基础化学徐春祥主编第三章-化学平衡

第三章化学平衡第一节可逆反应与化学平衡第二节标准平衡常数第三节标准平衡常数与摩尔第四节标准平衡常数的应用第五节化学平衡的移动吉布斯函数变的关系第一节可逆反应与化学平衡一、可逆反应二、化学平衡一、可逆反应有些化学反应几乎能进行到底，反应物基本上能全部转变为产物。这些几乎进行到底的反应称为不可逆反应。实际上，大多数反应不能进行到底，只有一部分反应物能转变为产物。这种在同一条件下能同时向两个相反方向进行的化学反应称为可逆反应。为了表示反应的可逆性，在化学方程式中用“”代替“”或“”。在可逆反应中，把从左向右进行的反应称为正反应，从右向左进行的反应称为逆反应。二、化学平衡在可逆反应中，正反应的反应速率等于逆反应的反应速率时系统所处的状态称为化学平衡。化学平衡具有以下几个重要特点：（1）正反应的反应速率和逆反应的反应速率相等是建立化学平衡的条件。（2）化学平衡是可逆反应进行的最大限度反应物和产物的浓度都不再随时间变化，这是建立化学平衡的标志。（3）化学平衡是相对的和有条件的动态平衡，当外界条件改变时，原来的化学平衡被破坏，直至在新条件下又建立起新的化学平衡。。第二节标准平衡常数对于任意可逆反应：BB0B＝BB,eqB()adefK在一定温度下达到化学平衡时，反应物和产物的活度都不再随时间变化，它们的平衡活度之间存在如下定量关系：书写标准平衡常数表达式应注意以下两点：（1）若B为固体、纯液体或稀溶液中的溶剂则；若B为气体,则；若B为稀溶液中的溶质，则。（2）标准平衡常数表达式和数值与化学反应方程式有关，同一可逆反应，如果用不同的化学方程式来表示，则标准平衡常数表达式和数值不同。例题B,eqB,eq/appB,eq=1aB,eqB,eq/acc，标准平衡常数可以通过实验测定。只要知道某温度下平衡时反应物和产物的浓度或分压力，就能计算出反应的平衡常数。通常是测定反应物的起始浓度或分压力及平衡时任一反应物或产物的浓度或分压力，根据化学反应方程式推算出其他反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力，计算出反应的标准平衡常数。例题第三节标准平衡常数与摩尔吉布斯函数变的关系对于任意化学反应0＝，温度T时：当反应达到平衡状态时，，则：由以上两式可得：rm()=lnlnGTRTKRTJ-+例题BBrmrm()=()lnGTGTRTJ+rmlnGRTK＝-rm()0GTJK，=B第四节标准平衡常数的应用一、判断反应进行的程度二、预测反应的方向三、计算平衡组成一、判断反应进行的程度当可逆反应达到平衡时，反应物转化为产物已经达到了最大限度。若反应的标准平衡常数很大，则平衡时产物的活度比反应物的活度要大得多，说明反应物已大部分转化为产物，反应进行比较完全。若反应的标准平衡常数很小，则平衡时产物的活度比反应物的活度要小得多，说明反应物只有一小部分转化为产物，反应进行程度很小。可逆反应进行的程度也常用平衡转化率来表示。反应物A的平衡转化率定义为：标准平衡常数和平衡转化率都可以表示反应进行的程度。在通常情况下，标准平衡常数越大，反应物的平衡转化率也越大。AaA,0A,eqA,0nnndef二、预测反应的方向在一定温度下，比较标准平衡常数与反应商的相对大小，就能预测反应的方向。当时，化学反应正向自发进行；例题KJKJKJ当时，化学反应处于平衡状态；当时，化学反应逆向自发进行。三、计算平衡组成标准平衡常数确定了平衡系统中反应物和产物的浓度或分压力之间的关系。因此，可利用标准平衡常数计算反应物和产物的平衡浓度或平衡分压力。例题第五节化学平衡的移动一、浓度对化学平衡的影响二、压力对化学平衡的影响三、温度对化学平衡的影响一、浓度对化学平衡的影响对于稀溶液中进行的可逆反应，在等温等压下达到平衡时：当增大反应物浓度或减小产物浓度时，反应商减小，则，可逆反应正向进行，反应商逐渐增大，当反应商增大到等于标准平衡常数时，系统又建立了新的平衡状态。显然达到新的平衡状态时，产物的浓度比原平衡状态时增大了，化学平衡正向移动。B0B(aq)BB,eq(/)vJccKBKJB同理，当减小反应物的浓度或增大产物浓度时，反应商增大，使，化学平衡逆向移动，反应商逐渐减小，直至反应商重新等于标准平衡常数时，又建立起新的化学平衡。浓度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小产物浓度，化学平衡向正反应方向移动；增大产物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。KJ二、压力对化学平衡的影响对气相可逆反应，在一定温度下达到化学平衡时：B0B(g)B(g)B,eq(/)vJppKBB（一）反应物或产物分压的变化在等温等容条件下，改变平衡系统中任何一种反应物或产物的分压力，必然使，导致化学平衡发生移动。当增大反应物的分压力或减小产物的分压力时，反应商减小，使，化学平衡向正反应方向移动。同理，当减小反应物的分压力或增大产物的分压力时，反应商增大，使，化学平衡向逆反应方向移动。KJKJKJ气体分压力的改变对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件不变的情况下，增大反应物的分压力或减小产物的分压力，化学平衡向正反应方向移动；增大产物的分压力或减小反应物的分压力，化学平衡向逆反应方向移动。（二）体积改变引起压力的变化在等温条件下，将系统的体积压缩到原来的，系统的总压力就增大到为原来的N倍，反应物和产物的分压力增大到为原来的N倍，B的分压力由增大到。此时反应商为：1/(1)NN＞B,eqpB,eqNpB(g)NKB(g)=NJB,eq(/ppBg)B若，则，表明缩小体积增大压力时，化学平衡不发生移动。若，则，表明缩小体积增大压力时，化学平衡向正反应（气体分子总数减少）方向移动。若，则，表明缩小体积增大压力时，化学平衡向逆反应（气体分子总数减少）方向移动。B(g)=1,=NJKB(g)01,NJK＜＜＜B(g)1,NJK＞＞(g)＝0BB(g)0vB(g)0v改变反应系统的体积引起总压力的变化对化学平衡的影响归纳如下：在一定温度下，缩小反应系统的体积，总压力增大，化学平衡向气体分子总数减小的方向移动；增大反应系统的体积，总压力减小，化学平衡向气体分子总数增大的方向移动；对于的反应，当体积变化而改变总压力时，不能使化学平衡发生移动。B(g)0＝B（三）惰性气体的影响（1）在温度和总压力不变条件下加入惰性气体：当可逆反应在一定温度下达到平衡时，加入惰性气体，为了保持总压力不变，系统的体积相应增大。在这种情况下，反应物和产物的分压力降低的程度相同。若，则，化学平衡向气体分子数增加的方向移动。（2）在温度和体积不变条件下加入惰性气体：可逆反应在等温等容下达到平衡后，加入惰性气体，系统的总压力增大，但反应物和产物的分压力不变，，化学平衡不发生移动。B(g)0vJKJKB三、温度对化学平衡的影响们之间的关系为：上式对T微分得：对于吸热反应，，则，当温度升高时，增大()，使，化学平衡向正反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时，减小(）使，化学平衡向逆反应(放热反应）方向移动。rmrmln(/)(/)KSRHRT2rmdln/d/KTHRTdln/d0KT(d0)T＞(d0)T＜dln0Kdln0Krm0HKKJKKJ可逆反应的标准平衡常数是温度的函数，它，对于放热反应，，则，当温度升高时，减小，使，化学平衡向逆反应（吸热反应）方向移动；当温度降低时，增大，使，化学平衡向正反应方向移动。温度对化学平衡的影响可归纳如下：在其他条件一定时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。将上式进行定积分，可得：例题KJdln/d0KTKJKKrm0H2rm21112()()ln()KTHTTKTRTT（放热反应）