m=r rH Hm mT T.r rS Sm m -RTlnRTlnK K =r rH Hm m T T.r rS Sm m (2)(2)当当r rH Hm m 0 0，升高温度，平衡向逆向升高温度，平衡向逆向(吸热吸热)移移动动;降低温度，平衡向正向降低温度，平衡向正向(放热放热)移动。移动。表表4-2 平衡移动的方向平衡移动的方向 外界条件外界条件增加增加降低降低K反应物浓度反应物浓度右右左左不变不变生成物浓度生成物浓度左左右右不变不变总压总压气体分子气体分子数减少数减少气体分子气体分子数增多数增多不变不变温度温度吸热反应吸热反应 放热反应放热反应升高升高降低降低化学平衡的移动化学平衡的移动 Le Chatelier原理原理 即平衡移动原理：如果即平衡移动原理：如果改变改变平衡状态的平衡状态的任一条件，如任一条件，如浓度、压力和温度浓度、压力和温度等，平衡则等，平衡则向着向着减弱减弱这个改变的方向移动。这个改变的方向移动。平衡平衡反应物反应物生成物生成物浓度、压力、温度浓度、压力、温度化学平衡化学平衡类型类型氧化还原氧化还原平衡平衡配位平衡配位平衡沉淀溶解沉淀溶解平衡平衡电离平衡电离平衡本本 章章 小小 结结掌握化学平衡的概念掌握化学平衡的概念掌握平衡常数的概念及其表达式的书写掌握平衡常数的概念及其表达式的书写掌握公式掌握公式P59:4-7aP59:4-7a掌握多重平衡规则和相关计算掌握多重平衡规则和相关计算作业作业:P66:P66：1 1，7 7习题：写出下列反应的平衡常数表达式。习题：写出下列反应的平衡常数表达式。HAc H+AcBaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42-(aq)溶解溶解沉淀沉淀Hg(g)+Sn4+Hg2+Sn2+Ag+2NH3 Ag(NH3)2+1.任何一个可逆的化学反应任何一个可逆的化学反应,当达到平衡时各反应当达到平衡时各反应物和生成物物和生成物 的浓度等于常数的浓度等于常数.2.平衡常数是正逆反应在平衡时的常数平衡常数是正逆反应在平衡时的常数,不管是正不管是正反应还是逆反应平衡常数只有一个反应还是逆反应平衡常数只有一个.3.反应物浓度增加越多反应物浓度增加越多,反应的转化率也总是越高反应的转化率也总是越高,变成产物也越完全变成产物也越完全.4.一个反应如果是放热反应一个反应如果是放热反应,当温度升高当温度升高,表示补表示补充了能量充了能量,因而有利于这个反应继续进行因而有利于这个反应继续进行.1.已知反应已知反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的的K为为A,用用A 表示下列各反应的平衡常数表示下列各反应的平衡常数K CO2(g)+2H2 C(s)+2H2O(g)K1=()1/2C(s)+H2O(g)1/2CO2(g)+H2(g)K2=()2C(s)+4H2O(g)2CO2(g)+4H2(g)K3=()2.化学平衡发生移动时化学平衡发生移动时,其平衡常数是否一定改变其平衡常数是否一定改变?若化学平衡的平衡常数发生改变若化学平衡的平衡常数发生改变,平衡是否一定平衡是否一定发生移动发生移动?