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1、上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 第三章第三章 化学平衡和平衡移动原理化学平衡和平衡移动原理3.1化学平衡化学平衡3.2化学平衡的移动化学平衡的移动章总目录章总目录章总目录章总目录要求：平衡常数与转化率。利用平衡常数要求：平衡常数与转化率。利用平衡常数 的计算。的计算。1 1上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.1化学平衡化学平衡3.1.1可逆反应可逆反应在一定的条件下，既可向正反应方向在一定的条件下，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进行又能向逆反应方向进行的反应称为可逆可逆反应反应
2、。例：例：aA+dDgG+hH2 2上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.1.2化学平衡化学平衡 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而改变的状态称为化学平衡。化学平衡。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。3 3上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录平衡态的特点：平衡态的特点：1.v正正=v逆逆（动态）（动态）2.反应物和产物的浓度不再改变。反应物和产物的浓度不再改变。3.
3、化学平衡是有条件的平衡。化学平衡是有条件的平衡。4 4上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 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 = gG + hH3.1.3化学（经验）平衡常数化学（经验）平衡常数5 5上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例1（20062006）配制）配制KIKI（0.100mol0.100molL L-1 1）I I2 2的水溶液，用
4、的水溶液，用0.1000.100molmolL L-1 1NaNa2 2S S2 2O O3 3标准溶液测得标准溶液测得c(Ic(I3-+I+I2 2)=4.85)=4.851010-3 3 mol molL L-1 1。量取量取50.050.0mLmL KI-I KI-I2 2溶液和溶液和50.050.0mLCClmLCCl4 4置于分液漏斗中振荡达平衡，置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知分液后测知CClCCl4 4相中相中c(Ic(I2 2)=2.60)=2.601010-3 3 mol molL L1 1。已知实验温度下已知实验温度下CClCCl4 4从水溶液中萃取从水溶液中萃取I I
5、2 2的分配比为的分配比为85:185:1。求水溶液中求水溶液中I I2 2+I+I-= I= I3-的平的平衡常数。衡常数。【答：【答：先求先求c(Ic(I2 2) )：设萃取平衡时，水溶液中设萃取平衡时，水溶液中c(Ic(I2 2) )为为x x， c(I c(I2 2,CCl,CCl4 4)/c(I)/c(I2 2,H,H2 2O)=2.60O)=2.601010-3 3 mol molL L-1 1/ /x x=85=85 x x=2.60=2.601010-3 3 mol molL L-1 1/85=3.06/85=3.061010-5 5 mol molL L-1 1 水溶液中水溶
6、液中 I I2 2+I+I-=I=I3 3- 平衡浓度（平衡浓度（molmolL L1 1） I I2 2：3.063.061010-5 5；I I3 3：(4.85(4.852.60)2.60)10103 33.063.061010-5 5=2.22=2.221010-3 3 I I：0.1000.1002.222.2210103 3=0.098 =0.098 K=2.22K=2.221010 3/(0.098/(0.0983.063.061010 5 5)=7.4)=7.410102 2 L Lmolmol-1 1 】讨论：未考虑萃取对平衡的影响？平衡移动不影响讨论：未考虑萃取对平衡的影响
7、？平衡移动不影响c(Ic(I3-+I+I2 2) )。6 6上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例2 2（2006试题）试题）下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，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应在不同条件下进行的异构化反应在不同条件下进行的异构化反应在不同条件下进行的异构化反应 X XY Y 的进程图解。图中的的进程图解。图中的的进程图解。图中的的进程图解。图中的“ ”“ ”是是是是X X，“ ”“ ”是是是是Y Y。 A B C
8、 D A B C D 1 1 图中的纵坐标表示图中的纵坐标表示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（填入物理量，下同）；横坐标表（填入物理量，下同）；横坐标表 示示示示 。 X和和Y的摩尔百分数。的摩尔百分数。 2 2 平衡常数平衡常数平衡常数平衡常数K K 最小的图是最小的图是最小的图是最小的图是 。A A 3 3 平衡常数平衡常数平衡常数平衡常数K K最大的图是最大的图是最大的图是最大的图是 。B B 4 4 平衡常数平衡常数平衡常数平衡常数K K = 1= 1的图是的图是的图是的图是 。C C7 7上一页上一页上一页上一页下一页下
9、一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例例例3 3 3 3（20062006）有人设计了如下甲醇（）有人设计了如下甲醇（）有人设计了如下甲醇（）有人设计了如下甲醇（methanolmethanol）合成工艺：合成工艺：合成工艺：合成工艺： 其中，（其中，（其中，（其中，（1 1）为甲烷气源，压强）为甲烷气源，压强）为甲烷气源，压强）为甲烷气源，压强250.0250.0kPakPa，温度温度温度温度2525，流速，流速，流速，流速55.055.0mm3 3s s1 1。（2 2）为水蒸气源，压强为水蒸气源，压强为水蒸气源，压强为水蒸气源，压强200.0200.0kPakPa，温度温度
10、温度温度150150，流速，流速，流速，流速150.0150.0mm3 3s s1 1。合成气合成气合成气合成气和剩余反应物的混合物经管路（和剩余反应物的混合物经管路（和剩余反应物的混合物经管路（和剩余反应物的混合物经管路（6 6）进入）进入）进入）进入2525的冷疑器（的冷疑器（的冷疑器（的冷疑器（condensercondenser），），），），冷凝物冷凝物冷凝物冷凝物由管路（由管路（由管路（由管路（7 7）流出。在）流出。在）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（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
11、物经（6 6 6 6）进入）进入）进入）进入2525冷凝器，甲醇冷凝后经管路（冷凝器，甲醇冷凝后经管路（冷凝器，甲醇冷凝后经管路（冷凝器，甲醇冷凝后经管路（8 8 8 8）流出，其密度为）流出，其密度为）流出，其密度为）流出，其密度为0.7910.791g gmLmL1 1。11分别写出在步骤分别写出在步骤分别写出在步骤分别写出在步骤A A和步骤和步骤和步骤和步骤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。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
12、g）+2H+2H2 2（g g）=CH=CH3 3OHOH（g g）22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和步骤和步骤和步骤和步骤B B后，在一秒钟内剩余物的量。后，在一秒钟内剩余物的量。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
13、.010103 355.055.0）/ /（8.3148.314298298）=5.55=5.5510103 3（molmol）nHnH2 2O(g)=O(g)=（200.0200.010103 3150.0150.0）/ /（8.3148.314423423）=8.53=8.5310103 3（molmol） 经步骤经步骤经步骤经步骤A A后在后在后在后在中过量的中过量的中过量的中过量的HH2 2OO（g g）=8.53=8.5310103 35.555.5510103 3=2.98=2.9810103 3molmol。8 8上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本
14、章目录本章目录在步骤在步骤在步骤在步骤A A中生成的中生成的中生成的中生成的COCO和和和和HH2 2的摩尔比为的摩尔比为的摩尔比为的摩尔比为1:31:3，而在步骤，而在步骤，而在步骤，而在步骤B B中消耗的中消耗的中消耗的中消耗的COCO和和和和HH2 2的的的的摩尔比为摩尔比为摩尔比为摩尔比为1:21:2，故经，故经，故经，故经步骤步骤步骤步骤B B后剩余的后剩余的后剩余的后剩余的HH2 2为为为为5.555.5510103 3molmol。3 3 3 3 实际上，在步骤实际上，在步骤实际上，在步骤实际上，在步骤B B中中中中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
15、算在管路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。计算在管路中中中中COCO、HH2 2和和和和CHCH3 3OHOH的分压（总压强为的分压（总压强为的分压（总压强为的分压（总压强为10.010.0MPaMPa）。）。）。）。44当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，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。当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，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？热力学平衡常数？9 9上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 标准生成自由能与非标准
16、生成自由能的关系：标准生成自由能与非标准生成自由能的关系：标准生成自由能与非标准生成自由能的关系：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：范托夫等温方程： fG = fG +RT lna 式中式中式中式中a a a a为活度。对气体：为活度。对气体：为活度。对气体：为活度。对气体：a=p / p a=p / p a=p / p a=p / p ； 对溶液：对溶液： a=c / c a=c / c a=c / c a=c / c rGm= (n f Gm)产产- (n f Gm)反反对反应：对反应：aA+dDgG+hH等温等压下，推得：等温等压下，推得：rG = rG +RT
17、ln (aGg aHh/aAaaDd) 式中：式中： aGg aHh/aAaaDd = Q ：活度商活度商 3.1.4 3.1.4 标准平衡常数标准平衡常数1010上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录G=G +RTln气体反应气体反应：aA+dDgG+hH等温等压下：等温等压下：反应达平衡时，反应达平衡时，G=0：G =-RTln G =-RTlnKK称为标准平衡常数。称为标准平衡常数。1111上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录在稀溶液中进行的反应：在稀溶液中进行的反应：同理，同理，平衡时平衡时G=0，
18、G =-RTlnKK亦称为标准平衡常数。亦称为标准平衡常数。1212上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录标准平衡常数标准平衡常数K的有关计算：的有关计算：解：解：查表查表-300.4-370.4kJ.mol1G=2(-370.4)2(-300.4)=-140kJ.mol1补充：补充：求下列反应在求下列反应在25时的时的K.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)代入：代入：G=-RTlnK（-140）1000=-8.315298lnKlnK=46.41，K=3.4810241313上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目
19、录本章目录例例:已知已知CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在在298K时时H=178kJmol1,S=161J/molK，计计算在算在298K时的标准平衡常数。时的标准平衡常数。解：解：298K时，根据时，根据G=H-TSG=178-29816110-3=130(kJ/mol)又根据又根据G=-RTlnKlnK=1301000/-8.315298=-42.47K=1.6410-231414上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.2化学平衡的移动化学平衡的移动3.2.1浓度对平衡移动的影响浓度对平衡移动的影响aA+dBgG+hH影响平衡的因素有
20、浓度、压力、温度。影响平衡的因素有浓度、压力、温度。平衡时平衡时1515上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录1.若增大反应物的浓度或减少产物的浓度若增大反应物的浓度或减少产物的浓度,反应正向进行反应正向进行,直到直到Qc=Kc2.若增大产物的浓度或减少反应物的浓度若增大产物的浓度或减少反应物的浓度.反应逆向进行，直到反应逆向进行，直到Qc=Kc1616上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例：例：合成氨的反应：合成氨的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时：平衡时： 若体系的总压力增大到原来的若体
21、系的总压力增大到原来的2倍倍,QP KP ， 反应逆向进行。反应逆向进行。直到直到QP= = KP止。止。1818上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例：例：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)平衡时：平衡时：无论增大总压力还是减小总压力：无论增大总压力还是减小总压力： 增大体系的总压力，平衡向增大体系的总压力，平衡向气体分子气体分子数减小数减小的方向移动，反之，减小体系的总的方向移动，反之，减小体系的总压力，平衡向压力，平衡向气体分子数增大气体分子数增大的方向移动的方向移动. .1919上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本
22、章目录本章目录本章目录本章目录因为因为G =- -RTlnKG =H-TS得：得：3.2.3温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响2020上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录- K2HT2T1ln=()K1RT1T2设设 T1、T2的平衡常数分别为的平衡常数分别为K1、K2，2121上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录分析：分析：1 1、吸热反应，吸热反应，H0,升高温度时等式右升高温度时等式右边为正值，说明边为正值，说明K2K1，降温，降温K2K1. K2HT2T1ln=()K1RT1T22、放热反应，
23、放热反应，H0,升高温度时等式右升高温度时等式右边为负值，说明边为负值，说明K2K1.2222上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录结论：结论：在其它条件不变时，升温平衡在其它条件不变时，升温平衡向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反向吸热反应方向移动，降温平衡向放热反应方向移动。应方向移动。吕查德里原理（平衡移动原理）：吕查德里原理（平衡移动原理）：对平对平衡体系施加外力，平衡将沿着减少此外力的衡体系施加外力，平衡将沿着减少此外力的方向移动。方向移动。2323上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.2.4催化
24、剂与化学平衡催化剂与化学平衡催化剂使正逆反应速度增大的倍数相催化剂使正逆反应速度增大的倍数相同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而同，因此它只能缩短到达平衡的时间，而不能使平衡发生移动。不能使平衡发生移动。2424上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例（1994）在在等等温温等等容容条条件件下下，某某气气体体反反应应aA（g）bB（g）= =gCgC（g）hD（g），达达平平衡衡。现现考考虑虑达达平平衡衡的的两两条条途途径径和和：A、B起始时的物质量分别为起始时的物质量分别为a摩，摩，b摩摩, ,：A、B起始时的物质量分别为起始时的物质量分别为2a摩
25、，摩，2b摩摩论问，当论问，当abgh时，两条途径最终实现的平衡态是否相时，两条途径最终实现的平衡态是否相 同？为什么？同？为什么？ 【不相同（略）】【不相同（略）】例例（1995）某某密密闭闭容容器器中中放放入入一一定定量量的的NO2，发发生生反反应应2NO2=N2O4Q，达达平平衡衡后后，若若分分别别单单独独改改变变下下列列条条件件，重重新新达到平衡后，能使混和气体平均分子量增大的是达到平衡后，能使混和气体平均分子量增大的是(C)。A通入通入N2,B通入通入NO2,C通入通入N2O4,D升高温度升高温度2525上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录
26、例例（1989）1写出写出Fe（）和和I在溶液中的反应现象和反应方程式。在溶液中的反应现象和反应方程式。2有足量有足量F时，时，Fe（）不和不和I反应。请说出原因。反应。请说出原因。3往往1的溶液中加足量的溶液中加足量F，有什么现象？原因何在。有什么现象？原因何在。4在在足足量量2mol/dm3HCl溶溶液液中中加加Fe（）、I、F。请请说说出出反反应现象，它可能和实验应现象，它可能和实验2的现象有何不同？的现象有何不同？【答答12Fe32I（或或3I）2Fe2I2（或或I3）棕色溶液。棕色溶液。2Fe3、和和F配合使配合使Fe3浓度降低。浓度降低。3因因F和和Fe3（残余）配合，使平衡向在移
27、动。棕色变浅。残余）配合，使平衡向在移动。棕色变浅。4因因F和和H生生成成HF，使使F的的浓浓度度降降低低，一一定定程程度度上上不不利利于于Fe3和和F的的配配合合。因因此此，有有少少量量Fe3将将与与I发发生生反反应应，即即可可能能出出现现浅浅的黄棕色。】的黄棕色。】2626上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例（2000）今今年年是是勒勒沙沙特特列列（LeChatelier18501936）诞诞生生150周周年年。请请用用勒勒沙沙特特列列原原理理解解释释如如下下生生活活中中的的常常见见现现象象：打打开开冰冰镇镇啤啤酒酒瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立
28、即泛起大量泡沫。瓶把啤酒倒入玻璃杯，杯中立即泛起大量泡沫。【答答：（1）啤啤酒酒瓶瓶中中二二氧氧化化碳碳气气体体与与啤啤酒酒中中溶溶解解的的二二氧氧化化碳碳达达到到平衡：平衡： CO2(气气)=CO2(溶液溶液)+Q 打打开开啤啤酒酒瓶瓶，二二氧氧化化碳碳气气体体的的压压力力下下降降，平平衡衡向向放放出出二二氧氧化化碳碳气体的方向移动。气体的方向移动。（2）玻玻璃璃杯杯的的温温度度比比冰冰镇镇啤啤酒酒的的温温度度高高，平平衡衡应应向向减减弱弱温温度度升升高高的的方方向向移移动动，即即向向吸吸热热方方向向移移动动，因因而而，应应从从溶溶液液中中放放出出二二氧氧化化碳碳气体。气体。2727上一页上
29、一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例例（2002）Xe和和F2反反应应，可可得得三三种种氟氟化化物物，视视反反应应条条件件而而定定。下下图图表表述述的的是是将将0.125mol/LXe和和1.225mol/LF2为为始始态态得得到到的的生生成成物物在在平衡体系内的分压与反应温度的关系。平衡体系内的分压与反应温度的关系。101应在什么温度下制备应在什么温度下制备XeF6和和XeF4？约约550K约约850K。102Xe和和F2生成生成XeF6和和XeF4，哪个反应放热更多？哪个反应放热更多？生成生成XeF6的反应放热更多。理由：的反应放热更多。理由： Xe2 2F2+Q1XeF4Xe3 3F2+Q2XeF6XeF4F2XeF6+Q103为为有有效效地地制制备备XeF2，应应在在什什么么反反应应条条件件下下为为好好？简简述述理理由。由。在上图条件下必须在高温下才能制在上图条件下必须在高温下才能制备备XeF2,但高温要求的技术问题太多，但高温要求的技术问题太多，因而，应降低投料中因而，应降低投料中F2/Xe的比值，的比值，可有效制备可有效制备XeF2。2828上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录2929
