四章节化学平衡

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1、上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回第四章 化学平衡上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回第四章第四章 化学平衡化学平衡4.1 化学平衡的条件4.2 化学反应的平衡常数和等温方程式4.3 标准平衡常数与温度的关系4.4 影响平衡的其它因素4.5 平衡常数的测定和平衡转化率的计算4.6 化学平衡计算的应用上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回化学反应体系： 封闭的单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：各物质的变化量必须满足：根据反应进度的定义，可以得到：4.1 化学平衡的条件化学平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录

2、回主目录返回返回等温、等压条件下，当时：4.1 化学平衡的条件化学平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回这两个公式适用条件：（1）等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应；（2）反应过程中，各物质的化学势 保持不变。 公式（a)表示有限体系中发生微小的变化； 公式(b)表示在大量的体系中发生了反应进度等于1 mol的变化。这时各物质的浓度基本不变，化学势也保持不变。4.1 化学平衡的条件化学平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用 判断都是等效的。反应自发地向右进行反应自发地向左进行，不可能自发向右进行反应达到平衡4.1 化学平衡的条件化学

3、平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用 判断，这相当于 图上曲线的斜率，因为是微小变化，反应进度处于01 mol之间。反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应达到平衡4.1 化学平衡的条件化学平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.1 化学平衡的条件化学平衡的条件上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.2 化学反应的平衡常数和等温方程式化学反应的平衡常数和等温方程式4.2.1 范特荷夫等温方程式和标准平衡常数4.2.2 标准平衡常数的热力学计算4.2.3 复相化学平衡4.2.4 液态混合物和溶液中的

4、化学平衡上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回将化学势表示式代入的计算式，得：式中 为逸度，如果气体是理想气体，则 。4.2.1 范特荷夫等温方程式和标准平衡常数范特荷夫等温方程式和标准平衡常数 称为化学反应标准摩尔Gibbs 自由能变化值，只是温度的函数。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回化学反应等温方程式化学反应等温方程式有任意反应这就是化学反应等温方程式。 称为“逸度商”，可以通过各物质的逸度求算。 值也可以通过多种方法计算，从而可得 的值。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回用化学反应等温式判断反应方向用化学反应等温式判断反应

5、方向理想气体反应等温方程式反应向右自发进行反应向左自发进行反应达平衡液相反应等温方程式实际气体反应等温方程式化学反应等温方程的通式：统称为反应商所以上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回热力学平衡常数热力学平衡常数当体系达到平衡， ，则 称为热力学平衡常数，它仅是温度的函数。在数值上等于平衡时的“逸度商”，是量纲为1的量，单位为1。因为它与标准化学势有关，所以又称为标准平衡常数。即上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡常数与化学方程式的关系平衡常数与化学方程式的关系例如：（1）（2）下标 m 表示反应进度为 1 mol 时的标准Gibbs函数的变化值。显

6、然，化学反应方程中计量系数呈倍数关系， 的值也呈倍数关系，而 值则呈指数的关系。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回标准平衡常数的表示式标准平衡常数的表示式令：对于理想气体是标准平衡常数，单位为1是经验平衡常数，单位视具体情况而定上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数 反应达平衡时，用反应物和生成物的实际压力、摩尔分数或浓度代入计算，得到的平衡常数称为经验平衡常数，一般有单位。例如，对任意反应：1. 用压力表示的经验平衡常数当 时， 的单位为1。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数2.用摩

7、尔分数表示的平衡常数对理想气体，符合Dalton分压定律，Dalton上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数3用物质的量浓度表示的平衡常数对理想气体，上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回经验平衡常数经验平衡常数4液相反应用活度表示的平衡常数因为 ，则上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回计算任意反应在298.15 K时的4.2.2 标准平衡常数的热力学计算标准平衡常数的热力学计算1. 根据标准平衡常数的定义计算:在标准压力下，由稳定单质生成1 mol化合物时吉布斯函数的变化值，称为该化合物的标准生成吉布斯函数。通常

8、在298.15 K时的值有表可查。称为标准摩尔生成吉布斯函数（B）上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回(1) - (2) 得（3） 2.利用相关反应的平衡常数计算：例如，求 的平衡常数标准平衡常数的热力学计算标准平衡常数的热力学计算上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 有气相和凝聚相（液相、固体）共同参与的反应称为复相化学反应。什么叫复相化学反应？ 只考虑凝聚相是纯态的情况，纯态的化学势就是它的标准态化学势，所以复相反应的热力学平衡常数只与气态物质的压力有关。 某一反应达化学平衡时有4.2.3 复相化学平衡复相化学平衡上一内容上一内容下一内容下一内容回主

9、目录回主目录返回返回 在参与反应的 N 种物质中，有 n 种是气体，其余凝聚相处于纯态,则设所有气体为理想气体，代入其化学势表示式，有 令： 代入上式并整理，得：复相化学平衡的平衡常数复相化学平衡的平衡常数上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回对于凝聚相，设 所以复相化学反应的热力学平衡常数只与气态物质的压力有关，与凝聚相无关。，代入上式，合并可得复相化学平衡的平衡常数复相化学平衡的平衡常数上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回称为 的分解压。例如，有下述反应，并设气体为理想气体：该反应的经验平衡常数为 某固体物质发生解离反应时，所产生气体的压力，称为分解压

10、，显然这压力在定温下有定值。分解压分解压上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回 如果产生的气体不止一种，则所有气体压力的总和称为分解压。例如：分解压热力学平衡常数为：分解压分解压上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.2.4 液态混合物和溶液中反应的化学平衡液态混合物和溶液中反应的化学平衡（1） 在理想液态混合物中任一组分化学势为：对于非理想液态混合物，利用活度概念不是标准态化学势上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回当系统达平衡时忽略压力对液态系统的影响，得4.2.4 液态混合物和溶液中反应的化学平衡液态混合物和溶液中反应的化学平衡上一

11、内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回（2）在理想稀溶液中，溶质服从Henry定律：若对Henry定律发生偏差，得不是标准态化学势4.2.4 液态混合物和溶液中反应的化学平衡液态混合物和溶液中反应的化学平衡上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回如果溶质浓度用质量摩尔浓度表示，得：如果溶质浓度用物质的量浓度表示，得：4.2.4 液态混合物和溶液中反应的化学平衡液态混合物和溶液中反应的化学平衡显然，但是因为对数项中的数值也都不相等。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.3 温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响这是vant Hoff 等压方程

12、的微分式 根据Gibbs-Helmholtz方程，当反应物都处于标准状态时，有代入，得将上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响vant Hoff 公式的微分式对吸热反应，升高温度，增加，对正反应有利。对放热反应，升高温度，降低，对正反应不利。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响 这公式常用来从已知一个温度下的平衡常数求出另一温度下的平衡常数。若温度区间不大， 可视为常数，得定积分式为： 若 值与温度有关，则将关系式代入微分式进行积分，并利用表值求出积分常数。上一内容上一内容下一

13、内容下一内容回主目录回主目录返回返回温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响当理想气体用浓度表示时，因为 ，可以得到这个公式在气体反应动力学中有用处。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.4 影响平衡的其他因素影响平衡的其他因素 根据Le chatelier原理，增加压力，反应向体积减小的方向进行。这里可以用压力对平衡常数的影响从本质上对原理加以说明。对于理想气体，仅是温度的函数上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压力压力(或浓度或浓度)对化学平衡的影响对化学平衡的影响因为所以也仅是温度的函数。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压

14、力压力(或浓度或浓度)对化学平衡的影响对化学平衡的影响 与压力有关， ，气体分子数减少，加压，反应正向进行，反之亦然。对理想气体上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回压力压力(或浓度或浓度)对化学平衡的影响对化学平衡的影响 在压力不太大时，因 值不大，压力影响可以忽略不计。对凝聚相反应，体积增加，增加压力， 下降，对正向反应不利，反之亦然。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回惰性气体对化学平衡的影响惰性气体对化学平衡的影响 惰性气体不影响平衡常数值，当 不等于零时，加入惰性气体会影响平衡组成。 对于分子数增加的反应，加入水气或氮气，会使反应物转化率提高，使

15、产物的含量增加。 例如 ，增加惰性气体， 值增加，括号项下降。因为 为定值，则 项应增加，产物的含量会增加。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回4.5 化学平衡计算的应用化学平衡计算的应用 平衡常数的测定 平衡组成和平衡转化率的计算 同时平衡上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡常数的测定平衡常数的测定 （1）物理方法 直接测定与浓度或压力呈线性关系的物理量，如折光率、电导率、颜色、光的吸收、定量的色谱图谱和磁共振谱等，求出平衡的组成。这种方法不干扰体系的平衡状态。 （2）化学方法 用骤冷、抽去催化剂或冲稀等方法使反应停止，然后用化学分析的方法求出平衡

16、的组成。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回平衡转化率的计算平衡转化率的计算 平衡转化率又称为理论转化率，是达到平衡后，反应物转化为产物的百分数。 工业生产中称的转化率是指反应结束时，反应物转化为产物的百分数，因这时反应未必达到平衡，所以实际转化率往往小于平衡转化率。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回6.9 同时平衡同时平衡 在一个反应体系中，如果同时发生几个反应，当到达平衡态时，这种情况称为同时平衡。 在处理同时平衡的问题时，要考虑每个物质的数量在各个反应中的变化，并在各个平衡方程式中同一物质的数量应保持一致。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡例题：600 K时， 与 发生反应生成，继而又生成，同时存在两个平衡：已知在该温度下， 。今以等量的 和开始，求 的平衡转化率。上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡解：设开始时 和 的摩尔分数为1.0，到达平衡时，生成HCl的摩尔分数为x，生成 为y，则在平衡时各物的量为：上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录返回返回同时平衡同时平衡将两个方程联立，解得 。 的转化率为0.048或4.8 。因为两个反应的 都等于零，所以