半期考前第三章化学平衡

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1、第三章 化学平衡和化学反应速率第三章 化学平衡和化学反应速率 学习要求学习要求 1、了解经验平衡常数和标准平衡常数以及标准平衡常数 与标准吉布斯自由能变的关系。 2、掌握不同反应类型的标准平衡常数的表达式，并能从 该表达式来理解化学平衡的移动。 3、掌握有关化学平衡的计算，包括运用多重平衡规则进 行的计算。 4、了解化学反应速率的概念及其实验测定方法。 5、掌握质量作用定律和化学反应的速率方程式 6、掌握温度与反应速率关系的阿累尼乌斯经验式，并能 用活化分子、活化能等概念解释各种外界因素对反应 速率的影响。 1、了解经验平衡常数和标准平衡常数以及标准平衡常数 与标准吉布斯自由能变的关系。 2、

2、掌握不同反应类型的标准平衡常数的表达式，并能从 该表达式来理解化学平衡的移动。 3、掌握有关化学平衡的计算，包括运用多重平衡规则进 行的计算。 4、了解化学反应速率的概念及其实验测定方法。 5、掌握质量作用定律和化学反应的速率方程式 6、掌握温度与反应速率关系的阿累尼乌斯经验式，并能 用活化分子、活化能等概念解释各种外界因素对反应 速率的影响。 化学反应研究的重要问题化学反应研究的重要问题 (1)反应的方向性问题，即该反应能否自发进行？ （2）反应的热效应问题，即反应中能量是如何转化的？ （3）反应的转化率，即化学平衡问题(热力学问题) （4）反应所需时间，反应的速率。 (动力学问题) 1.化

3、学平衡的特征1.化学平衡的特征 可逆反应：可逆反应：一定条件下，一个化学反应可以按反应方程式从左 向右进行，又可以从右向左进行的反应就叫可逆反应。 一定条件下，一个化学反应可以按反应方程式从左 向右进行，又可以从右向左进行的反应就叫可逆反应。 1 可逆反应； CO + H 1 可逆反应； CO + H2 2O COO CO2 2+ H+ H2 2 2 不可逆反应； 2KClO 2 不可逆反应； 2KClO3 32KCl + 3O2KCl + 3O2 2 3 一定条件下的可逆反应 2H 3 一定条件下的可逆反应 2H2 2O(g) 2HO(g) 2H2 2(g) + O(g) + O2 2(g)

4、 （在8731273K，生 成H (g) （在8731273K，生 成H2 2O的反应占优势，而在42735273K时，HO的反应占优势，而在42735273K时，H2 2O的分解反应 占优势。） 几乎所有的化学反应都有可逆性，但可逆程度有很大的差别。 O的分解反应 占优势。） 几乎所有的化学反应都有可逆性，但可逆程度有很大的差别。 3.1化学平衡3.1化学平衡 可逆反应的进行，导致化学平衡状态的实现。可逆反应的进行，导致化学平衡状态的实现。 化学平衡状态：在可逆反应体系中，正反应和逆反 应的速率相等时，反应物和生成物的浓度不再随时 间而改变的状态。 （但反应没有停止，化学平衡是动态平衡。）

5、化学平衡状态：在可逆反应体系中，正反应和逆反 应的速率相等时，反应物和生成物的浓度不再随时 间而改变的状态。 （但反应没有停止，化学平衡是动态平衡。） 在等温等压条件下，标准态下反应的在等温等压条件下，标准态下反应的 r rG Gm m = 0 是过程平衡的标志。= 0 是过程平衡的标志。 特征特征： 化学平衡是化学平衡是动态平衡动态平衡，表面看反应似乎已经停止， 但实际上反应仍旧进行，只不过正反应反应物消耗 的分子数等于逆反应生成的分子数； 化学平衡是 ，表面看反应似乎已经停止， 但实际上反应仍旧进行，只不过正反应反应物消耗 的分子数等于逆反应生成的分子数； 化学平衡是有条件的平衡有条件的平

6、衡，外界条件改变时，则原 有的平衡被打破，直至在新的条件下建立新平衡; ，外界条件改变时，则原 有的平衡被打破，直至在新的条件下建立新平衡; 从热力学观点看：到达平衡时，化学反应的 Gibbs 函数变化等于零， 从热力学观点看：到达平衡时，化学反应的 Gibbs 函数变化等于零，r rG=0。G=0。 2.标准平衡常数及其有关计算2.标准平衡常数及其有关计算 任意态下的，任意态下的，r rGG r rG G RTlnQ 当反应达到平衡时， RTlnQ 当反应达到平衡时， r rG0 则， G0 则， r rGG r rG G RTlnQRTlnQeq eq = 0= 0 r rG G = -R

7、TlnQ= -RTlnQeq eq 此时的Q此时的Qeq eq中的各物质的活度均为平衡时的活度，用K 中的各物质的活度均为平衡时的活度，用K 来表示Q来表示Qeq eq r rG G = -RTlnK= -RTlnK 一定温度下，指定反应的一定温度下，指定反应的rG 为一固定 值，所以K 为一固定 值，所以K 也必是一不变的数值。也必是一不变的数值。 标准平衡常数标准平衡常数： 在一定温度下，反应处于平衡状态时，生成 物的 在一定温度下，反应处于平衡状态时，生成 物的活度活度以方程式中化学计量数为乘幂的乘 积，除以反应物的 以方程式中化学计量数为乘幂的乘 积，除以反应物的活度活度以方程式中化学

8、计量 数的绝对值为乘幂的乘积，等于一个常数K 以方程式中化学计量 数的绝对值为乘幂的乘积，等于一个常数K 。 。 对任一化学反应：对任一化学反应： fFeEdDbB d D b B f F e E aa aa K a)理想气体或低压下的真实气体：其活度为 气体的分压与标准压力的比值： b)理想溶液或浓度稀的真实溶液：其活度为溶液的 摩尔浓度与标准浓度的比值： a)理想气体或低压下的真实气体：其活度为 气体的分压与标准压力的比值： b)理想溶液或浓度稀的真实溶液：其活度为溶液的 摩尔浓度与标准浓度的比值： kPapppa100/且 1 1/ Lmolccca且 v d D b B f F e E

9、 d D b B f F e E d D b B f F e E ppp pp pppp pppp aa aa K) 1 ( )/()/( )/()/( v d D b B f F e E d D b B f F e E d D b B f F e E ccc cc cccc cccc aa aa K) 1 ( )/()/( )/()/( c)固相或者液相的标准态是它本身的纯物质，故固 相和纯液相均为单位活度，在平衡常数表达式中 不必列入。 c)固相或者液相的标准态是它本身的纯物质，故固 相和纯液相均为单位活度，在平衡常数表达式中 不必列入。 注（1）标准平衡常数量纲为一 （2）平衡常数表达式

10、与书写有关。 （3） 标准平衡常数与温度有关，因此要注明K 注（1）标准平衡常数量纲为一 （2）平衡常数表达式与书写有关。 （3） 标准平衡常数与温度有关，因此要注明K 的温 度条件，通常一个温度下同一化学反应只有一个 的温 度条件，通常一个温度下同一化学反应只有一个K K 。 （4）平衡常数与平衡体系各组分分压或浓度的关系， 严格地说只是对于气体分压不太高，溶质的浓度比较稀 的情况下适用。 。 （4）平衡常数与平衡体系各组分分压或浓度的关系， 严格地说只是对于气体分压不太高，溶质的浓度比较稀 的情况下适用。 注意： 平衡常数表达式需与反应方程式相对应 例 N2(g) + 3 H2 (g) 2

11、NH3 (g) K1= 1.60 10 5 1/2N2(g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) K2= 3.87 10 2 K1 K2， K1 = K22 纯固体与纯液态在平衡常数表达式中不出 现； 例1： Cr2O72+ H2O 2CrO42+ 2H+ K= 例2： Ca2CO3(s) = CaO + CO2 K = 平衡常数只表现反应进行的程度，即可能 性问题，而不表现到达平衡所需的时间， 即现实性问题； K越大，反应越彻底，反应倾向性越大； K 107 正向进行；K 0, 标态下非自发, 逆向自发 rG m - RTlnKT 28600 - 8.314 298lnKT KT= 9

12、.698 10-6 （2） ? 例4: 在高温时2HI(g) = H2 (g) + I2 (g) 分解,在 一密闭容器中,有2molHI,在440时达到化学平 衡，其Kc= 210-2，求HI的分解率。 解：2HI(g) = H2 (g)+ I2 (g) 初/moldm-32 0 0 平/moldm-32-2x x x Kc= = 210-2 x = 0.2204 moldm-3 分解率 = 100% = 22.4% 例5:由热力学数据表求HF(aq) = H+ (aq)+ F- (aq)反应的K298, 讨论该电离平衡的方向性,并求 出体系平衡时各物种的浓度. 解: HF(aq) = H+

13、(aq)+ F-(aq) fG/kJmol-1269.9 0 -278.8 fG= (-278.8) - (-296.9) = 18.1 kJmol-10 标准状态下，应该非自发。 实际上纯水中 c H+= 10-7 moldm-3 c F-= 0 moldm-3 cHF= 1 moldm-3 G= -RTKTKT= 6.7210-4 HF(aq) = H+ (aq)+ F-(aq) 初浓/moldm-31 10-70 平/moldm-31-x x + 10-7 x x X2/(1-x) = 6.72 10-4 X = 0.026 moldm-3 平衡时： HF = 1- 0.026 = 0.

14、974 moldm-3 H+ = F- = 0.026 moldm-3 由平衡常数预计反应的方向由平衡常数预计反应的方向 例：在某温度时，将2mol O例：在某温度时，将2mol O2 2、1mol SO、1mol SO2 2和 8mol SO和 8mol SO3 3气 体混合加入10升的容器中。 已知反应的平衡常数 Kc = 100。 问 2SO 气 体混合加入10升的容器中。 已知反应的平衡常数 Kc = 100。 问 2SO2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) 2SO2SO3 3(g) 将向何方进行？(g) 将向何方进行？ 解：本题所给为浓度平衡常数，故应先计算有关物质

15、的 浓度： c(SO 解：本题所给为浓度平衡常数，故应先计算有关物质的 浓度： c(SO2 2) = 0.1mol) = 0.1molL-1 ； c(O L-1 ； c(O2 2) = 0.2mol) = 0.2molL-1； c(SO L-1； c(SO3 3) = 0.8mol) = 0.8molL-1L-1 该条件下反应逆向向SO该条件下反应逆向向SO3 3分解方向进行。分解方向进行。 100320 2 . 01 . 0 8 . 0 2 2 2 2 22 3 OSO SO cc c Q (反应商)(反应商) 对于可逆反应：对于可逆反应：a aA + A + b bB B d dD + D + e eE E 定义某时刻的反应商(Q): 当 Q K 反应逆向进行 b B a A e E d D cccc cccc Q ）（）（ ）（）（ / / c cA A， c， cB