第三章化學反應速率和化學平衡第二章化學平衡

1、1第三章第三章 化學反應速率和化化學反應速率和化學平衡學平衡第二節(jié) 化學平衡 2不可逆反應不可逆反應：反應物能全部的轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌?，即反應：反應物能全部的轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌?，即反應能進行到底的反應稱為不可逆反應。如能進行到底的反應稱為不可逆反應。如: : 可逆反應可逆反應 ：在同一條件下可同時向正、逆兩個方向：在同一條件下可同時向正、逆兩個方向進行的反應稱為可逆反應。如進行的反應稱為可逆反應。如: : 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)2例如：HCl + NaOH NaCl + H2O MnO2, 2KClO3 2KCl + 3O2一、一、 可逆反應與化學平衡可逆反應與化學平衡3CO(g)

2、H2O(g) CO2 (g)H2 (g)。 化學平衡的建立：化學平衡的建立：t正正逆逆正正= =逆逆開始時：開始時：正正 逆逆 平衡時：平衡時：正正 = = 逆逆 在在可逆反應可逆反應中，正反應的反應速率等于逆反應的反中，正反應的反應速率等于逆反應的反應速率時系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為應速率時系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為化學平衡化學平衡?；瘜W平衡化學平衡4 化學平衡具有以下幾個重要特點：化學平衡具有以下幾個重要特點：（1 1）正反應的反應速率和逆反應的）正反應的反應速率和逆反應的反應速率反應速率相等相等是建立化學平衡的條件。是建立化學平衡的條件。（2 2）化學平衡是可逆反應進行的）化學平衡是可逆反應進行的最大限

3、度，最大限度，反應反應物和產(chǎn)物的濃度都不再隨時間變化，這是建立物和產(chǎn)物的濃度都不再隨時間變化，這是建立化學平衡的標志?；瘜W平衡的標志。（3 3）化學平衡是相對的和有條件的）化學平衡是相對的和有條件的動態(tài)平衡，動態(tài)平衡，當當外界條件改變時，原來的化學平衡被破壞，直外界條件改變時，原來的化學平衡被破壞，直至在新條件下又建立起新的化學平衡。至在新條件下又建立起新的化學平衡。5例：在一定溫度下，可逆反應例：在一定溫度下，可逆反應A A（氣）（氣）+3B+3B（氣）（氣） 2C2C（氣）達到平衡的標志是：（氣）達到平衡的標志是：A. C的生成速率與的生成速率與C分解的速率相等分解的速率相等B. 單位時間

4、內(nèi)生成單位時間內(nèi)生成nmolA,同時生成同時生成3nmolBC. A、B、C的濃度不再變化的濃度不再變化D. A、B、C的分子數(shù)比為的分子數(shù)比為1:3:2AC 56二、二、化學平衡常數(shù)化學平衡常數(shù)1、實驗平衡常數(shù)、實驗平衡常數(shù)化學反應平衡時，反應物和生成物的濃度（分壓）相對穩(wěn)定，化學反應平衡時，反應物和生成物的濃度（分壓）相對穩(wěn)定，它們之間存在一定關系它們之間存在一定關系eEdDbBaA )()()()(BcAcEcDcKbaed 對于反應對于反應平衡時：平衡時：K稱為化學平衡常數(shù)，或?qū)嶒炂胶獬?shù)、經(jīng)驗平衡常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)，或?qū)嶒炂胶獬?shù)、經(jīng)驗平衡常數(shù)7濃度平衡常數(shù)濃度平衡常數(shù)Kc：由平衡

5、濃度計算得到：由平衡濃度計算得到壓力平衡常數(shù)壓力平衡常數(shù)K Kp p：由平衡分壓計算得到：由平衡分壓計算得到)()()()(geEgdDgbBgaA )()()()(BpApEpDpKbaedp 平衡常數(shù)是化學反應限度的特征值，在一定溫度下，平衡常數(shù)是化學反應限度的特征值，在一定溫度下，其值越大，正反應進行的越完全，其大小與溫度有關。其值越大，正反應進行的越完全，其大小與溫度有關。8 baedcBccAccEccDcK/ )(/ )(/ )(/ )(標準平衡常數(shù)：標準平衡常數(shù)：)()()()(geEgdDgbBgaA 在液相中：在液相中：若為氣相反應，則將若為氣相反應，則將c c換為換為P P

6、。c c：標準濃度，：標準濃度，1 mol/L1 mol/L；P P: :標準壓力，標準壓力，100kPa100kPa。92、化學平衡常數(shù)表達式書寫規(guī)則、化學平衡常數(shù)表達式書寫規(guī)則表達式中各組分的濃度或分壓為平衡時的濃度或表達式中各組分的濃度或分壓為平衡時的濃度或分壓分壓純固體、液體不寫入表達式中，例如：純固體、液體不寫入表達式中，例如：)()()(23gCOsCaOsCaCO )(2COpKp 10稀溶液中進行的反應，反應式中若有水出現(xiàn)，稀溶液中進行的反應，反應式中若有水出現(xiàn)，水的濃度不應寫入平衡常數(shù)關系式水的濃度不應寫入平衡常數(shù)關系式中。如：中。如：OHOCr2272 HCrO222427

7、22224OCrHCrOKc對于氣體反應，平衡常數(shù)一般用對于氣體反應，平衡常數(shù)一般用K Kp p表示。表示。 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)()()(22232OpSOpSOpKp 11 N2+3H2=2NH3 Kp1 1/2 N2+3/2H2=NH3 Kp2 322231)()()(HpNpNHpKp 23221232)()()(HpNpNHpKp 若反應（若反應（1） n反應（反應（2），則），則 正、逆反應的標準平衡常數(shù)之間關系？正、逆反應的標準平衡常數(shù)之間關系？平衡常數(shù)表達式與化學方程式相對應平衡常數(shù)表達式與化學方程式相對應12如果某個反應可以表示為兩個或多個反應總和，

8、如果某個反應可以表示為兩個或多個反應總和，則總反應的平衡常數(shù)等于各分步反應的平衡常數(shù)則總反應的平衡常數(shù)等于各分步反應的平衡常數(shù)的乘積。這個關系稱為的乘積。這個關系稱為多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則。12（1 1）所有平衡常數(shù)必須在同一溫度。）所有平衡常數(shù)必須在同一溫度。（2）若反應）若反應2=反應反應3+反應反應1，則，則K2= K3* K1131 1、判斷反應進行的程度、判斷反應進行的程度2 2、預測反應的方向、預測反應的方向3 3、平衡轉(zhuǎn)化率、平衡轉(zhuǎn)化率三、化學平衡常數(shù)的意義三、化學平衡常數(shù)的意義14判斷反應進行的程度判斷反應進行的程度 當可逆反應達到平衡時，反應物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物已經(jīng)達到了當可逆反應

9、達到平衡時，反應物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物已經(jīng)達到了最大限度。最大限度。 K K值越大，向正方向進行的程度越大值越大，向正方向進行的程度越大15預測反應的方向預測反應的方向 在一定溫度下，比較標準平衡常數(shù)與反應商的相對大小在一定溫度下，比較標準平衡常數(shù)與反應商的相對大小，就能預測反應的方向。，就能預測反應的方向。eEdDbBaA)()()()(BcAcEcDcQbaed 濃度商濃度商濃度商和平衡常數(shù)的區(qū)別濃度商和平衡常數(shù)的區(qū)別16根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)，判斷可逆反應進行的方向根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)，判斷可逆反應進行的方向和限度：和限度：17 已知已知 298.15 K 時，可逆反應：時，可逆反應：Pb2+(aq

10、) + Sn(s) Pb(s) + Sn2+(aq)的標準平衡常數(shù)的標準平衡常數(shù) K=2.2 ，若反應分別從下列情，若反應分別從下列情況開始，試判斷可逆反應進行的方向。況開始，試判斷可逆反應進行的方向。 （1）Pb2+和和Sn2+的濃度均為的濃度均為 0.10 molL- -1； （2）Pb2+的濃度為的濃度為 0.10 molL- -1，Sn2+ 的濃度的濃度為為 1.0 molL- -1。18時反應向正方向進行時反應向正方向進行所以所以由于由于反應商為：反應商為：KKQLmolLmolPbcSncQ15.298,0 . 11 . 01 . 0)()()1(1122 時反應向逆方向進行所以由

11、于反應商為：KKQLmolLmolPbcSncQ15.298,0 .101 . 00 . 1)()()2(112219 轉(zhuǎn)化率又稱平衡轉(zhuǎn)化率或轉(zhuǎn)化率又稱平衡轉(zhuǎn)化率或最大最大轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率。（因為化學平衡狀態(tài)因為化學平衡狀態(tài)是反應進行的最大限度，所以平衡轉(zhuǎn)化率是指定條件下的最是反應進行的最大限度，所以平衡轉(zhuǎn)化率是指定條件下的最大轉(zhuǎn)化率。）大轉(zhuǎn)化率。） 平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率指平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反應物的量與轉(zhuǎn)化前該指平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反應物的量與轉(zhuǎn)化前該反應物的量之比。反應物的量之比。轉(zhuǎn)化率 =(C反應物)起始-(C反應物)平衡(C反應物)起始某反應物已轉(zhuǎn)化的量該反應物的起始量100%100%=轉(zhuǎn)化

12、率（平衡轉(zhuǎn)化率）轉(zhuǎn)化率（平衡轉(zhuǎn)化率） 平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率都可以表示反應進行的程度，但前者只平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率都可以表示反應進行的程度，但前者只與溫度有關，后者與溫度、濃度有關，使用時還應指明何種反與溫度有關，后者與溫度、濃度有關，使用時還應指明何種反應物。應物。20 平衡常數(shù)確定了平衡系統(tǒng)中反應物和產(chǎn)物的濃度平衡常數(shù)確定了平衡系統(tǒng)中反應物和產(chǎn)物的濃度或分壓力之間的關系。因此，可利用平衡常數(shù)計算或分壓力之間的關系。因此，可利用平衡常數(shù)計算反應物和產(chǎn)物的平衡濃度或平衡分壓力。反應物和產(chǎn)物的平衡濃度或平衡分壓力。平衡常數(shù)的相關計算平衡常數(shù)的相關計算21例例AgNO3和和Fe(NO3)2兩種溶液會發(fā)生下列

13、反應：兩種溶液會發(fā)生下列反應： 在在25時，將時，將AgNO3和和Fe(NO3)2兩溶液混合，開始時溶液中兩溶液混合，開始時溶液中Ag+和和Fe2+離子離子濃度均為濃度均為0.100 mol/L，達到平衡時，達到平衡時Ag+的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為19.4。求（求（1）平衡時）平衡時Fe2+、Ag+和和Fe3+各離子的濃度；各離子的濃度； （2）該溫度下的平衡常數(shù)。）該溫度下的平衡常數(shù)。Fe2+ + Ag+Fe3+ + Ag解解: （1） 起始濃度起始濃度 0.100 0.100 0(mol/L) 變化濃度變化濃度 0.119.4 0.119.4 0.119.4 (mol/L) =0.0194 =

14、0.0194 = 0.0194 平衡濃度平衡濃度 0.10.0194 0.10.0194 0.0194(mol/L) 得平衡時得平衡時：c(Fe2+) = c(Ag+) = 0.0806 mol/L， c(Fe3+) = 0.0194 mol/L Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag2122（2）99. 20806. 00806. 00194. 023AgFeFeKc23四、化學平衡的移動四、化學平衡的移動根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)，判斷可逆反應進行的方向根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)，判斷可逆反應進行的方向和限度：和限度：24a 濃度對化學平衡的影響濃度對化學平衡的影響改變濃度商改變濃度商Q，使，使QK

15、dD(aq)aA(aq) )()(AcDcQad 增加增加A濃度或減小濃度或減小D濃度濃度, Q K，平衡左移（逆）平衡左移（逆）25 增大反應物或減小產(chǎn)物濃度，增大反應物或減小產(chǎn)物濃度，Q值減小，值減小，正向正向移動移動 減小反應物或增大產(chǎn)物濃度，減小反應物或增大產(chǎn)物濃度，Q值增大，值增大，逆向逆向移動移動結(jié)論：結(jié)論：26應用應用：1、CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)在生產(chǎn)中加入過量的水？在生產(chǎn)中加入過量的水？2、N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)在生產(chǎn)中加入過量的在生產(chǎn)中加入過量的N2?增大某一種反應物濃度會使其它反應物增大某一種反應物濃度會使其它反應物轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率

16、變大。變大。27例例 含有含有0.100 mol/L AgNO0.100 mol/L AgNO3 3、0.100 mol/L Fe(NO0.100 mol/L Fe(NO3 3) )2 2和和0.0100 mol/L Fe(NO0.0100 mol/L Fe(NO3 3) )3 3的溶液中，發(fā)生如下反應：的溶液中，發(fā)生如下反應：FeFe2+2+ (aq) + Ag+(aq) Fe (aq) + Ag+(aq) Fe3+3+(aq) + Ag(s)(aq) + Ag(s)2525時的平衡常數(shù)時的平衡常數(shù)KcKc= 2.98= 2.98。（l l）反應向哪一方向進行？）反應向哪一方向進行？（2 2

17、）平衡時，）平衡時，AgAg+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+的濃度各為多少？的濃度各為多少？ 解：解：（l）反應開始時的反應商：c = = = 1)(Ag)(Fe)(Fe02030ccc100. 0100. 00100. 0 c 反應向正方向進行。Kc2728（2）平衡組成的計算： Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s)開始濃度/ (mol/L) 0 .100 0.100 0.0100濃度變化/ (mol/L) x x +x 平衡濃度/(mol/L) 0. 100 x 0. 100 x 0.0100 + xAgFeFe23= Kc2)100. 0(10

18、0. 0 xx= 2.98x=0.013c(Fe3+) = 0.0100 + 0.013 = 0.023 mol/Lc(Fe2+) = c(Ag+) = 0.087 mol/L例例 含有含有0.100 mol/L AgNO0.100 mol/L AgNO3 3、0.100 mol/L Fe(NO0.100 mol/L Fe(NO3 3) )2 2和和0.0100 mol/L Fe(NO0.0100 mol/L Fe(NO3 3) )3 3的溶液中，發(fā)生如下反應：的溶液中，發(fā)生如下反應：FeFe2+2+ (aq) + Ag+(aq) Fe (aq) + Ag+(aq) Fe3+3+(aq) +

19、Ag(s)(aq) + Ag(s)2525時的平衡常數(shù)時的平衡常數(shù)KcKc= 2.98= 2.98。（l l）反應向哪一方向進行？）反應向哪一方向進行？（2 2）平衡時，）平衡時，AgAg+ +、FeFe2+2+、FeFe3+3+的濃度各為多少？的濃度各為多少？ 29b 壓力對化學平衡的影響壓力對化學平衡的影響改變反應商改變反應商Q， 使使QK是是氣氣體體的的相相對對分分壓壓iaAdDpppQ dD(g)aA(g)30（1 1）等溫條件下，改變某一氣體的分壓力（相當于改變該組）等溫條件下，改變某一氣體的分壓力（相當于改變該組分的濃度）分的濃度）（2 2）等溫條件下，改變系統(tǒng)的總壓力）等溫條件下

20、，改變系統(tǒng)的總壓力 d-a 0 Q2 K，平衡左移（氣體分子數(shù)少的方向）平衡左移（氣體分子數(shù)少的方向） d-a 0 Q2 K， 平衡右移（氣體分子數(shù)少的方向）平衡右移（氣體分子數(shù)少的方向）KQKppQadaAdD 1)(22)2()2(已經(jīng)達成平衡的體系總壓力增為原來的已經(jīng)達成平衡的體系總壓力增為原來的2倍，反應會向哪個倍，反應會向哪個方向移動？方向移動？ d-a=0 Q2= K， 平衡不移動（前后氣體分子數(shù)相等平衡不移動（前后氣體分子數(shù)相等)31結(jié)論：體系總壓力增大，平衡向氣體物質(zhì)的量減結(jié)論：體系總壓力增大，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動小的方向移動; ;體系總壓力減小，平衡向氣體物質(zhì)體系總壓力減小，平衡向氣體物質(zhì)的量增大的方向移動