1、2022-6-15课件1第第3章章 化学平衡化学平衡（Chemical Equilibrium）n一一. 化学反应的可逆性（化学反应的可逆性（Reversibility）和和可逆反应可逆反应（Reversible reactions）n绝大多数化学反应绝大多数化学反应都有一定都有一定可逆性：可逆性： 例如例如: CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (水煤气水煤气) 可逆性显著可逆性显著 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 可逆性显著可逆性显著 Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl (s) 可逆程度小可逆程度小n只有极少数反应是只有极少数反应是“
2、不可逆的不可逆的” （单向反应）（单向反应） ： 例如：例如：2 KClO3 (s) = 2 KCl(s) + 3 O2(g) 可逆反应可逆反应在同一条件（温度、压力、浓度等）下，在同一条件（温度、压力、浓度等）下，能同时向两个相反方向进行的反应。能同时向两个相反方向进行的反应。 无机化学无机化学“可逆反应可逆反应”热力学热力学“可逆过程可逆过程” （无机化学（无机化学“可逆反应可逆反应”多多数数为为热力学热力学“不可逆过程不可逆过程”）2022-6-15课件2二、化学平衡的概念n（一）定义（一）定义可逆反应在一定条件下，可逆反应在一定条件下，正反应速率正反应速率等于等于逆反应速率逆反应速率时
3、，反应时，反应体系体系所处的所处的状态状态，称为，称为“化学平化学平衡衡”。n例例1： H2O(g) + CO(g) H2(g) + CO2(g)2022-6-15课件3H2O(g) + CO(g) H2(g) + CO2(g)2022-6-15课件4二、化学平衡的概念（续）n例例2：N2O4(g) 2 NO2(g) 无色无色 红棕色红棕色n 在在373 K恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色不再变化，恒温槽中反应一段时间后，反应混合物颜色不再变化，显示已达显示已达平衡平衡，测得平衡时，测得平衡时N2O4、NO2浓度（见下表）。浓度（见下表）。次序次序 起始浓度起始浓度 浓度变化浓度变化 平
4、衡浓度平衡浓度 NONO2 2 2 2 /N/N2 2O O4 4 /mol /moldmdm-3 -3 /mol/moldmdm-3 -3 /mol/moldmdm-3-31 从反应从反应 N N2 2O O4 4 0.100 -0.060 0.0400.100 -0.060 0.040 0.360.36 物开始物开始 NONO2 2 0 +0.120 0.1200 +0.120 0.120 2 从产物从产物 N N2 2O O4 4 0 +0.014 0.0140 +0.014 0.014 0.370.37 开始开始 NONO2 2 0.100 -0.028 0.0720.100 -0.0
5、28 0.072 3 从反应混从反应混 N N2 2O O4 4 0.100 -0.030 0.0720.100 -0.030 0.072 0.370.37 合物开始合物开始 NONO2 2 0.100 +0.060 0.160 0.100 +0.060 0.160 2022-6-15课件5二、化学平衡的概念（续）n平衡时平衡时 NO22 /N2O4不变，不变， 即达到一个即达到一个“常数常数”称为称为“平衡常数平衡常数”（K）。）。 N2O4(g) 2 NO2(g) K = NO22 /N2O4 = 0.37 （373 K）（二）平衡常数（二）平衡常数（Equilibrium constan
6、ts） 1.定义：定义：在在一定温度一定温度下，可逆反应达到下，可逆反应达到平衡平衡时，时，产物产物浓浓度度的方程式的方程式计量系数次方的乘积计量系数次方的乘积与与反应物反应物浓度浓度计量系数计量系数次方的乘积之比次方的乘积之比，为一常数，称为，为一常数，称为“平衡常数平衡常数”。 符号：符号：K 。这一规律称为。这一规律称为“化学平衡定律化学平衡定律”。 2022-6-15课件6（二）平衡常数（续）（二）平衡常数（续）n2. 平衡常数的意义平衡常数的意义n 表示在表示在一定条件一定条件下，下，可逆反应可逆反应所能进所能进行的行的极限极限。n K，正反应彻底，正反应彻底。n 通常：通常：K 1
7、07，正反应单向，正反应单向n K Krn逆反应自发进行，平衡向逆反应自发进行，平衡向气体分子总数增加气体分子总数增加的的方向移动，以方向移动，以消除总压力降低的影响消除总压力降低的影响。 2022-6-15课件403-3化学平衡的移动（续）n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n把把vant Hoff等温式等温式与与吉布斯一赫姆霍兹吉布斯一赫姆霍兹方程方程结合来讨论。结合来讨论。n封闭体系，热力学封闭体系，热力学平衡常数平衡常数Kr（或（或K ）只是只是温度温度T 的函数。的函数。n推导推导Kr与与T 的关系的关系:2022-6-15课件413-3化学平衡的移动（续）n由由标态标
8、态下下vant Hoff等温式等温式 G = -RT lnKr (封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等温、不做非体积功)n标态标态下吉一赫方程为：下吉一赫方程为： G = H - TS (封闭体系、等温、不做非体积功封闭体系、等温、不做非体积功)n代入上式代入上式 得，得，n H - TS = -RTlnKr lnKr = (-H/ RT ) + (S / R) （3-10） （3-10）式称为）式称为vant Hoff方程方程. 2022-6-15课件423-3化学平衡的移动（续）nT 不大，无相变：不大，无相变： HT H298 , ST S298 lnK1r = (-H/RT1) +
9、 (S /R) （1）lnK2r = (-H/RT2) + (S /R) （2）（2）- （1）：）：ln(K2r /K1r ) = (H/R) (T2 -T1)/ (T2T1) (3-11) 2022-6-15课件433-3化学平衡的移动（续）ln（K2r /K1r ）= (H/R) (T2 -T1)/ (T2T1) H 0 吸热吸热, T2 T1 : K2r K1r H 0 放热放热, T2 T1 : K2r K1rn温度温度 （ T2 T1 ），平衡向，平衡向吸热吸热反应方向反应方向 移动，且移动，且Kr 改变：改变：正反应正反应吸热吸热：K2r K1r ； 正反应正反应放热放热： K2
10、r K1r .n温度温度 （T2 T1 ），平衡向，平衡向放热放热反应方向反应方向 移动，且移动，且Kr 改变：改变：正反应正反应放热放热：K2r K1r ； 正反应正反应吸热吸热： K2r K1r .2022-6-15课件443-3 化学平衡的移（续）例：例：N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) H = - 92.2 kJ.mol-1 ( 放热放热) T1 = 298 K， Kp1 = 6.2105 T2 = 473 K ， Kp2 = 6.210-1 T3 = 673 K ， Kp3 = 6.010-4 即：即： T ，平衡向，平衡向吸热吸热反应（逆反应）的反应（逆反应）的
11、方向移动，且方向移动，且K 。 或：或： T ，平衡向，平衡向放热放热反应（正反应）的反应（正反应）的方向移动，且方向移动，且K ；2022-6-15课件453-3 化学平衡的移动（续）求求H和和S值值: n由（由（3-10）式）式（教科书（教科书P.63，4-23式）式）: lgKr = (-H/ 2.303RT ) + (S / 2.303R) 在不同温度（在不同温度（T ）下测定）下测定Kr数值，数值， 作出作出 lgKr (1/T ) 图图（教科书（教科书P.63，图，图4-1） 。 斜率斜率：(-H / 2.303R) 截距截距：(S / 2.303R) 可求出热力学函数可求出热力学
12、函数H和和S值。值。 2022-6-15课件463-3 化学平衡的移动（续）n一、浓度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响n提高物反应物提高物反应物浓度浓度，平衡向平衡向正反应正反应方向移方向移，但但 Kr 不变不变。n二、压力对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响 提高提高总压力总压力，平衡向，平衡向气体分子总数减小的反应气体分子总数减小的反应方向移动方向移动，但但Kr 不变不变。n三、温度对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响n温度温度 ，平衡向，平衡向吸热吸热反应方向移动，反应方向移动， 且且K r 改变改变。2022-6-15课件473-3 化学平衡的移动（续）n小结：浓度、压
13、力、温度对平衡的小结：浓度、压力、温度对平衡的影响影响 Le-Chateliers Principle（勒（勒一夏特里原理）一夏特里原理）。 对于已达平衡的体系，若对于已达平衡的体系，若改变平改变平衡体系的条件衡体系的条件（浓度、压力、温度）（浓度、压力、温度）之一，之一，平衡将向解除这一改变的方平衡将向解除这一改变的方向移动向移动。 2022-6-15课件48四、催化剂n 使用（正）催化剂能使用（正）催化剂能同等程同等程度地提高度地提高正、逆反应的速率正、逆反应的速率，缩缩短达到平衡所需时间短达到平衡所需时间，但，但不能使不能使平衡移动平衡移动，也，也不会改变平衡常数不会改变平衡常数值值。 2022-6-15课件49第第3章作业章作业n教材教材p.65 67 :n5, 6, 8, 11, 13, 15, 16, 24n第第15题补充数据：题补充数据：nSO2Cl2 (l) : fGm = -313.5 kJmol-1 fHm = -388.74 kJmol-1
