华南农业大学理学院：《无机及分析化学 Inorganic and analytical chemistry》第三章 化学反应的速率和限度 3.3 化学反应的限度——化学平衡

§3-3化学反应的限度—化学平衡 、化学平衡 二、化学反应等温方程式 三、化学平衡的移动

§3-3 化学反应的限度——化学平衡 一、化学平衡 二、化学反应等温方程式 三、化学平衡的移动

化学平衡 1.化学平衡及持征 ◆当反应达到化学平衡时,反应物和生成物的浓 度都不再随时间而改变 实验证明,化学平衡是一个动态平衡,即反应 达到平衡后,反应并没有停止进行,只不过正 反应的速率恰好等于逆反应的速率而已。 ◆化学平衡是相对的和暂时的,在一定条件处于 平衡的体系,改变条件,平衡可能会被破坏, 使体系中物质的浓度发生改变,直到建立新的 平衡为止

一、化学平衡 当反应达到化学平衡时，反应物和生成物的浓 度都不再随时间而改变； 实验证明，化学平衡是一个动态平衡，即反应 达到平衡后，反应并没有停止进行，只不过正 反应的速率恰好等于逆反应的速率而已。 化学平衡是相对的和暂时的，在一定条件处于 平衡的体系，改变条件，平衡可能会被破坏， 使体系中物质的浓度发生改变，直到建立新的 平衡为止。 1.化学平衡及特征

对反应2No2(g)=N2O4(g),反应可以从左到右自 发进行,也可以从右到左自发进行。但无论反应向哪 个方向进行,体系的自由能G都会不断减少。如图所示。 NO N2O4◆但当反应到E点, 则不管反应向左 还是向右进行, 自由能G 体系的自由能G 化学单衡 都会增加,而使 反应不能自发进 行。E点所处的 反应完成的百分数%o 状态我们称之为 化学平衡状态

N2O4 E 但当反应到E点， 则不管反应向左 还是向右进行， 体系的自由能G 都会增加，而使 反应不能自发进 行。E点所处的 状态我们称之为 化学平衡状态。 对反应 2NO2(g) = N2O4(g)，反应可以从左到右自 发进行，也可以从右到左自发进行。但无论反应向哪 个方向进行,体系的自由能G都会不断减少。如图所示。 化学平衡 反应完成的百分数% 自 由 能 G NO2

可递反液 大多数化学反应都具有可逆性,称为可逆反应。当可逆反应 达到平衡时,反应的程度可以用转化率的大小表示。 反应物的起始浓度一反应物的平衡浓度 ×10090 反应物的起始浓度 例如: Kco3(s)加热分解为KC(s)和O2(g),转化率a=100% 反应C0(g)+H2O(g)=Co2(g)+H2(g)在1073K下,无论从 1moco(g)+1molH2O(9)反应还是从 1moco2(g)+1moH2(9)反应,转化率a均为50% 弱酸、难溶盐的离解,转化率(也称为离解度)更小。 通常将离解度小于5%的酸称为弱酸

可逆反应 大多数化学反应都具有可逆性，称为可逆反应。当可逆反应 达到平衡时，反应的程度可以用转化率的大小表示。 反应物的起始浓度-反应物的平衡浓度 α= —————————————————×100% 反应物的起始浓度 例如： KClO3(s)加热分解为KCl(s)和O2(g) ，转化率=100% 反应CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g)在1073K下，无论从 1molCO(g)+1molH2O(g)反应还是从 1molCO2(g)+1molH2(g)反应，转化率均为50%。 弱酸、难溶盐的离解，转化率（也称为离解度）更小。 通常将离解度小于5%的酸称为弱酸

2、化喾平衡常數 (1)实验平衡常数 实验证明,可逆反应aA+dD=gG+hH 平衡时,各物质平衡浓度之间具有如下关系: s lc(G1.[c(h)th c(A).[c(D) p(G)].[p(H) b[p(A)].[p(D) K或K称为实验平衡常数

2、化学平衡常数 [ ( )] .[ ( )] [ ( )] .[ ( )] g h p a d p G p H K p A p D = [ ( )] .[ ( )] [ ( )] .[ ( )] g h c a d c G c H K c A c D = 实验证明，可逆反应 aA+dD=gG+hH 平衡时，各物质平衡浓度之间具有如下关系： Kc或Kp称为实验平衡常数。 (1)实验平衡常数

实验平衡常数K5K ◆由实验总结得出,需根据反应方程式书写实验 平衡常数式。 关于Kc与Kp 只能用平衡浓度或分压代入计算; 与起始浓度无关;(这一点是与转化率不同之处) 与温度有关; ■平衡常数数值越大,表示反应进行的程度越大; 浓度以moLL1为单位代入; 分压以Pa或kPa为单位代入; ■纯固体和纯液体不代入; ■反应方程式不同,平衡常数的数值和量纲均不同。 对于气体反应,K与K可以换算

实验平衡常数Kc与Kp 由实验总结得出，需根据反应方程式书写实验 平衡常数式。 关于Kc与Kp ◼ 只能用平衡浓度或分压代入计算； ◼ 与起始浓度无关；(这一点是与转化率不同之处) ◼ 与温度有关； ◼ 平衡常数数值越大，表示反应进行的程度越大； ◼ 浓度以mol.L-1为单位代入； ◼ 分压以Pa或kPa为单位代入； ◼ 纯固体和纯液体不代入； ◼ 反应方程式不同，平衡常数的数值和量纲均不同。 ◼ 对于气体反应，Kc与Kp可以换算

(2)标癢平衡常 从化学热力学可以导出一个与实验平衡常数相类似 常数,称为标准平衡常数,用K表示。并对平衡常 数只与温度有关这一事实进行解释 ◆根据范特霍夫等温式: △,Gn(T)=△Gm(7)+RTnQ ◆在等温等压下,反应达到平衡时:△,Gn(7)=0 △G()=-RQ=-R/hk( 当温度一定时,△Gn一定,则Q平衡为常数,只与温度 有关,用K(T)表示,称为标准平衡常数或称热力学平衡 常数

(2)标准平衡常数 ( ) ln ln ( ) r m G T RT Q RT K T    =− =− 平衡 从化学热力学可以导出一个与实验平衡常数相类似 常数，称为标准平衡常数，用K表示。并对平衡常 数只与温度有关这一事实进行解释。 根据范特霍夫等温式： 在等温等压下，反应达到平衡时： 当温度一定时，△rGm 一定，则Q平衡为常数，只与温度 有关，用 K (T)表示，称为标准平衡常数或称热力学平衡 常数。 ( ) ( ) ln r m r m G T G T RT Q   =  + ( ) 0  = r m G T

气体反应标准平衡常数达式 ko-LP(G)/p].[P(H)PoTh Lp(A/Plp(D)/PI 溶液中的反应 KO【c(G/c"yc(H)/c”y [c(A)/c].[c( D)/c] 多相反应 [p(G)/p]5.[c(H)/c°] [c(4)/c][c(D)/cy

[ ( ) / ] .[ ( ) / ] [ ( ) / ] .[ ( ) / ] g h a d c G c c H c K c A c c D c      = [ ( ) / ] .[ ( ) / ] [ ( ) / ] .[ ( ) / ] g h a d p G p p H p K p A p p D p      = 溶液中的反应 标准平衡常数表达式 气体反应 [ ( ) / ] .[ ( ) / ] [ ( ) / ] .[ ( ) / ] g h a d p G p c H c K c A c c D c      = 多相反应

标准平衡常数K0 由化学热力学推导得出,与起始浓度无关,与温度有 ◆根据反应方程式书写标准平衡常数式; ◆可与实验平衡常数进行换算; ◆K越大,表示反应进行的程度越大 ◆只能用平衡浓度或分压代入; ◆浓度以moLL1为单位代入,c=1moLL-1; ◆分压以Pa或kPa为单位代入,p0=105Pa=100kPa; ◆纯固体和纯液体不代入; ◆量纲为1。 ◆在今后的章节中,均使用标准平衡常数Ke

标准平衡常数K 由化学热力学推导得出，与起始浓度无关，与温度有 关； 根据反应方程式书写标准平衡常数式； 可与实验平衡常数进行换算； K越大，表示反应进行的程度越大； 只能用平衡浓度或分压代入； 浓度以mol.L-1为单位代入，c =1mol.L-1； 分压以Pa或kPa为单位代入，p=105Pa=100kPa； 纯固体和纯液体不代入； 量纲为1。 在今后的章节中，均使用标准平衡常数K

例:写出下列反应的标准平衡常数表达式 o CaCO3(s=Cao(s)+o,(g) Y HAc(aq+H2O(=Ac(ag+H3O+(aq oZn(s+Cu2+(ag=Zn2+(aq+Cu(s 例:下列三个反应的K之间的关系。 ◆(1)2502(9)+02(g)=2503(9) ◆(2)So2(9)+1/202(g)=so3(g (3)2s03(g)=2502(9)+02(9)

例：写出下列反应的标准平衡常数表达式。 CaCO3(s)=CaO(s)+O2(g) HAc(aq)+H2O(l)=Ac-(aq)+H3O+(aq) Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s) 例：下列三个反应的Kθ之间的关系。 (1)2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) (2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g)  (3)2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)