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1、上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录第三章 化学平衡和平衡移动原理3.1 化学平衡3.2 化学平衡的移动章总目录章总目录要求：平衡常数与转化率。利用平衡常数 的计算。1 1上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录3.1 化学平衡3.1.1 可逆反应在一定的条件下，既可向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应称为可逆 反应。例： a A + d D gG + hH 2 2上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录3.1.2 化学平衡在可逆反应中，正反应和逆反应的速率在可逆反应中，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相等时，反应物和生成物的浓度不再随时间 而改变的状态称
2、为而改变的状态称为化学平衡。化学平衡。如：如：CO(g)+HCO(g)+H2 2O(g) O(g) = = CO CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g(g) ) 正逆反应达动态平衡。正逆反应达动态平衡。3 3上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录平衡态的特点：1. v正 = v逆 （动态）2. 反应物和产物的浓度不再改变。 3. 化学平衡是有条件的平衡。4 4上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录C 为平衡时的浓度对气相反应，平衡浓度也可用各气体分 压表示，此时平衡常数用Kp表示。 根据理想气体分压与浓度的关系：p = nRT/V =cRT， Kp= Kc(RT)n aA + bB =
3、 gG + hH3.1.3 化学（经验）平衡常数5 5上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例1（2006）配制KI（0.100molL-1）I2的水溶液，用0.100molL- 1Na 2S2O3标准溶液测得c(I3-+I 2)=4.8510-3 molL-1。量取50.0mL KI-I2溶液和50.0mLCCl4置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知CCl4 相中c(I2)=2.6010-3 molL1。已知实验温度下CCl4从水溶液中萃 取I2的分配比为85:1。求水溶液中I2+I-= I3-的平衡常数。 【答：先求c(I2)：设萃取平衡时，水溶液中c(I2)为x， c(I2,CCl4)
4、/c(I2,H2O)=2.6010-3 molL-1/x=85x=2.6010-3 molL-1/85=3.0610-5 molL-1 水溶液中 I2+I-=I3-平衡浓度（molL1）I2：3.0610-5； I3：(4.852.60)103 3.0610-5=2.2210-3I：0.1002.22103=0.098 K=2.22103/(0.0983.06105)=7.4102 Lmol-1 】讨论：未考虑萃取对平衡的影响？平衡移动不影响c(I3-+I2)。6 6上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例2（2006试题）下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里， 在不同条件下进行的异构化反
5、应 XY 的进程图解。图中的“ ”是X，“ ”是Y。A B C D A B C D1 1 图中的纵坐标表示图中的纵坐标表示 （填入物理量，下同）；横坐标表（填入物理量，下同）；横坐标表 示示 。 X和Y的摩尔百分数。2 2 平衡常数平衡常数K K 最小的图是最小的图是 。A A3 3 平衡常数平衡常数K K最大的图是最大的图是 。B B4 4 平衡常数平衡常数K K = 1= 1的图是的图是 。C C7 7上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例3（2006）有人设计了如下甲醇（methanol）合成工艺： 其中，（其中，（1 1）为甲烷气源，压强）为甲烷气源，压强250.0250.0kPa
6、kPa，温度温度2525，流速，流速55.055.0mm3 3s s1 1。（。（2 2 ）为水蒸气源，压强为水蒸气源，压强200.0200.0kPakPa，温度温度150150，流速，流速150.0 150.0 mm3 3s s1 1。合成气和剩合成气和剩 余反应物的混合物经管路（余反应物的混合物经管路（6 6）进入）进入2525的冷疑器（的冷疑器（condensercondenser），），冷凝物由管冷凝物由管 路（路（7 7）流出。在）流出。在B B中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经（中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经（6 6）进入）进入2525冷凝冷凝 器，甲醇冷凝后经管路（器，甲醇冷
7、凝后经管路（8 8）流出，其密度为）流出，其密度为0.7910.791g gmLmL1 1。 1 1 分别写出在步骤分别写出在步骤A A和步骤和步骤B B中所发生的化学反应的方程式。中所发生的化学反应的方程式。CHCH4 4（g g）+H+H2 2OO（g g）=CO=CO（g g）+3H+3H2 2（g g） COCO（g g）+2H+2H2 2（g g）=CH=CH3 3OHOH（g g） 2 2 假定：所有气体皆为理想气体，在步骤假定：所有气体皆为理想气体，在步骤A A和和B B中完全转化，气液在冷凝器中中完全转化，气液在冷凝器中 完全分离，计算经步骤完全分离，计算经步骤A A和步骤和步
8、骤B B后，在一秒钟内剩余物的量。后，在一秒钟内剩余物的量。n(n(CHCH4 4）= =（250.0250.010103 355.055.0）/ /（8.3148.314298298）=5.55=5.5510103 3（molmol）nH nH2 2O(g)=O(g)=（200.0200.010103 3150.0150.0）/ /（8.3148.314423423）=8.53=8.5310103 3（molmol）经步骤经步骤A A后在后在中过量的中过量的HH2 2OO（g g）=8.53=8.5310103 35.555.5510103 3=2.98=2.9810103 3molmol。
9、8 8上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录在步骤在步骤A A中生成的中生成的COCO和和HH2 2的摩尔比为的摩尔比为1:31:3，而在步骤，而在步骤B B中消耗的中消耗的COCO和和HH2 2的的 摩尔比为摩尔比为1:21:2，故经，故经步骤步骤B B后剩余的后剩余的HH2 2为为5.555.5510103 3molmol。 3 3 实际上，在步骤实际上，在步骤B B中中COCO的转化率只有三分之二。计算在管路的转化率只有三分之二。计算在管路中中COCO、HH2 2和和CHCH3 3OHOH的分压（总压强为的分压（总压强为10.010.0MPaMPa）。）。4 4 当甲醇反应器足够大，反
10、应达到平衡，计算平衡常数。当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，计算平衡常数。(?)(?)热力学平衡常数？9 9上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录标准生成自由能与非标准生成自由能的关系： 范托夫等温方程： fG = fG +RT lna 式中a为活度。对气体：a=p / p ；对溶液： a=c / c rGm= (n f Gm)产- (n f Gm)反对反应：a A + d D gG + h H等温等压下，推得：rG = rG +RT ln (aGg aHh/aAaaDd)式中： aGg aHh/aAaaDd = Q ：活度商 3.1.4 标准平衡常数1010上一页上一页下一页下一页本章目录
11、本章目录G =G +RT ln气体反应：a A + d D gG + h H等温等压下：反应达平衡时， G = 0：G = - RT ln G = - RT ln KK 称为标准平衡常数。1111上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录在稀溶液中进行的反应：同理，平衡时 G = 0，G = - RT ln KK 亦称为标准平衡常数。 1212上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录标准平衡常数K 的有关计算：解：查表 -300.4 - 370.4 kJ . mol 1G = 2(-370.4)2(-300.4)= -140 kJ . mol 1补充：求下列反应在25时的K.2SO2(g)+O2
12、(g) 2SO3(g)代入： G = - RT ln K（-140）1000 = -8.315298 lnK lnK = 46.41， K = 3.48 10241313上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例: 已知CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)在298K时 H =178 kJmol 1, S =161J/molK， 计 算在 298K时的标准平衡常数。解：298K时，根据 G = H - TS G = 178 - 29816110- 3 = 130 (kJ /mol)又根据 G = - RT ln K ln K = 1301000 / - 8.315298 = -42.47
13、K = 1.64 10-231414上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录3.2 化学平衡的移动3.2.1 浓度对平衡移动的影响a A + d B g G + h H影响平衡的因素有浓度、压力、温度。平衡时1515上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录1. 若增大反应物的浓度或减少产物的浓度,反应正向进行, 直到 Qc =Kc2. 若增大产物的浓度或减少反应物的浓度.反应逆向进行，直到 Qc = Kc1616上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例：合成氨的反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)平衡时： 若体系的总压力增大到原来的2倍, QPKP ， 反应逆向进行。直到 Q P= KP 止。1818上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录例：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 平衡时：无论增大总压力还是减小总压力： 增大体系的总压力，平衡向气体分子数减小的方向移动，反之，减小体系的总 压力，平衡向气体分子数增大的方向移动.1919上一页上一页下一页下一页本章目录本章目录因为G = - RT ln K G = H - T S 得：3.2.3 温度对化学平衡的影响2020上
