《无机化学》课程教学资源（教案讲义）第四章 化学平衡 4.4 有关化学平衡的计算 4.5 化学平衡的移动 4.6 化学反应速率和化学平衡在工业中综合应用的举例

4化学平衡(2) 44有关化学平衡的计算 K与K换算问题 dD(g)+ee(g) gG(g)+ hH(g) (G)·p(H) (D)·p°(E) 根据理想气体状态方程:p=RT=cRT则 pD=C(D)RT: PE=C(E)RT: pG=C(GRT: pH=c(HRT 代入平衡常数关系式: K p(G)·p'(H)c(G)c'(H) p“(D)p(E)c‘(Dc"(E) (RT)8+-ld+e)=K (RT)n 注:R的单位(对照书p7):当p取Pa时,浓度取mol·L时,R的值为8314× 例3、例4见书p46。 在工业生产中,对于有气体物质参与的反应,运用Kp计算比较方便。例5见书p46 45化学平衡的移动 个可逆反应在一定条件下,达到平衡:V正=V遷,即其系统中各物质的浓度(或分压) 不随时间而变 但外界条件(如浓度、压力、浓度)改变了,原来的平衡状态被破坏,建立新的平衡: V正=V 这种外界条件的改变,使可逆反应从原来的平衡状态变为新的平衡状态的过程叫平衡的移 动。(p47) 451浓度(或分压)对化学平衡的影响(p48) 在其它条件不变的情况下,增加反应物浓度或减少生成物浓度,化学平衡向正反应方向移 动;增加生成物浓度或减少反应物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。(p48) 可逆反应达平衡时,正、逆反应速度相等。其它条件不变,增加某种反应物的浓度时,正 反应的即时速度增大,逆反应的即时速度不变,使得正反应速度大于逆反应速度,平衡正向移 动。随之,正反应的即时速度逐渐减小,逆反应的即时速度逐渐增大,当二者相等时,达到新 的平衡状态。同理,其它条件不变时,减小某反应物的浓度平衡逆向移动,增大某生成物的浓 度平衡逆向移动,减小某生成物的浓度平衡正向移动。浓度对化学平衡移动的影响可分别用以 下曲线表示: ①增大反应物浓度 ②减小反应物浓度

1 4 化学平衡(2) 4.4 有关化学平衡的计算 Kc与 Kp 换算问题 dD(g) + eE(g) gG(g) + hH(g) ( ) ( ) ( ) ( ) p D p E p G p H K d e g h p   = 根据理想气体状态方程：p＝ V n RT＝cRT 则： pD=c(D)RT；pE=c(E)RT；pG=c(G)RT；pH=c(H)RT 代入平衡常数关系式： ( ) ( ) ( ) ( ) p D p E p G p H K d e g h p   = ＝ n c g h d e d e g h RT K RT c D c E c G c H + − +  ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 注：R 的单位（对照书 p7）：当 p 取 Pa 时，浓度取 mol·L -1 时，R 的值为 8.314× 103Pa·L·mol-1·K-1。 例 3、例 4 见书 p46。 在工业生产中，对于有气体物质参与的反应，运用 Kp 计算比较方便。例 5 见书 p46。 4.5 化学平衡的移动 一个可逆反应在一定条件下，达到平衡：V 正 = V 逆，即其系统中各物质的浓度（或分压） 不随时间而变。 但外界条件（如浓度、压力、浓度）改变了，原来的平衡状态被破坏，建立新的平衡： V 正′= V 逆′ 这种外界条件的改变，使可逆反应从原来的平衡状态变为新的平衡状态的过程叫平衡的移 动。（p47） 4.5.1 浓度（或分压）对化学平衡的影响（p48） 在其它条件不变的情况下，增加反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反应方向移 动；增加生成物浓度或减少反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。（p48） 可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，增加某种反应物的浓度时，正 反应的即时速度增大，逆反应的即时速度不变，使得正反应速度大于逆反应速度，平衡正向移 动。随之，正反应的即时速度逐渐减小，逆反应的即时速度逐渐增大，当二者相等时，达到新 的平衡状态。同理，其它条件不变时，减小某反应物的浓度平衡逆向移动，增大某生成物的浓 度平衡逆向移动，减小某生成物的浓度平衡正向移动。浓度对化学平衡移动的影响可分别用以 下曲线表示： ①增大反应物浓度 ②减小反应物浓度

③增大生成物浓度 ④减小生成物浓度 例6:反应:CO+H2O=H2+CO 在773K时平衡常数K=9,反应开始时c(CO=0.020molL,求当c(H2O)的起始浓度由 0.020molL提高到c(H2O=0080molL时:(1)平衡向什么方向移动;(2)CO的转化率变 化 解:(1)平衡移动方向 c(H2O)为0.020moL平衡时各物质的浓度 Co H20-Hz CO 初始0.020.02 0K=x2/(0.02-x)2=9;∴x=0.015molL1 平衡时0.02-x0.02x 0.0050.00500150.015 当c(H2O)的起始浓度由0.020molL提高到c(H2O)=0.080mlL时, Q=0015210.005×0.065)=0.69<K=9,∴反应向正方向移动。 (2)CO的转化率变化 当c(H2O)的起始浓度为0.020molL时,a(CO=(0.0150020)×100%=75% c(H2O)=008molL时平衡时各物质的浓度 CO H2O-H3+ CO2 初始0.020.08 平衡时0.02-x0.08-x K=x2/(0.02-x)(0.08x)=9 x=0.0194mol-L1

2 ③增大生成物浓度 ④减小生成物浓度 例 6：反应：CO+H2O H2+CO2 在 773K 时平衡常数 Kc=9，反应开始时 c(CO)=0.020mol·L-1，求当 c(H2O)的起始浓度由 0.020mol·L-1 提高到 c(H2O)=0.080mol·L-1 时：（1）平衡向什么方向移动；（2）CO 的转化率变 化。 解：（1）平衡移动方向 c(H2O)为 0.020mol·L-1 平衡时各物质的浓度： CO + H2O H2 + CO2 初始 0.02 0.02 0 0 Kc=x2 /(0.02-x)2 =9；∴x=0.015mol·L-1 平衡时 0.02-x 0.02-x x x 0.005 0.005 0.015 0.015 当 c(H2O)的起始浓度由 0.020mol·L-1 提高到 c(H2O)=0.080mol·L-1 时， Qc=0.015 2 /(0.005×0.065)= 0.69＜Kc=9，∴反应向正方向移动。 （2）CO 的转化率变化 当 c(H2O)的起始浓度为 0.020mol·L-1 时，α(CO)=(0.015/0.020)×100％=75％； c(H2O)=0.080mol·L-1 时平衡时各物质的浓度： CO + H2O H2 + CO2 初始 0.02 0.08 0 0 平衡时 0.02-x 0.08-x x x Kc=x2 /[(0.02-x)(0.08-x)]=9 ∴x=0.0194mol·L-1

a(CO=(0.01940.020)×100%=97%(p57作业题413与此题类似) 这样由于水蒸气的浓度增加为原来的四倍,CO的转化率由75%变为97% 利用这一性质(①加入反应物或取去生成物使平衡向右移动②加入某一物质,使另一物质 的转化率提高),在反应中,使一成本较低的反应物过量,提高较贵的反应物的转化率。还可 取出生成物,使反应向正方向进行。 452系统总压对化学平衡的影响(p49 增加总压力,平衡向气体分子数减少的方向移动 可逆反应达平衡时,正、逆反应速度相等。其它条件不变,对于有气体参加或生成的反应 压强增大,正、逆反应的即时速度均增大,但缩小体积方向的速度增大的倍数多,使平衡向缩 小体积的方向移动。随之,缩小体积方向的速度逐渐减小,增大体积方向的速度逐渐增大,二 者相等时,达到新的平衡。其它条件不变时,压强降低时,正、逆反应的即时速度都减小,但 缩小体积方向的速度减小得更多,使平衡向增大体积的方向移动。压强对化学平衡移动的影响 可分别用下列曲线表示: ①升压 ②降压 由曲线可以看出:压强对缩小体积方向的速度影响较大。 453温度对化学平衡的影响(p50) 与C、P对平衡移动的影响有本质不同,C、P改变,K不变;而T变,K也变。 K,△H°(T,-T R 如果正反应是吸热反应(ΔH>0),则增加温度,K增加,平衡右移; 如果正反应是放热反应(ΔH<0),则增加温度,K减少,平衡左移。 可逆反应达平衡时,正、逆反应速度相等。其它条件不变,升高温度时,正、逆反应的即 时速度均增大,但吸热方向速度增大的倍数多,使平衡朝吸热的方向移动。随之,吸热方向的 速度逐渐减小,放热方向的速度逐渐增大,二者相等时,达到新的平衡。其它条件不变,降温

3 α(CO)=(0.0194/0.020)×100％=97％（p57 作业题 4.13 与此题类似） 这样由于水蒸气的浓度增加为原来的四倍，CO 的转化率由 75%变为 97%。 利用这一性质（①加入反应物或取去生成物使平衡向右移动②加入某一物质，使另一物质 的转化率提高），在反应中，使一成本较低的反应物过量，提高较贵的反应物的转化率。还可 取出生成物，使反应向正方向进行。 4.5.2 系统总压对化学平衡的影响（p49） 增加总压力，平衡向气体分子数减少的方向移动。 可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，对于有气体参加或生成的反应， 压强增大，正、逆反应的即时速度均增大，但缩小体积方向的速度增大的倍数多，使平衡向缩 小体积的方向移动。随之，缩小体积方向的速度逐渐减小，增大体积方向的速度逐渐增大，二 者相等时，达到新的平衡。其它条件不变时，压强降低时，正、逆反应的即时速度都减小，但 缩小体积方向的速度减小得更多，使平衡向增大体积的方向移动。压强对化学平衡移动的影响 可分别用下列曲线表示： ①升压 ②降压 由曲线可以看出：压强对缩小体积方向的速度影响较大。 4.5.3 温度对化学平衡的影响（p50） 与 C、P 对平衡移动的影响有本质不同，C、P 改变，K 不变；而 T 变，K 也变。 如果正反应是吸热反应（ΔH＞0），则增加温度，K 增加，平衡右移； 如果正反应是放热反应（ΔH＜0），则增加温度，K 减少，平衡左移。 可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，升高温度时，正、逆反应的即 时速度均增大，但吸热方向速度增大的倍数多，使平衡朝吸热的方向移动。随之，吸热方向的 速度逐渐减小，放热方向的速度逐渐增大，二者相等时，达到新的平衡。其它条件不变，降温          − = 1 2 2 1 1 2 ln TT T T R H K K r 

时,正、逆反应的即时速度均减小,但吸热方向速度减小得更多,使平衡朝放热方向移动。温 度对化学平衡移动的影响可分别用下列曲线表示: ①升温 ②降温 从曲线可以看出:温度对吸热方向的速度影响较大。 454平衡移动原理-吕查德里原理(p51) 综上所述。如果改变平衡体系中某个条件(C、P、T),平衡总向着减弱这个改变的方向 移动。(只能应用于已达到平衡的系统) 46化学反应速率和化学平衡在工业中综合应用的举例(p54) 要设计一个化工生产过程,首先要考虑成本,∴在反应能够实施的情况下,考虑:充分利 用原料,提高产量,缩短生产周期,降低成本 ①使一种价廉易得的反应物过量,以提高另一种原料的转化率 ②气体反应,增加压力使反应速率加快:但增加压力对反应设备要求较高,须综合考虑: ③大部分反应,T↑,Ⅵ↑。对于吸热反应,还能增加转化率(平衡的移动);但也须考虑:温度 过高使物料分解,增加能源; ④催化剂,考虑催化剂的催化性、活化温度、价格、催化剂中毒等问题。 作业:4.13(p57)

4 时，正、逆反应的即时速度均减小，但吸热方向速度减小得更多，使平衡朝放热方向移动。温 度对化学平衡移动的影响可分别用下列曲线表示： ①升温 ②降温 从曲线可以看出：温度对吸热方向的速度影响较大。 4.5.4 平衡移动原理--吕·查德里原理（p51） 综上所述。如果改变平衡体系中某个条件（C、P、T），平衡总向着减弱这个改变的方向 移动。（只能应用于已达到平衡的系统） 4.6 化学反应速率和化学平衡在工业中综合应用的举例（p54） 要设计一个化工生产过程，首先要考虑成本，∴在反应能够实施的情况下，考虑：充分利 用原料，提高产量，缩短生产周期，降低成本。 ①使一种价廉易得的反应物过量，以提高另一种原料的转化率； ②气体反应，增加压力使反应速率加快；但增加压力对反应设备要求较高，须综合考虑； ③大部分反应，T↑，V↑。对于吸热反应，还能增加转化率（平衡的移动）；但也须考虑：温度 过高使物料分解，增加能源； ④催化剂，考虑催化剂的催化性、活化温度、价格、催化剂中毒等问题。 作业：4.13（p57）