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1、第四章化学平衡,材料科学与工程学院,41 可逆反应与化学平衡,一、可逆反应 1、定义:在同一条件,即可正向进行,同时又可逆向 进行的化学反应。可逆反应一般用“”表示 正反应:从左向右的反应;逆反应:从右向左的反应。,不是可逆反应,第四章化学平衡化学平衡常数,2、可逆反应的特点:可逆反应的反应物不能全部转化为产物大多数反应是可逆反应,不可逆反应是极少的 不同的化学反应,其可逆程度不同,如 2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),第四章化学平衡化学平衡常数,二、化学平衡,第四章化学平衡化学平衡常数,1、化学平衡:指正反应和逆反应速率相等时,反应物和生成
2、物的浓度或压力不随时间变化的状态。,2、化学平衡的特征,(3)平衡状态是可逆反应进行的最大限度,,(1)前提:恒温条件下,封闭体系中进行的可逆反应,(2)条件:v=v0,动态平衡,(4)标志:反应物和生成物的浓度不随时间而变化。,(5)化学平衡是有条件的动态平衡,第四章化学平衡化学平衡常数,第四章化学平衡化学平衡常数,4-2 化学平衡常数,一、经验平衡常数,1、浓度平衡常数,大量实验证明,对任一化学反应,第四章化学平衡化学平衡常数,在一定温度下,当反应达到平衡时,(5.1)和(5.2)式也可写成如下的形式:,Kc:浓度平衡常数,第四章化学平衡化学平衡常数,Kc表示反应进行的程度;Kc与反应物和
3、生成物的初始浓度无关;Kc与反应方向无关,但与反应方程式的书写有关;Kc有单位,,2、压力平衡常数,对于均相气态反应:,Kp的单位:,第四章化学平衡化学平衡常数,3、以摩尔分数表示的平衡常数Kx,Kx无单位。,4、书写平衡常数的规则,第四章化学平衡化学平衡常数,多相反应中,气体组分用平衡分压表示,溶液中的组 分用平衡浓度表示,纯固体和液体的浓度视为1,不 代入式中。在水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则水的 浓度也视为1。多相反应的平衡常数用K表示。,第四章化学平衡化学平衡常数,二、标准平衡常数,1、标准平衡常数的表达式,对于一个复相反应:,第四章化学平衡化学平衡常数,K无单位K只是温度的
4、函数在写K的表达式时,由于C=1,所以常省略不写。,2、多重平衡原则,如果一个化学反应是若干个分反应的代数和(差),在相同温度下,这个化学反应的标准平衡常数就等于分反应的标准平衡常数的积(商)。,第四章化学平衡化学反应等温式,4-3 化学反应等温式,一、化学反应等温式,根据热力学原理,对于一个任意态下的化学反应,其摩尔吉布斯自由能变为:,根据此式可判断任一时刻和任一状态下反应的方向。,Q:反应商,第四章化学平衡化学反应等温式,当化学反应处于平衡状态时,rGm=0,此时Q=K,则,把此式代入到上式中,有,当Q K时,反应难以正向自发进行。,第四章化学平衡化学反应等温式,二、标准平衡常数及化学反应
5、等温式的应用。,1、根据K的大小可以判断反应进行的程度,2、根据K计算平衡浓度、平衡分压和转化率,第四章化学平衡化学反应等温式,3、K和rGm的互算,解:,计算600K时的,297.04 0-395.72,/kJ.mol-1,248.11 205.3 256.65,/J.mol-1K-1,第四章化学平衡化学反应等温式,K=7.99106,而298.15K,K=3.341024 显然T增大,K减小。,Question,已知空气压力p=101.325KPa,其中所含CO2的体积分数0.030,试计算此条件下将潮湿Ag2CO3固体在110的烘箱中烘干时热分解反应的摩尔吉布斯函数变。问此条件下,Ag2
6、CO3(s)AgO(s)+CO2(g)的热分解反应能否自发进行?有何方法阻止?,解:,Ag2CO3(s)AgO(s)+CO2(g)fHm-505.8-30.05-393.509 KJ/molSm 167.4 121.3 213.74 J/molk,可求得:rHm=82.24KJ/mol rSm=167.6J/molK,第四章化学平衡化学反应等温式,CO2的分压为:p=101.3250.03030Pa,Ag2CO3固体在110的烘箱中烘干时热分解反应的摩尔吉布斯函数变为:,rGm(383K)rGm(383K)+RTlnQ 82.24-3830.16768.31410-3383ln30/105 1
7、8.0525.83 7.78KJ/mol(该温度下碳酸银会分解),为了避免Ag2CO3的分解,应通入含CO2分压较大的气流进行干燥。CO2分压至少应为:,第四章化学平衡化学反应等温式,rGm(383K)rGm(383K)+RTlnQ0,4-4 化学平衡的移动,第四章化学平衡化学平衡的移动,一、浓度对平衡的影响,平衡时:Q=K,增大反应物的浓度,Q K,平衡正向移动;,减小产物的浓度,Q K,平衡正向移动;,反之,Q K,平衡逆向移动;,二、压强对平衡的影响 只对有气体参加的反应产生影响,第四章化学平衡化学平衡的移动,若体系的总压力增大为原来的n倍,则,第四章化学平衡化学平衡的移动,若 B 0,
8、QK,平衡逆向移动;,若 B 0,QK,平衡正向移动;,若 B=0,Q=K,平衡不移动。,压强的变化只对反应前后气体分子数目有变化的反应有影响。增大压强,平衡向气体分子数减少的方向移动;减小压强,平衡向气体分子数增加的方向移动。,结论,第四章化学平衡化学平衡的移动,补充:惰性气体对平衡的影响,在恒温恒压下,若加入惰性气体,即n总增大,则:B 0,平衡正向移动;B 0,平衡逆向移动;B=0,平衡不移动。,在恒温恒容下,若加入惰性气体,平衡不移动。,得到,不同温度,第四章化学平衡化学平衡的移动,三、温度对平衡的影响,第四章化学平衡化学平衡的移动,四、Le Chatelier 原理,1848年,法国科学家Le Chatelier 提出:,如果改变平衡系统的条件之一(浓度、压力和温度),平衡就向能减弱这种改变的方向移动.,反应I2(g)=2I(g)达平衡时:,(1)升高温度,K,,原因是;,(2)压缩气体时,I2(g)的离解度,,原因是;,(3)恒容时加入N2,I2(g)的离解度,,原因是;,(4)恒压时加入N2,I2(g)的离解度,,原因是.,第四章化学平衡化学平衡的移动,