平衡常数与反应系统的浓度或分压课件

第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 一、一、可逆反应可逆反应 在在一一定定条条件件下下既既可可以以从从左左向向右右进进行行，也也可可以以从从右右向向左左进进行行的的反应，称为反应，称为可逆反应可逆反应。例如：。例如：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)通通常常把把从从左左向向右右进进行行的的反反应应称称为为正正反反应应，从从右右向向左左进进行行的的反应称为反应称为逆反应逆反应。可逆反应方程式中用符号。可逆反应方程式中用符号 表示。表示。平衡常数与反应系统的浓度或分压课件1 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 二、化学平衡二、化学平衡 对于可逆反应对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可用下图表示系统所达到的平衡状态。可用下图表示系统所达到的平衡状态。化学平衡为化学平衡为 时系统所处状态。时系统所处状态。图图4-2 可逆反应的正、逆反应速率随时间变化图可逆反应的正、逆反应速率随时间变化图 二、化学平衡 化学平衡为 时系统所处2 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 化学平衡具有如下特征：化学平衡具有如下特征：0 0；反应物和生成物的；反应物和生成物的浓度浓度(平衡浓度平衡浓度)不随时间而改变；化学平衡是动态平衡。不随时间而改变；化学平衡是动态平衡。化学反应达到平衡的条件？如何判断化学反应平衡？化学反应达到平衡的条件？如何判断化学反应平衡？答：答：正逆反应速率相等。正逆反应速率相等。化学平衡具有如下特征：0；反应物和生3 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页三、化学平衡常数三、化学平衡常数 1.1.实验平衡常数实验平衡常数 对于液相中的可逆反应对于液相中的可逆反应 aA+bB gG+dD 在在一一定定温温度度下下达达到到平平衡衡时时，实实验验平平衡衡常常数数用用各各生生成成物物平平衡衡浓度幂的乘积与各反应物平衡浓度幂的乘积之比表示，即浓度幂的乘积与各反应物平衡浓度幂的乘积之比表示，即Kc称为称为浓度平衡常数浓度平衡常数。(4-6)三、化学平衡常数Kc称为浓度平衡常数。(4-6)4 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 对于气相中的可逆反应对于气相中的可逆反应aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g)在在一一定定温温度度下下达达到到平平衡衡时时，实实验验平平衡衡常常数数用用各各生生成成物物平平衡衡分压幂的乘积与各反应物平衡分压幂的乘积之比表示，即分压幂的乘积与各反应物平衡分压幂的乘积之比表示，即K Kp p称为称为压力平衡常数压力平衡常数，其中分压以，其中分压以Pa(Pa(或或kPa)kPa)为单位。为单位。实实验验平平衡衡常常数数有有单单位位，其其单单位位取取决决于于生生成成物物与与反反应应物物的的化化学计量数之差。即学计量数之差。即(4-7)对于气相中的可逆反应Kp称为压力平衡常数，其中分压以P5 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页n (g+d)-(a+b)由由理理想想气气体体状状态态方方程程及及KcKc、KpKp表表达达式式可可以以找找出出Kc与与Kp之之间间的的关系：关系：Kp=Kc(RT)n2 2标准平衡常数标准平衡常数 标标准准平平衡衡常常数数Kq q，也也称称热热力力学学平平衡衡常常数数。在在标标准准平平衡衡常常数数表表达达式式中中，对对气气体体反反应应，用用各各组组分分气气体体的的相相对对分分压压p pi i/p pq q表表示示，溶溶液液中中的的物物质质用用相相对对浓浓度度c ci i/c cq q来来表表示示，p pq q为为标标准准压压力力，单单位位为为PaPa，且，且p pq q100kPa100kPa，c cq q为标准浓度，且为标准浓度，且c cq q1.0mol/L1.0mol/L。n (g+d)-(a+b)6 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页气体反应气体反应aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g)=溶液中进行的化学反应溶液中进行的化学反应aA+bB gG+dD 为表示方便，用为表示方便，用p p表示平衡时的相对分压，用表示平衡时的相对分压，用 表示平表示平衡时的相对浓度，后续章节中相同。衡时的相对浓度，后续章节中相同。(4-8)(4-9)气体反应=溶液中进行的化学反应 为表示方便，用p表示7 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页在应用平衡常数表达式时须注意：在应用平衡常数表达式时须注意：平平衡衡常常数数表表达达式式必必须须与与平平衡衡方方程程式式相相对对应应；当当有有纯纯固固体体、纯纯液液体体物物质质参参加加反反应应时时，其其浓浓度度可可视视为为常常数数，不不写写进进平平衡衡常常数数的的表表达达式式中中；在在稀稀溶溶液液中中进进行行的的反反应应，水水是是大大量量的的，其其浓浓度度可可视视为为常常数，不需表示在平衡常数表达式中。数，不需表示在平衡常数表达式中。标标准准平平衡衡常常数数K Kq q与与实实验验平平衡衡常常数数有有区区别别，它它没没有有压压力力平平衡衡常常数数和和浓浓度度平平衡衡常常数数之之分分，是是无无量量纲纲的的量量，目目前前多多使使用用标标准准平平衡衡常常数。后续章节中的平衡常数均为标准平衡常数数。后续章节中的平衡常数均为标准平衡常数Kq q。在应用平衡常数表达式时须注意：8 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页反应反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和反应和反应 N2(g)+H2(g)NH3(g)的的Kq q如何表示？如何表示？CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的的Kq q如何表如何表示？示？解解 练一练：反应N2(g)+3H2(g)9 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页3 3平衡常数的意义平衡常数的意义 平平衡衡常常数数是是可可逆逆反反应应的的特特征征常常数数，它它的的大大小小表表明明了了在在一一定定条条件件下下反反应应进进行行的的程程度度。对对于于同同一一类类型型反反应应，值值越越大大，表表明明正正反应进行的程度越大，即正反应进行得越完全。反应进行的程度越大，即正反应进行得越完全。平平衡衡常常数数与与反反应应系系统统的的浓浓度度（或或分分压压）无无关关，它它只只是是温温度度的函数。的函数。因此，使用时必须注明对应的温度。因此，使用时必须注明对应的温度。4 4多重平衡多重平衡 在在一一个个化化学学过过程程中中，有有多多个个平平衡衡同同时时存存在在，且且同同一一种种物物质质同时参与几种平衡，这种现象叫同时参与几种平衡，这种现象叫多重平衡。多重平衡。3平衡常数的意义10 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页例如，某一系统中同时存在下列三种平衡例如，某一系统中同时存在下列三种平衡 H2(g)+S(s)H2S(g)S(s)+O2(g)SO2(g)H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)由反应式知：由反应式知：-而反应的平衡常数为：而反应的平衡常数为：/例如，某一系统中同时存在下列三种平衡由反应式知：-11 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 多多重重平平衡衡的的规规则则：若若两两个个反反应应方方程程式式相相加加（或或相相减减）得得到到第第三三个个反反应应方方程程式式，则则其其平平衡衡常常数数为为前前两两个个反反应应的的平平衡衡常常数数的的积积（或或商商）。根根据据此此规规则则，可可求求得得多多个个反反应应组组合合后后所所需需反反应应的的平衡常数。平衡常数。四、有关化学平衡的计算四、有关化学平衡的计算1 1由平衡浓度（或分压）计算平衡常数由平衡浓度（或分压）计算平衡常数【例例4-3】氮氮、氢氢合合成成氨氨的的反反应应为为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在在773K建建立立平平衡衡时时，NH3(g)、N2(g)和和 H2(g)分分压压分分别别为为3.57106 Pa、4.17106 Pa 和和12.52106 Pa，计计算算该该温温度度下下合合成氨反应的标准平衡常数成氨反应的标准平衡常数Kq q。多重平衡的规则：若两个反应方程式相加（或相减）得到第12 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 解解:合成氨反应：合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时压力平衡时压力/10/106 6 Pa 4.17 Pa 4.17 12.52 12.523.573.57 解:合成氨反应：13 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 2 2已知平衡常数和起始浓度计算平衡组成和平衡转化率已知平衡常数和起始浓度计算平衡组成和平衡转化率 平平衡衡转转化化率率简简称称为为转转化化率率，它它指指反反应应达达到到平平衡衡时时，某某反反应应物物转化为生成物的百分率，常以转化为生成物的百分率，常以来表示。来表示。若反应前后体积不变，反应物的量可用浓度表示：若反应前后体积不变，反应物的量可用浓度表示：2已知平衡常数和起始浓度计算平衡组成和平衡转化率14 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页【例例4-4】某某温温度度T时时，反反应应：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的的平平衡衡常常数数Kq q9。若若反反应应开开始始时时CO和和H2O的的浓浓度度均均为为0.02mol/L，计计算算平平衡衡时时系系统统中中各各物物质质的的浓浓度度及及CO的的平平衡衡转转化化率率？解解 (1)(1)计算平衡时各物质的浓度计算平衡时各物质的浓度 设反应达到平衡时系统中设反应达到平衡时系统中H2和和CO2的浓度为的浓度为x mol/L CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)起始浓度起始浓度/(mol/L)0.02 0.02 0 0平衡浓度平衡浓度/(mol/L)0.02-x 0.02-x x x【例4-4】某温度T时，反应：CO(g)+H2O(g)15 第四章第四章 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 43 化学平衡化学平衡帮助帮助返回返回下页下页上页上页 x 0.015平衡时平衡时:c（H2）c（CO2）0.015mol/L c（CO）c（H2O）0.02-0.015 0.005mol/L (2)(2)计算计算COCO的平衡转化率的平衡转化率 16