第三章第三章 化学平衡化学平衡3.1 化学平衡化学平衡3.2 化学平衡的挪动化学平衡的挪动学习要求：学习要求：1.掌握不同反响类型的规范平衡常数表达式，掌握不同反响类型的规范平衡常数表达式，并能了解化学平衡的挪动并能了解化学平衡的挪动2.掌握规范平衡常数与规范吉布斯自在能变掌握规范平衡常数与规范吉布斯自在能变的关系的关系3.掌握有关化学平衡的计算，包括运用多重掌握有关化学平衡的计算，包括运用多重平衡规那么进展的计算平衡规那么进展的计算4.掌握温度、平衡常数、焓变、熵变和吉布掌握温度、平衡常数、焓变、熵变和吉布斯自在能变之间的关系斯自在能变之间的关系3.1 化学平衡化学平衡一、一、可逆反响可逆反响 在同样的条件下，既可向正方在同样的条件下，既可向正方向进展向进展 又可向逆方向进展的反响称为可逆反又可向逆方向进展的反响称为可逆反响例：例：a A +d D gG +hH 初始：v正 v逆 平衡：v正 =v逆 平衡态的特点：平衡态的特点：1.v正正=v逆逆 动态动态 2.反响物和产物的浓度不再改动平反响物和产物的浓度不再改动平衡态是反响到达的最大程度衡态是反响到达的最大程度3.化学平衡是有条件的平衡。
化学平衡是有条件的平衡dDaAhHgG)c/c()p/p()c/c()p/p(K =K =可逆反响：可逆反响：a A(g)+d D(aq)gG(g)+h H(aq)平衡时，等温等压下，热力学推导证明：平衡时，等温等压下，热力学推导证明：二、二、规范平衡常数规范平衡常数K 规范平衡常数规范平衡常数 pA、pG相应物质的平衡分压相应物质的平衡分压 cD、cH相应物质的平衡浓度相应物质的平衡浓度 p/p 相对分压相对分压 p 规范压力，规范压力，p 100kPa c/c 相对平衡浓度相对平衡浓度 c 规范浓度，规范浓度，c 1molL-1dDaAhHgG)c/c()p/p()c/c()p/p(K =K =K 的特点：的特点：1 仅与反响本质及反响温度有关，仅与反响本质及反响温度有关，与物质的起始浓度分压及反响到达平与物质的起始浓度分压及反响到达平衡的方向和时间无关衡的方向和时间无关2 的量纲为的量纲为1KK正确书写平衡常数表达式正确书写平衡常数表达式 c、p分别为平衡形状下的浓度和分压分别为平衡形状下的浓度和分压平衡常数与反响式的写法有关如平衡常数与反响式的写法有关如p/pp/pK422ON2NO1 N2O4(g)2NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)2NOON2p/pp/pK242 1/2 N2O4(g)NO2(g)2/1ONNO3p/pp/pK422 K1=1/K2=(K3)2纯固体、纯液体的浓度或分压不写入平纯固体、纯液体的浓度或分压不写入平 衡常数的表衡常数的表 达式。
例：达式例：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K =pCO2/p 在稀水溶液中进展的反响，水的浓度视在稀水溶液中进展的反响，水的浓度视为常数，不写入平衡常数表达式为常数，不写入平衡常数表达式例：例：NH4+H2O NH3H2O+H+c/cc/cc/cK423NHHOHNH 例：例：800时，反响时，反响CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),K =1,反响开场时反响开场时CO的浓度为的浓度为2mol/L,H2O 的浓度为的浓度为3mol/L，求平衡时各物质，求平衡时各物质的浓度及的浓度及CO的转化率的转化率解：解：CO+H2O CO2 +H2初初:2 3 0 0 molL-1平平:2-x 3-x x xCO 的转化率的转化率=(1.2/2)100%=60%22HCOccx =1.2(mol/L)COc=2-1.2=0.8 mol/L OH2c=3-1.2=1.8 mol/L222COHCOH OccKcc1)x3)(x2(x2=例例：知氨基甲酸铵：知氨基甲酸铵NH4CO2NH2 在蒸发时在蒸发时完全解离为氨和二氧化碳：完全解离为氨和二氧化碳：NH4CO2NH2s 2NH3(g)+CO2(g)，测得在测得在25平衡时气体的总压力平衡时气体的总压力11.75kPa，求反响求反响 的平衡常数的平衡常数K .)kPa(.pCO9 92 23 33 31 17 75 51 11 12 2 421040.210092.310083.7K 解：解：NH4CO2NH2s 2NH3(g)+CO2(g)(/)(/)322NHCOKpppp根据反响式，根据反响式，2 23 32 2CONHpp)kPa(.pNH8 83 37 73 32 27 75 51 11 13 3 3.3.反响商反响商Q Q系统处于恣意形状时，可逆反响：系统处于恣意形状时，可逆反响：a A(g)+d D(aq)gG(g)+h H(aq)dDaAhHgG)c/c()p/p()c/c()p/p(Q=Q=Q反响商反响商pA、pG相应物质恣意时辰的分压相应物质恣意时辰的分压cD、cH相应物质恣意时辰的浓度相应物质恣意时辰的浓度留意：留意：K 只能表达平衡形状时，系统内各物质只能表达平衡形状时，系统内各物质之间的数量关系；之间的数量关系；Q那么能表示反响进展那么能表示反响进展到恣意时辰时系统内各物质之间的数量关到恣意时辰时系统内各物质之间的数量关系系平衡形状时，平衡形状时，K =QK 与与Q的关系是讨论化学平衡挪动反的关系是讨论化学平衡挪动反响自发进展的方向的根据。
响自发进展的方向的根据三、范托夫等温方程三、范托夫等温方程等温等压下：等温等压下：()()lnrmrmGTGTRTQ 平衡形状时，平衡形状时，Q=K ，rGm=0，那么：，那么：rGm=-RT ln K此式称为范托夫等温方程式此式称为范托夫等温方程式此式为热力学对规范平衡常数的定义此式为热力学对规范平衡常数的定义恣意形状下的化学反响方向的判据：恣意形状下的化学反响方向的判据：Q K，G K，G 0,逆反响自发进展逆反响自发进展Q=K，G=0,反响达平衡反响达平衡等温方程式可写成：等温方程式可写成：rGm =-RT ln K +RT lnQ=lnQRTK解：查表解：查表-300.4 0 -370.4 kJ.mol 1 G =2(-370.4)2(-300.4)=-140 kJ.mol 1例：求以下反响在例：求以下反响在25时的时的K .2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)代入：代入：G =-RT ln K lnK =-1401000/-8.314298=56.51 K =3.48 1024例：例：1试判别规范形状，试判别规范形状，380K条件下，条件下，Ag2CO3s能否分解；能否分解；2计算计算Ag2CO3(s)分解反响的分解反响的K(380K)；3T=380K，P(CO2)=1KPa时，时，Ag2CO3s能否分解？能否分解？四、多重平衡规那么四、多重平衡规那么 假设某反响可以由几个反响相加或假设某反响可以由几个反响相加或相减得到，那么该反响的平衡常数等于相减得到，那么该反响的平衡常数等于几个反响平衡常数之积或商。
这种关几个反响平衡常数之积或商这种关系就称为多重平衡规那么系就称为多重平衡规那么例例:2BrCl(g)Cl2(g)+2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)K1 =0.45Br2(g)K1 =0.45 Br2(g)+I2(g)Br2(g)+I2(g)2IBr(g)K2 =0.0512IBr(g)K2 =0.051 2BrCl(g)+I2(g)2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)2IBr(g)+Cl2(g)K3 =?K3 =?解：解：=+K3 =K1 K2 =0.450.0510.0233.2 化学平衡的挪动化学平衡的挪动一、一、浓度对平衡挪动的影响浓度对平衡挪动的影响 a A+d D g G +h HG=-RT ln K +RT ln QG=-RT ln K +RT ln )c/c()c/c()c/c()c/c(dDaAhHgG 影响平衡的要素有浓度、压力、温度影响平衡的要素有浓度、压力、温度1.假设增大反响物的浓度或减少产物的浓度假设增大反响物的浓度或减少产物的浓度 Q K ,G K ,G 0，反响逆向进展反响逆向进展到到 Q =K 止止.Q)c/c()c/c()c/c()c/c(dDaAhHgG 解：解：CO +H2O CO2 +CO +H2O CO2 +H2 H2 平：平：0.8 1.8 0.8 1.8 1.2 1.2 1.2 1.2 参与水蒸气：参与水蒸气：0.8 6.0 0.8 6.0 1.2 1.21.2 1.2建立新平衡：建立新平衡：0.8-y 6.0-y 1.2+y 0.8-y 6.0-y 1.2+y 1.2+y 1.2+y 例：知反响例：知反响CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)平衡时各物质的浓度分别为平衡时各物质的浓度分别为CO=0.8mol/L,H2O=1.8mol/L,CO2=H2=1.2mol/L,CO的起始浓度为的起始浓度为2mol/L,假设温度不变，使水假设温度不变，使水蒸气的浓度增至蒸气的浓度增至6mol/L，求，求CO的转化率。
的转化率1)y0.6)(y8.0()y2.1(8.08.1)2.1(K22 y=0.37 mol/LCO的转化率的转化率=100%=78.5%0 02 23 37 70 02 21 1.例：合成氨的反响：例：合成氨的反响：N2(g)+3H2(g)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)2NH3(g)3HN2NH)p/p()p/p()p/p(K223 平衡时：平衡时：假设体系的总压力增大到原来的假设体系的总压力增大到原来的2倍倍,K41)p/p2()p/p2()p/p2(Q223N3H2NH Q K ,G K ，G 0,反响逆向进展反响逆向进展直到直到 Q =K 止K4)p/p21()p/p21()p/p21(Q223N3H2NH 例：例：CO(g)+H2O(g)CO2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)+H2(g)平衡时：平衡时：)p/p()p/p()p/p()p/p(KOHCOHCO222 无论增大总压力还是减小总压力：无论增大总压力还是减小总压力：KQ 结论：增大体系的总压力，平衡向气结论：增大体系的总压力，平衡向气体分子数减小的方向挪动，反之，减小体体分子数减小的方向挪动，反之，减小体系的总压力，平衡向气体分子数增大的方系的总压力，平衡向气体分子数增大的方向挪动向挪动.三、三、温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响由由G =-RT ln KG =-RT ln KG =G =H -T H -T S S 等量代换得：等量代换得：RSRTHKln 设设 T1T1、T2 T2 的平衡常数分别为的平衡常数分别为 K1 K1 、K2 K2 ，RSRTHKln 1 11 1RSRTHKln 2 22 2-)TT(RHKKln1 12 21 12 21 11 1 K2 K2 H T2 T1H T2 T1 ln =()ln =()K 1 R K 1 R T1T2T1T2分析：分析：1、吸热反响，、吸热反响，H 0,升高温度时等式右升高温度时等式右边为正值，阐明边为正值，阐明 K2 K1，反响正移；降温，反响正移；降温 K2 K1 ，反响逆移，反响逆移.K2 K2 H T2 T1H T2 T1 ln =()ln =()K 1 R K 1 R T1T2T1T22、放热反响，、放热反响，H 0,升高温度时等式右升高温度时等式右边为负值，阐明边为负值，阐明K2 K1 ，反响正移，反响正移.结论：在其它条件不变时，升温平衡结论：在其它条件不变时，升温平衡向吸热反响方向挪动，降温平衡向放热反向吸热反响方向挪动，降温平衡向放热反应方向挪动。
应方向挪动K2 -37.9103 500800 ln =()=3.419 4.02 8.314 5008007 77 71 12 22 22 2.K 5 54 43 30 00 02 24 42 2.K 例：在合成氨工业中，例：在合成氨工业中，CO的变换反响的变换反响：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的的H =-37.9kJmol-1，800K时的时的K =4.02,求求500K时的时的K 解：根据公式解：根据公式 K2 K2 H T2 T1H T2 T1 ln =()ln =()K 1 R K 1 R T1T2T1T2四、催化剂与化学平衡四、催化剂与化学平衡 催化剂使正逆反响速度增大的倍数一催化剂使正逆反响速度增大的倍数一样，因此它只能缩短到达平衡的时间，而样，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生挪动不能使平衡发生挪动勒夏特列原理：参与改动平衡系统的平勒夏特列原理：参与改动平衡系统的平衡条件之一，如温度、压力或浓度，平衡将衡条件之一，如温度、压力或浓度，平衡将向减弱这个改动的方向挪动向减弱这个改动的方向挪动本章小结：本章小结：1.化学平衡的特点化学平衡的特点2.平衡常数平衡常数 规范平衡常数的书写规那么规范平衡常数的书写规那么3.多重平衡规那么多重平衡规那么4.化学平衡的挪动化学平衡的挪动自测题：自测题：1.知知500K时反响时反响 SO2(g)+1/2 O2(g)SO3(g)的的K =50，那么同温度下反响，那么同温度下反响2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的的K 为为 A.410-4 B.210-2 C.410-2 D.2500D2.PCl5的分解反响是的分解反响是 PCl5=PCl3 +Cl2 ，在在200到达平衡到达平衡 时，时，PCl5有有 48.5%分分 解，在解，在300到达平衡时，到达平衡时，PCl5有有 97%分解，那么此反响为分解，那么此反响为 A.放热反响放热反响 B.既不吸热也不放热既不吸热也不放热 C.吸热反响吸热反响 D.这两个温度下的平衡常数相等这两个温度下的平衡常数相等 C322333()()22cpABpQKpPB3.下述化学平衡下述化学平衡 A(g)+B(g)C(g)，在一，在一样的温度下，假设体积减少至样的温度下，假设体积减少至 2/3，那么，那么反响商反响商Q 和平衡常数和平衡常数K 的关系为的关系为 A.QP=2K B.QP=2/3K C.QP=3/2K D.QP=K 4.在在763.15K时，时，H2(g)+I2(g)2HI(g)的的 K =45.9，当各物质的起始浓度，当各物质的起始浓度 c(H2)=0.0600molL-1,c(I2)=0.400molL-1和和c(HI)=2.00molL-1进展混和，反响自发进展进展混和，反响自发进展 的方向是的方向是 A.自发向右进展自发向右进展 B.自发向左进展自发向左进展 C.反响处于平衡形状反响处于平衡形状B221670.06 0.4QK5.反响反响 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的的Hm 为负值，此反响达平衡时，假设要使平为负值，此反响达平衡时，假设要使平衡衡 向产物方向挪动，可以向产物方向挪动，可以 A.升温加压升温加压 B.升温降压升温降压 C.降温升压降温升压 D.降温降压降温降压C。