化學反應(yīng)速率和化學平衡-化學平衡（應(yīng)用化學課件）

催化劑對化學平衡的影響

催化劑對化學平衡的影響

催化劑同樣倍速的增大或減少正、負反應(yīng)速率，但對熵Q和平衡KΘ沒有影響，所以化學平衡不移動。催化劑只是縮短或延遲反應(yīng)達到平衡的時間。多重平衡常數(shù)

多重平衡的平衡常數(shù)多相平衡定義：在化學反應(yīng)過程中，多個平衡同時存在，一種物質(zhì)同時參加幾個相平衡的現(xiàn)象。多相平衡規(guī)則：指當幾個反應(yīng)式相加（或相減）得到另一個反應(yīng)式時，其平衡常數(shù)等于幾個反應(yīng)的平衡常數(shù)的乘積（或商）例如某溫度下，同一容器中存在如下平衡：式（1）+式（2）=式（3），式（3）-式（1）=式（2），例3-1已知1123?K時，下列反應(yīng)在同一容器中達到化學平衡，反應(yīng)(1)SO2(g)+O2(g)SO2(g)的kp1θ＝20；反應(yīng)(2)NO2(g)NO(g)+O2(g)的kp2θ

＝0.012。試計算反應(yīng)(2)SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)，在1123K時的平衡常數(shù)kp3θ

。解：根據(jù)多重平衡規(guī)則：∵反應(yīng)(3)＝反應(yīng)(1)+反應(yīng)(2)∴kp3θ

=kp1θ

×kp2θ＝20×0.012＝0.24答：反應(yīng)在1123?K時的平衡常數(shù)為0.24?？赡娣磻?yīng)與化學平衡化學平衡一、可逆反應(yīng)與化學平衡

不可逆反應(yīng):在一定條件下，向一個方向幾乎進行完全的反應(yīng)，不可逆反應(yīng)用表示，如：不可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)

實際上這類反應(yīng)是很少的，大多數(shù)反應(yīng)是可逆反應(yīng)。可逆反應(yīng)用?表示，如：

正反應(yīng)：向右進行的反應(yīng)。逆反應(yīng)：向左進行的反應(yīng)?？赡娣磻?yīng)：在同一條件下，既能向正反應(yīng)進行又能向逆反應(yīng)方向進行的反應(yīng)。

在一定溫度下，把定量的反應(yīng)物CO2和H2置于一個密閉容器中反應(yīng)，開始時，反應(yīng)物濃度最大，具有最大的正反應(yīng)速率v正，生成物濃度為零，即逆反應(yīng)速率v逆為零；隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物濃度不斷減少，生成物濃度不斷增大，即正反應(yīng)速率v正不斷減小，逆反應(yīng)速率v逆不斷增大，當?shù)竭_某一時刻時，正、逆反應(yīng)速率相等v正＝v逆（不為零），反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。

圖3-3可逆反應(yīng)速率隨時間變化tvν正v逆ν正＝ν逆（平衡）濃度對化學平衡的影響

化學平衡的移動化學平衡狀態(tài)：對于可逆反應(yīng)，當正負反應(yīng)速率相等，且反應(yīng)系統(tǒng)中各組分的濃度（或分壓）不隨時間變化時，該反應(yīng)達到化學平衡。化學平衡是相對的、有條件的?；瘜W平衡的移動：因外界條件改變使可逆反應(yīng)從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。1.濃度對化學平衡的影響在恒溫條件下：（1）當反應(yīng)物的濃度增大或生成物的濃度減少，使Q＜KΘ，反應(yīng)向正方向移動。最終Q=KΘ。（2）當反應(yīng)物的濃度減少或生成物的濃度增大，使Q＞KΘ，反應(yīng)向逆方向移動。最終Q=KΘ。

圖3-4增大反應(yīng)物濃度對平衡系統(tǒng)的影響平衡常數(shù)的定義及其表達式

平衡常數(shù)1.平衡常數(shù)的定義及其表達式對于反應(yīng)有這樣一組實驗數(shù)據(jù)，如表3-1。無論開始反應(yīng)時系統(tǒng)的組成如何，無論反應(yīng)是從正向開始還是從逆向開始，當化學反應(yīng)達到平衡時，各反應(yīng)物和生成物濃度都不再隨時間變化，且為一個常數(shù)。

表3-1平衡體系實驗數(shù)據(jù)編號起始濃度/molL–1

c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)10.0100.010000.004?00.004?00.006?00.006?02.320.0100.020000.002?20.012?20.007?80.007?82.330.0100.0100.001?000.004?10.004?10.006?90.005?92.4400?0.0200.0200.008?20.008?20.011?80.011?82.4

對于任何一個可逆反應(yīng)：aA+bBcC+dD，在一定溫度下達到平衡時，生成物濃度（或分壓）以反應(yīng)方程式中化學計量系數(shù)為指數(shù)的冪的乘積與反應(yīng)物濃度（或分壓）以化學計量系數(shù)為指數(shù)的冪的乘積之比為一常數(shù)，稱為平衡常數(shù)，用K表示。用濃度表示的平衡常數(shù)稱為濃度平衡常數(shù)，計作Kc。（3-5）c(A)，c(B)，c(C)，c(D)?——?這四種物質(zhì)的平衡濃度

對于氣體反應(yīng)，平衡常數(shù)既可用平衡時物質(zhì)的摩爾濃度表示，也可用分壓表示。用分壓表示的平衡常數(shù)稱為壓力平衡常數(shù)，計作Kp：（3-6）p(A)、p(B)、p(C)、p(D)?——?各物質(zhì)在平衡時的分壓。

對于任何一個可逆反應(yīng)：aA+bBcC+dDp(A)、p(B)、p(C)、p(D)分別表示各物質(zhì)在平衡時的分壓，則：代入平衡常數(shù)關(guān)系式：令Δn=(c+d)-(a+b)有經(jīng)驗平衡常數(shù)：將實驗數(shù)據(jù)直接代入Kc或Kp表達式計算得出的平衡常數(shù)。標準平衡常數(shù)：將Kc表達式中的濃度換算成相對濃度（即將物質(zhì)的實際濃度除以標準濃度Cθ=1.0?mol?L–1），得到標準濃度平衡常數(shù)kcθ；將Kp表達式中的分壓換算成相對分壓（氣體的分壓除以標準壓力Pθ=100?kPa），得到標準壓力平衡常數(shù)kpθ

如反應(yīng)在溶液進行：因為Kθ

與Kc在數(shù)值上相等，為了書寫方便，cθ在kθ表達式中不列出，上式簡寫為：對于氣體參加的反應(yīng)：對于多相離子平衡體系，如：

S2–(aq)+2H2O(l)＝H2S(g)+2OH–(aq)其平衡常數(shù)表達式為：平衡常數(shù)的書寫和應(yīng)用規(guī)則

平衡常數(shù)的書寫和應(yīng)用規(guī)則化學平衡常數(shù)使用于氣體反應(yīng)，也使用于有純液體、固體參加的反應(yīng)及在水溶液中進行的反應(yīng)。注意事項：（1）化學平衡常數(shù)是溫度函數(shù)，書寫和使用時應(yīng)注明溫度。不同溫度下，同一反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)值有所不同。一般默認為298.15K。如反應(yīng)：（2）同一化學反應(yīng)，化學方程式的書寫不同，平衡常數(shù)的表達式也不同，使用平衡常數(shù)時必須指明其所對應(yīng)的化學方程式。如：（3）如果反應(yīng)中有固體和純液體參加，書寫平衡常數(shù)表達式時，純固體或純液體的物質(zhì)不列入其中，只考慮氣體的分壓和和溶液的濃度，分壓或濃度的冪指數(shù)與相應(yīng)方程式中該物質(zhì)的化學計量系數(shù)相對應(yīng)。對于有水參加的反應(yīng)，如在稀溶液中進行，水的濃度不必寫在平衡關(guān)系中，如：非水溶液中的反應(yīng)，如有水生成或有水參加，水的濃度不視為常數(shù)，需表示在平衡關(guān)系中，如：平衡常數(shù)的意義

平衡常數(shù)的意義（1）衡量可逆反應(yīng)進行的程度同類型反應(yīng)，KΘ值越大①反應(yīng)朝正向進行的程度越大，反應(yīng)進行的越徹底；②并不預(yù)示反應(yīng)達到平衡所需要的時間。③有的反應(yīng)雖然平衡常數(shù)很大，正反應(yīng)可能進行完全，但反應(yīng)速率太慢，該反應(yīng)沒有意義。假設(shè)c(Cl2)=1mol?L

則c(Cl)=1×10-19mol?L

由于平衡常數(shù)很大，平衡混合物中幾乎都是Cl2分子，而Cl原子的濃度非常小，Cl原子基本上轉(zhuǎn)化為Cl2分子，反應(yīng)進行得完全，逆反應(yīng)幾乎不發(fā)生。例如：KΘ值小的反應(yīng)，說明平衡產(chǎn)物的濃度很小，反應(yīng)進行得程度較淺。如：假設(shè)c(N2)=c(O2)=1mol﹒L-1則c(NO2)=1×10-15mol﹒L-1

平衡混合物中幾乎都是未反應(yīng)的N2和O2分子，僅有微量的NO2分子，說明在298K時，N2和O2的化合反應(yīng)基本上沒有進行。（2）判斷反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)和反應(yīng)進行的方向反應(yīng)熵：對于可逆反應(yīng)，將任意時刻（包括平衡狀態(tài)或非平衡狀態(tài)）各物質(zhì)的濃度或分壓代入標準平衡常數(shù)表達式，即得到反應(yīng)熵Q。當Q=KΘ時，生成物濃度或分壓等于平衡時的濃度或分壓，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，即反應(yīng)進行到最大限度。當Q≠KΘ時，反應(yīng)處于不平衡狀態(tài)，有下列兩種情況：①Q(mào)＜KΘ時，生成物的濃度或分壓小于平衡時的濃度或分壓，反應(yīng)繼續(xù)向正向進行。反應(yīng)物濃度不斷減小，生成物濃度不斷增大，直到Q=KΘ，反應(yīng)達到平衡。②Q＞KΘ時，生成物的濃度或分壓大于平衡時的濃度或分壓，反應(yīng)繼續(xù)向逆向進行。反應(yīng)物濃度不斷增大，生成物濃度不斷減小，直到Q=KΘ，反應(yīng)達到平衡。

平衡移動原理

平衡移動原理——呂·查德里原理1884年，法國科學家呂·查德里通過研究濃度、壓力、溫度對化學平衡移動的影響后，歸納總結(jié)出一條規(guī)律：

表3-3影響反應(yīng)速率與化學平衡的因素當體系達到平衡后，若改變平衡系統(tǒng)的條件（如濃度、壓力、溫度），平衡向著減弱這個改變的方向移動，這就是平衡移動原理，又稱為呂·查德里原理。

平衡轉(zhuǎn)換率及平衡常數(shù)的計算

平衡轉(zhuǎn)換率及平衡常數(shù)的計算平衡轉(zhuǎn)化率：是指化學反應(yīng)達到平衡后，已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比。即反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的百分率，用α表示：

α=

若反應(yīng)前后體積不變，則α可用濃度表示為：

α=α越大，反應(yīng)正向進行的程度越大。平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率的區(qū)別：

1.平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，隨溫度變化，不受濃度的影響。

2.平衡轉(zhuǎn)化率除與溫度有關(guān)外，還與反應(yīng)物的起始濃度有關(guān)，使用平衡轉(zhuǎn)化率時還必須指明是何種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率往往不同。

3.平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)之間可相互換算。例3-2已知生產(chǎn)水煤氣的反應(yīng)，在1?000?K時的平衡常數(shù)

kpθ=1.00。若在密閉容器中加入1.00×105?Pa的水蒸氣與足量赤熱的碳反應(yīng)，試確定平衡時各組分氣體的分壓和水蒸氣的轉(zhuǎn)化率α。起始壓力/（105Pa）1.0000變化壓力/（105Pa）xxx平衡壓力/（105Pa）1.00-xxx解出x=0.62,平衡時各組分氣體的分壓為：

p(CO)=p(H2)=6.2×104Pap(H2O)=(1.00-0.62)×105=3.8×104Pa

水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為：答：平衡時CO和H2的分壓為6.2×104Pa，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為62%。例3-3已知某溫度下，4?mol的CO和4?mol水蒸氣的作用，按如下反應(yīng)進行