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 一、一、 可逆反应可逆反应 在一定条件下既可以从左向右进行，也可以从右向左进行的在一定条件下既可以从左向右进行，也可以从右向左进行的反应，称为反应，称为可逆反应可逆反应。例如：。例如：2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) 通常把从左向右进行的反应称为通常把从左向右进行的反应称为正反应正反应，从右向左进行的，从右向左进行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。 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
2、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。 逆正图图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 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： 00；反应物和生成物的；反应物和生成物的浓度浓度( (平衡
3、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。逆正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。 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 在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡浓度幂
4、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 badccK g (B) c (A) c (D) c )G( Kc称为称为浓度平衡常数浓度平衡常数。 (4-6) 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 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) 在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平衡在一定温度下达到平衡时，实验平衡常数用各生成物平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
5、物平衡分压幂的乘积之比表示，即 (B) p (A) p (D) p (G) pKbadgpK 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kPakPa) )为单位。为单位。 实验平衡常数有单位，其单位取决于生成物与反应物的化实验平衡常数有单位，其单位取决于生成物与反应物的化学计量数之差。即学计量数之差。即(4-7) 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n ( g + d ) - ( a + b ) 由理想气体状态方程及由理想气体状态方程及KcKc、KpKp表达式可以找出表达式可以找
6、出Kc与与Kp之间的之间的关系：关系： Kp = Kc(RT) n2 2标准平衡常数标准平衡常数 标准平衡常数标准平衡常数Kq q，也称，也称热力学平衡常数。热力学平衡常数。在标准平衡常数在标准平衡常数表表达式达式中中，对气体反应，用各组分气体的相对分压，对气体反应，用各组分气体的相对分压p pi i/ /p pq q表示，溶表示，溶液中的物质用相对浓度液中的物质用相对浓度c ci i/ /c cq q来表示，来表示，p pq q为标准压力，单位为为标准压力，单位为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/L1.0mo
7、l/L。 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) b a d gp (B) / pp (A) / pp (D) /pp (G)/pK b a d g Bp ApDp Gp)()()()(=溶液中进行的化学反应溶液中进行的化学反应aA + bB gG + dD bad g B AD G badcccccK g / (B) c / (A) c / (D) c / )G( 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
8、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) 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： 平衡常数表达式必须与平衡方程式相对应；当有纯固体、纯平衡常数表达式必须与平衡方程式相对应；当有纯固体、纯液体物质参加反应时，其浓度可视为常数，不写进平衡常数的表液体物质参加反应时，其浓度可视为常数，不写进平衡常数的表达式中；在稀溶液中进行的反应，水是大量的，其浓度可视为常达式中；在稀溶液中进行的反应，水是大量的，
9、其浓度可视为常数，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。 标准平衡常数标准平衡常数K Kq q与实验平衡常数有区别，它没有压力平衡常与实验平衡常数有区别，它没有压力平衡常数和浓度平衡常数之分，是无量纲的量，目前多使用标准平衡常数和浓度平衡常数之分，是无量纲的量，目前多使用标准平衡常数。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。 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) +
10、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如何表示？如何表示？解解 qK32223)( )()(HpNpNHpK 2322123)( )()(HpNpNHpK212123)(2COpK 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 平衡常数是可逆反应的平衡常数是可逆反应的特征常数特征常数，它的大小表明了在一定，它的大小表明了在一定条件下反应进行的条件下反应进行的程度程度。对于同一类型反应，值越大，表明正。对
11、于同一类型反应，值越大，表明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。 平衡常数与反应系统的浓度（或分压）无关，它只是温度平衡常数与反应系统的浓度（或分压）无关，它只是温度的函数。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 在一个化学过程中，有多个平衡同时存在，且同一种物质在一个化学过程中，有多个平衡同时存在，且同一种物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。 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
12、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) )()(221HpSHpK)( )SO( 222OppK )()()()(22223HpSOpOpSHpK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： / 1K2K3K 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 多重平衡的多重平衡的规则：规则：若两个反应方程式相加（或相
13、减）得到若两个反应方程式相加（或相减）得到第三个反应方程式，则其平衡常数为前两个反应的平衡常数的第三个反应方程式，则其平衡常数为前两个反应的平衡常数的积（或商）。根据此规则，可求得多个反应组合后所需反应的积（或商）。根据此规则，可求得多个反应组合后所需反应的平衡常数。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、氢合成氨的反应为：氮、氢合成氨的反应为：N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)，在在773K建立平衡时，建立平衡时，NH3 (g)、N2 (g) 和和 H2 (g) 分压分别为
14、分压分别为3.57106 Pa、4.17106 Pa 和和12.52106 Pa，计算该温度下合，计算该温度下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。 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 12.523.573.5753 565625632223101.60 )10 / 1052.12 )( 10 / 1017. 4() 10 /
15、103.57 ( )( )()(HpNpNHpK 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 平衡转化率平衡转化率简称为简称为转化率转化率，它指反应达到平衡时，某反应物，它指反应达到平衡时，某反应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：%100)( )( 总nn反应前该反应物的总量某反应物已转化的量%100
16、)( )( 始该反应物的起始浓度某反应物转化了的浓度cc 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】某温度某温度T时，反应：时，反应：CO(g) + H2O(g) H2(g)+ CO2(g) 的平衡常数的平衡常数Kq q9。若反应开始时。若反应开始时CO和和H2O的浓度均为的浓度均为0.02mol/L，计算平衡时系统中各物质的浓度及，计算平衡时系统中各物质的浓度及CO的平衡转化率？的平衡转化率？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H
17、2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 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 9)02. 0(CO OHCO H22222xxK 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%75%10002. 0015. 0)CO(
