第2章 2.4 化学平衡

1
对于任一反应：aA + bB = cC + dD，在一定温度 下达到平衡时，生成物和反应物的平衡浓度按下式 的特定组合为常数：
2、K的意义 1）平衡常数代表化学反应的限度，对同一类型的 反应，K越大，正向进行的程度越大。 （若K﹥107，通常认为不可逆） 2）平衡常数的大小，与反应时间无关。 3、如何书写平衡常数 1）将生成物的平衡浓度幂的乘积作分子项，反应 物的平衡浓度幂的乘积作分母项，且固体、纯液 体或溶剂不写进平衡常数表达式中。
2 预测反应的方向 反应商Q 对于反应：
非平衡态时：
aA bB cC dD c D c a c B c
c c
cC c 浓度商 Q c cA c
b
2）分压平衡常数 由于在平衡状态，气体的分压和浓度呈正比，故 存在分压平衡常数： 对于气相反应： aA （ g ） bB （ g ） cC （ g ） dD （ g ）
K
p
三、标准平衡常数 计算平衡常数时，对于气态组分，用平衡分压 除以标准压力；对于溶液，用平衡浓度除以标准 浓度，即得标准平衡常数KØ。
PN2O4 = P总×（nN2O4/n总） = 202.6 ×0.857/1.143=151.9（KPa） PNO2 = 202.6×0.286/1.143 = 50.7（KPa） 将各数据代入平衡常数表达式，得： KØ=（ PNO2 /P Ø）2/（ PN2O4/ P Ø） =（50.7/100）2/（151.9/100） =0.171
Zn ( s ) 2 H (aq ) H 2 ( g ) Zn (2aq )

P P P P
eq C c eq D eq A a eq B
d b
Kc和Kp都有量纲，带来两个问题： ①书写麻烦； ②不同的浓度单位或压强单位会导致不同的数值和量 纲。 因此，引进标准平衡常数KØ：
C C

eq C eq A
C C
c a
eq D eq B

d b
K
化学平衡常数 产物浓度系数次方的乘积 (简称平衡常数) 与反应物浓度系数次方的乘 积之比
K值大小与反应物的起始浓度无关，仅是温度的函数。
CaCO3 ( s ) CaO ( s ) CO2 ( g ) K CO2
: 可逆反应
的平衡常数在1080K时为1，为了在平衡时有60%的 H2被消耗掉，应以怎样的体积比来混合CO2和H2？ 达到平衡时，系统的压力如何变化？ : 27℃及202.6KPa下，N2O4有14.3%离解为NO2， 试计算平衡常数KØ。
练习1 解：（1）设反应前CO2和H2物质的量各为y和x， CO2 （g）+ H2 （g）= CO （g）+ H2O（g） 初始 y x 平衡 y-0.6x x-0.6x 0.6x 0.6x 由题意：（0.6x）2/ [（x- 0.6x）×（y - 0.6x）] =1 解之得： y：x = 3：2 （2）由于反应前后气体分子数不变，故反应前 后系统压力无变化。
4
1 CO O2( g ) CO2( g ) K2 2
当几个反应式相加得到另一个反应式时，其平 衡常数等于几个反应的平衡常数的乘积——多重 平衡规则。 五、标准平衡常数的应用 1 判断反应的程度 2 预测反应的方向 3 计算平衡的组成
PO2 P

P PO2
2
d
d
压力商 Q p
pC p a pA p
pD p b pB p
反应商判据： Q <K Q= K Q> K 反应正向进行； 系统处于平衡状态； 反应逆向进行。
3
3
计算平衡的组成
CO2（g）+ H2（g）= CO（g）+ H2O（g）
2)平衡常数的数值与化学反应方程式的写法有关。
4、浓度平衡常数(Kc)的变形——分压平衡常数(Kp) 1）分压定律 混合气体中 i 组分气体的分压 Pi —— i 组分气 体单独占有混合气体的容器时产生的压力。
N 2 ( g ) 3H 2 ( g ) 2 NH 3 ( g )
K1
[ NH 3 ] [ N 2 ][ H 2 ]3
二、化学平衡常数 1、什么是化学平衡常数 ?
CO2（g）+ H2（g）= CO（g）+ H2O（g）
实 验 编 号 1 2 3 4 起始浓度（mol/L） [CO2] 0.010 0.010 0.010 0 [H2] 0.010 0.020 0.010 0 [CO] 0 0 0.001 0.020 [H2O] 0 0 0 0.020 [CO2] 0.0040 0.0022 0.0041 0.0082 平衡浓度（mol/L） [H2] 0.0040 0.0122 0.0041 0.0082 [CO] 0.0060 0.0078 0.0069 0.0118 [H2O] 0.0060 0.0078 0.0059 0.0118 [CO][H2O] [CO2][H2] 2.3 2.4 2.4 2.4
2
[ NH 3 ] 1 3 N 2 ( g ) H 2 ( g ) NH 3 ( g ) K 2 2 2 [ N 2 ]1/ 2 [ H 2 ]3 / 2
2 K1 K 2
P总
Pi P总 n
i

Pi
Pi n n i 或 Pi i P总 P总 n总 n总
RT V
总
n
RT V
1
PCO2 P PCO PO2 P P 2
1
C( s) O2( g ) CO2( g ) K3
PCO2
K 3 K1 K 2



P
1 判断反应的程度 K 愈大，反应进行得愈完全； K ﹥107，通常可认为完全反应，不可逆。 K 愈小，反应进行得愈不完全； K 不太大也不太小(如 10-3< K <103), 反应物部分地转化为生成物。
一、化学平衡状态
第二章 化学热力学 和 化学动力学 基础
§2.4 化学平衡
一、化学平衡状态 二、化学平衡常数 三、标准平衡常数 四、多重平衡规则 五、标准平衡常数的 应用
1、可逆反应与不可逆反应
3Fe 4O2 Fe3O4
△
CrO4
2
H＋
(黄)
OH－
Cr2O7
2 （橙）
2、化学平衡 一定条件下，密闭容器中，当可逆反应的V正＝V (或化学平 逆时，反应系统所处的状态称为化学平衡 时，反应系统所处的状态称为化学平衡( 衡状态）。 衡状态）。
Zn 2 p H 2 c p K 2 H c


2
四、多重平衡规则 如果一个化学反应分几步完成，那么总 反应的平衡常数与各分反应有什么关系？ PCO 1 C( s ) O2 ( g ) CO( g ) K1 2 P
练习2 解：由于对特定反应，KØ仅是温度的函数，与反应 物物质的量无关，故为了计算方便，设开始时 N2O4的物质的量为1mol： N2O4（g） = 2NO2（g） 开始时物质的量（mol） 1.00 变化的物质的量（mol） -0.143 平衡时物质的量（mol） 0.857 平衡时总物质的量（mol） n总 = 0.857 + 0.286 = 1.143 因此，平衡时各气体的分压为： 0 +0.286 0.286
反应物几乎全部转变为生成物 —— 不可逆反应 在同一条件下同时可向正、逆两个方向进行 —— 可逆反应 可逆符号： 正反应， 逆反应
正
逆
正 逆
在恒温条件下，密闭容器内进行的可逆反应无论 先从正反应发生，还是先从逆反应发生，最终同样 可以达到化学平衡（状态）。 化学平衡（状态）具有以下特征： ①正、逆反应速率相等(v正=v逆)。 ②是一种动态平衡。 ③是有条件的。