第3章　化学平衡 主讲教师：姜凤超.

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1 第3章　化学平衡 主讲教师：姜凤超

2 影响化学 平衡的因素 可逆反应 与化学平衡 化学反应的进 行程度和趋势 化学平衡 华中科技大学远程教学

3 3.1　可逆反应与化学平衡 　化学反应的可逆性 　化学平衡 　化学平衡的特点 华中科技大学远程教学

4 一、化学反应的可逆性 　化学反应的可逆性 在一定条件下，一个化学反应既可按照化学反应方程从左向右进行，又可从右向左进行，这个性质就是化学反应的可逆性。 　可逆反应 （reversible reaction) 在同一条件下，既能向某一方向进行又能向相反方向进行的反应。 华中科技大学远程教学

5 Ag+(aq) ＋ Cl-(aq) <===> AgCl(s) 不可逆反应 (Irreversible reaction).
　几乎所有的反应都有可逆性，如: 　　沉淀反应 　　Ag+(aq) ＋ Cl-(aq) <===> AgCl(s) 　不可逆反应 (Irreversible reaction). 　　有些反应 例如: 　　2KClO3　　　　2 KCl O2 　　反应可正向进行，但逆向不能进行。 也就是说它只能朝一个方向进行，这类反应叫不可逆反应。 可逆反应是化学反应的普遍现象，不可逆反应是相对的。 华中科技大学远程教学

6 二、化学平衡 何谓化学平衡 1．从热力学角度来看 △G < 0 反应自发进行 △G > 0 反应不能自发进行
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7 Reversible reaction 华中科技大学远程教学

8 2．从动力学角度看 平衡时V正 = V逆 Dynamic equilibrium 华中科技大学远程教学

9 在可逆反应中，正逆反应的速度相等时，体系所处的状态称为化学平衡。
　　在可逆反应中，正逆反应的速度相等时，体系所处的状态称为化学平衡。 　　化学平衡是一种动态平衡，平衡条件包括体系各物质的浓度、温度，条件改变，平衡将发生移动。 华中科技大学远程教学

10 三、化学平衡的特点 化学平衡的前提 在恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡 化学平衡的条件 正逆反应速率相等即
　化学平衡的前提 　　在恒温条件下，封闭体系中进行的可逆反应才能建立化学平衡 　化学平衡的条件 　　正逆反应速率相等即 　　V正 = v逆, 　　在可逆反应中，正反应速度和逆反应速度相等时，体系所处的的状态称为化学平衡。 华中科技大学远程教学

11 平衡状态是封闭体系可逆反应进行的最大限度，在一定条件下达平衡后, 体系中各物质的浓度不随时间而变。
　化学平衡的标志 　平衡状态是封闭体系可逆反应进行的最大限度，在一定条件下达平衡后, 体系中各物质的浓度不随时间而变。 　化学平衡是有条件的平衡 　当达平衡以后反应仍在进行, 只是V正 = V逆, 所以化学平衡是动态平衡。但外界条件变化时, 正逆反应速率发生变化，原有的平衡被破坏，再建立一个新的平衡。 华中科技大学远程教学

12 3.2　平衡常数 　化学平衡定律 　平衡常数表示式 　平衡常数的特点 　平衡常数的测定与计算 华中科技大学远程教学

13 一、化学平衡定律 　　在一定温度条件下，可逆反应达平衡时, 生成物浓度以反应方程式中的计量数为指数幂的乘积与反应物的浓度以反应方程式中的计量数为指数的幂的乘积之比为一常数。 对于反应 注意： 　　1．平衡状态，平衡体系各物质浓度保持不变，但各物质浓度值与初浓度有关。 　　2．平衡常数与各物质初浓度无关，但与温度有关。 华中科技大学远程教学

14 从动力学角度 华中科技大学远程教学

15 对于复杂反应 化学平衡定律适用于任何反应 华中科技大学远程教学

16 二、平衡常数表示式 　浓度平衡常数（Kc) 　压力平衡常数(Kp) 　分压定律 　Kc与Kp的关系 华中科技大学远程教学

17 浓度平衡常数与压力平衡常数 对于反应 aA(g) + bB(g) = gG(g) + hH(g) 以浓度表示 以压力表示
　对于反应 　　aA(g) + bB(g) = gG(g) + hH(g) 以浓度表示 以压力表示 Cθ 标准浓度，1 mol·l-3 pθ 标准压力，1 ×105pa 华中科技大学远程教学

18 压力平衡常数 华中科技大学远程教学

19 分压定律 P = ΣPi 混合气体的总压等于各组分气体的分压之和， 混合气体中任一组分气体的分压，等于该气体的摩尔分数与总压之积。
　　混合气体的总压等于各组分气体的分压之和， 　　混合气体中任一组分气体的分压，等于该气体的摩尔分数与总压之积。 华中科技大学远程教学

20 Kip与Kc的关系 华中科技大学远程教学

21 三、平衡常数的特点 K是判断可逆反应进行程度得一种判据。估计反应的方向。K>107,反应可正向进行， K〈10-7,反应不能正向进行。
　平衡常数的大小只是说明一个可逆反应正方向所能进行的最大程度，并不能预示反应达平衡时所需要的时间。 华中科技大学远程教学

22 四、平衡常数的书写规则 平衡常数表达式中的各物的浓度， 均为平衡浓度（或平衡分压）。 K的大小与反应方程的书写形式有关,
　平衡常数表达式中的各物的浓度， 均为平衡浓度（或平衡分压）。 　K的大小与反应方程的书写形式有关, 华中科技大学远程教学

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24 五、平衡常数的测定与计算 平衡常数的测定 平衡常数中所示的浓度均为平衡浓度,否则平衡常数的关系是不存在的. 判断是否达到平衡的方法:
　　平衡常数中所示的浓度均为平衡浓度,否则平衡常数的关系是不存在的. 判断是否达到平衡的方法: 1．体系达平衡后, 在外界条件不变的情况下，体系中各物质的浓度不随时间而变。 2．无论从正向反应开始还是从逆向反应开始, 所求出的平衡常数都相等。 3．任意改变参加反应各物的起始浓度, 平衡后所求得平衡常数都相等。 华中科技大学远程教学

25 六、自由能与平衡常数的关系 　a A + b B＜＝＝＝＞　g G +h H 华中科技大学远程教学

26 化学反应等温方程式 华中科技大学远程教学

27 flash 华中科技大学远程教学

28 3.3 化学平衡移动 处于化学平衡状态的可逆反应是一种动态平衡，当外界条件改变时，原来的平衡状态就会被破坏，从平衡状态转变为不平衡状态。
3.3　化学平衡移动 　处于化学平衡状态的可逆反应是一种动态平衡，当外界条件改变时，原来的平衡状态就会被破坏，从平衡状态转变为不平衡状态。 　适应新条件的新的平衡最终会被建立.在新的平衡态，反应物和生成物的的浓度等与原来的平衡态时大不相同。 　每一个平衡状态都有一个平衡点，把由于外界条件改变而使可逆反应从一种平衡点转变为另一种平衡点的过程叫做化学平衡的移动。 　浓度、压力和温度的改变都会影响化学平衡移动的方向。 华中科技大学远程教学

29 一、转化率 　反应达化学平衡时, 反应物转化为产物的百分数，又叫平衡转化率 。 华中科技大学远程教学

30 转化率与平衡常数都可以表示反应进行程度,但转化率与物质的浓度有关,它随浓度的变化而变化。
　转化率与产率的区别: 　　二者都表示反应进行的限度，转化率是以原料的消耗来衡量反应的限度的是原料转化的理论值；产率则是从产品数量来衡量反应的限度的.如果有副反应二者之间相差较大 　转化率是表示化学反应进行程度的. 　转化率与平衡常数都可以表示反应进行程度,但转化率与物质的浓度有关,它随浓度的变化而变化。 华中科技大学远程教学

31 二、浓度对化学平衡的影响 Qc<Kc，△G<0 反应可自发进行 Qc=Kc，△G=0 反应处于平衡状态
　在恒温下，增加反应物浓度或减少生成物浓度，都会导致平衡向正反应方向移动；反之，减少反应物浓度或增加生成物浓度，平衡将向逆反应方向移动。 华中科技大学远程教学

32 三、压力对化学平衡的影响 若其它条件不变，改变体系的总压力是之为原来的X倍，则各气体分压也为原来的分压的X倍:
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33 Qp < kp，反应朝着生成氨的方向移动。
N H2 == 2 NH3 反应物分子数4　产物 2 如果体系压力增加两倍，则 Qp < kp，反应朝着生成氨的方向移动。 华中科技大学远程教学

34 压力对平衡的影响 X > 1 △n < 0 △n > 0 △n = 0
Qp <Kp平衡向正反应方向,即向气体分子数减少的方向移动。Qp >Kp平衡向逆反应方向,即向气体分子数减少的方向移动 平衡不移动。 X <1 Qp >Kp 平衡向逆反应方向,即向气体分子数增多的方向移动。 Qp <Kp平衡向正反应方向,即向气体分子数增加的方向移动 。 华中科技大学远程教学

35 对于反应前后气体分子数有变化的气体反应，在恒温下增大压力，总体积减小，平衡相气体分子数减少的方向移动。
　对于反应前后气体分子数有变化的气体反应，在恒温下增大压力，总体积减小，平衡相气体分子数减少的方向移动。 　反之，减少压力， V总增大，平衡向气体分子数增加的方向移动。 　反应前后分子总数不变的气体反应，恒温下压力的增减不影响化学平衡移动。 　对于在溶剂中进行的反应或固态反应，如果压力变化不大时，对平衡的影响很小。 华中科技大学远程教学

36 惰性气体对于化学平衡的影响 惰性气体是指反应体系中不参加反应的气体物质。
　惰性气体是指反应体系中不参加反应的气体物质。 　恒温恒容条件下（△V=0; △T=0），向平衡体系中引入惰性气体，体系中各物质的分压未变，故Qp =Kp， 平衡不发生移动。 　恒温恒压时（△P=0; △T=0），在总压一定时，惰性气体起稀释作用，它的作用与减少体系总压的效应相同。若△n ≠ 0，平衡体系中引入惰性气体组分，平衡向分子数增加的方向进行。 华中科技大学远程教学

37 例. 在800K,101325pa条件下,丁烯发生脱氢反应: C4H8 = C4H6 +H2 Kp =2.15×10-2 1.0-α α α
1.0-α　　α　　α　　　 n =1.0- a + a + a = 1.0+a P=101325pa时，转化率α=15%。 华中科技大学远程教学

38 2．丁烯与水以摩尔比为1:10的比例加入，求转化率。 C4H8 = C4H6 +H2 Kp =2.15×10-2 1.0-A A A
n = A =11+A 加入水蒸气（惰性气体）以后，转化率 A = 39%， 转化率提高。 华中科技大学远程教学

39 四、温度对化学平衡的影响 平衡常数是温度的函数，温度的微小改变将直接影响到平衡常数。 改变浓度和压力，只改变平衡点，温度却影响平衡常数。
　平衡常数是温度的函数，温度的微小改变将直接影响到平衡常数。 　改变浓度和压力，只改变平衡点，温度却影响平衡常数。 华中科技大学远程教学

40 　从热力学角度考虑 华中科技大学远程教学

41 在其它条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；反之降低温度，平衡向放热反应方向移动。 吸热反应 △H>0 升温
　　由上述关系式可以求出 　　在其它条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；反之降低温度，平衡向放热反应方向移动。 吸热反应 △H>0 升温 K2>K1 平衡向右移动 降温 K2<K1 平衡向左移动 放热反应 △H<0 华中科技大学远程教学

42 在3000k ，101.325kPa时，H2由9%离解围氢原子，Kp =0.032，问在3600k时H2的离解率是多少?
　例：已知反映 　　H2(g)-----2H(g) 　△H = kJ 　　在3000k ， kPa时，H2由9%离解围氢原子，Kp =0.032，问在3600k时H2的离解率是多少? 　已知:△H =412542J，T1 =3000k，T2 = 3600k Kp =K1= R =8.315J/Kmol。 　设3600k时的K为K2。則: 华中科技大学远程教学

43 3600K时，反应的 转化率为29% 华中科技大学远程教学

44 五、催化剂对于化学平衡的影响 　催化剂改变化学反应的历程，对于正逆反应的作用是相同的，所以催化剂只能加快化学反应的速度使平衡快速大道，但是却不能改变平衡，就是说催化剂对化学平衡没有影响。 华中科技大学远程教学

45 Le Chatelier’s Principle
六、Movement of chemical equilibrium Le Chatelier’s Principle 　　If a constrain is applied to a system at equilibrium, the system will react in such a way as to tend to oppose that applied constraint. 　　改变平衡体系的条件，平衡就向减弱这个改变的方向移动 华中科技大学远程教学