化学平衡en-03-25.pptx

Part1ReversibilityofChemicalReactionsandChemicalEquilibrium1.1ReversibilityofchemicalreactionsReversibility of reactions means thatreactionscanproceedinboththeforwardandthereversedirectionatthesametime.Almost all of the chemical reactions arereversible,but reversible degrees differgreatly.1.1.1irreversiblereactions；Chemicalreactionswhichproceedtocompletioninone direction only are known asirreversiblereactions.2KClO32KCl+3O2MnO2 1.1.2reversiblereactions；Reactionsthatproceedinboththeforwardandthereversedirectionspontaneously,willachieve a state of kinetic equilibrium if leftdisturbed.CO+H2OCO2+H2Indicatingthatthereactionisreversible.正反应正反应：forwardreaction逆反应逆反应：reversereaction1.2化学平衡化学平衡，chemicalequilibriumAllreversiblereactionswillachievechemicalequilibriumifleftundisturbedforalongenoughperiodoftime.reactionratetchemicalequilibriumFRFRCO+H2OCO2+H2Characteristicsofchemicalequilibrium：i.化学平衡是化学平衡是动态平衡动态平衡，kineticequilibrium；Concentrations,正正逆逆0。ii.一定温度下，平衡状态体现出该反应条件下，化一定温度下，平衡状态体现出该反应条件下，化学反应可以完成的最大程度学反应可以完成的最大程度；ChemicalequilibriumThemaximumextentofreactioniii.iii.化学平衡是暂时的、有条件的、相对的。化学平衡是暂时的、有条件的、相对的。Ifconditionsarealtered,causinganimbalance of forward and reverse rates,therates of those processes change in order toachieveanewstateofbalance.二、二、平平 衡衡 常常 数数Part2EquilibriumConstant2.1Experimentsequilibriumconstant2.1.1.浓度平衡常数浓度平衡常数（KC）和压力平衡常数和压力平衡常数（KP）Concentrationconstantatequilibrium,KCPressureconstantatequilibrium,KP研究平衡时各物质浓度间的定量关系。研究平衡时各物质浓度间的定量关系。Depictingthequantitativerelationshipbetweenconcentrations of the reactants and products at equilibriuminanyreaction.GettingfromobservationsofmanychemicalreactionsDespitethedifferentinitialconcentration,theequilibriumcompositionisdifferent,butCinitial/moldm3CEquilibrium/moldm3CO2H2COH2OCO2H2COH2O0.010.01000.0040.0040.0060.0062.30.010.02000.00220.01220.00780.00782.30.010.010.0010 0.00410.00410.00690.00592.4000.020.020.00820.00820.01180.01182.11234CO2+H2CO+H2OExamplesBriefsummery:Atconstanttemperature,regardlessoftheprocessdirection,theequilibriumconcentrationratiosofreactant(s)to product(s)are found to beindependentoftheinitialamountsofreactantsandproducts.在在恒恒温温下下，可可逆逆反反应应无无论论从从正正反反应应开开始始，还还是是从从逆逆反反应应开开始始，最最后后达达到到平平衡衡时时，尽尽管管每每种种物物质质的的浓浓度度在在各各个个体体系系中中并并不不一一致致，但但生生成成物物平平衡衡浓浓度度的的乘乘积积与与反反应应物物平衡浓度的乘积之比却是一个恒定值。平衡浓度的乘积之比却是一个恒定值。aA+bB+cC+f F+gG+hH+K 实验平衡常数实验平衡常数TheexperimentequilibriumconstantUnit：moldm-3(g+h+f)(a+b+c)When(g+h+f)=(a+b+c),nounit.A,B,1.Forreactantsinsolution:Concentrationsinmolesperlitersolongasthesolutionsarenottooconcentrated.1.Forgases:Pressures.2.ForapureliquidorsolidphaseX:Unity.Xcanbeomittedfromtheexpressionfortheequilibriumconstant.ThethermodynamicactivitiesRepresentgas-phasereactionaA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g)压力平衡常数压力平衡常数，KPPressureconstantatequilibrium浓度平衡常数浓度平衡常数，KCConcentrationconstantatequilibrium对于气相反应，既有对于气相反应，既有KC，也有也有KP，表达的是表达的是同一平衡态，但数值可以不同。同一平衡态，但数值可以不同。KC和和 KP 之间可以相互换算，相关的式子有：之间可以相互换算，相关的式子有：PV=nRT P=(n/V)RTP=CRT KP=KC(RT)n换算时，要注意各物理量的单位换算时，要注意各物理量的单位。Note2.1.2.somenotesoftheequilibriumconstantexpressionsa.平衡常数表达式需与反应方程式相对应平衡常数表达式需与反应方程式相对应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=1.60 10 51/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87 10 2K1 K2，K1=K22方程式的配平系数扩大方程式的配平系数扩大n倍时，平衡常数将变为倍时，平衡常数将变为Kn。Noteb.稀溶液中溶剂参与的反应，溶剂（水）的浓度在稀溶液中溶剂参与的反应，溶剂（水）的浓度在平衡常数表达式中不表示；但如果水作为反应物平衡常数表达式中不表示；但如果水作为反应物或生成物的一个组分，则要写入平衡常数表达式或生成物的一个组分，则要写入平衡常数表达式中。中。Cr2O72(aq)+H2O(l)2CrO42(aq)+2H+(aq)CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l)c.纯固体与纯液体在平衡常数表达式中不出现；纯固体与纯液体在平衡常数表达式中不出现；CaCO3(s)CaO+CO22NOBr(g)2NO(g)+Br2(l)d.在平衡表达式中各物质的浓度或分压力，都是指在平衡表达式中各物质的浓度或分压力，都是指平衡时的浓度或分压力，且反应物的浓度或分压平衡时的浓度或分压力，且反应物的浓度或分压力要写在分母上，生成物的要写在分子上；力要写在分母上，生成物的要写在分子上；e.逆反应的平衡常数与正反应的平衡常数互为倒数逆反应的平衡常数与正反应的平衡常数互为倒数。正反应正反应aAbB逆反应逆反应bBaA2.2标准平衡常数标准平衡常数K Standardequilibriumconstant,K 相对浓度相对浓度，relativeconcentration相对分压相对分压，relativepartialpressureQuantitieswithoutunits(1)aA(aq)+bB(aq)gG(aq)+hH(aq)SubstitutingtherelativeconcentrationintoKC:(2)aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g)SubstitutingtherelativepartialpressureintoKP:KP,KC Standardequilibriumconstant(3)对对于于复复相相反反应应，纯纯固固相相、液液相相和和水水溶溶液液中中大大量量的的水水可可认认为为xi1，除除以以其其标标准准状状态态xi1，比比值值为为1，故这些物质不列入标准平衡常数的表达式中，故这些物质不列入标准平衡常数的表达式中。CaCO3(s)CaO+CO2(4)对对液液相相，气气相相或或复复相相反反应应，其其标标准准平平衡衡常常数数均均为为无量纲单位无量纲单位。For all kinds of reactions,their standardequilibriumconstantshavenounits.(5)液相反应的液相反应的KC与其与其KC 在数值上相等，而在数值上相等，而气相反气相反应的应的KP与其与其KP 的数值一般不相等的数值一般不相等。A(g)2B(g)，平衡时，平衡时PA=PB=1.00105Pa，求，求KP。解：解：Examples2.3Multipleequilibriumanditsapplication多重平衡多重平衡，multipleequilibrium:Ifseveralreactioniscarriedoutinthesamesystem,theyareinequilibrium,thepartial pressure or concentration of thevarious substances in the system mustmeetseveralbalanced.(1)C(Graphite)+O2(g)CO2 rG1=-394.38KJmol-1(2)C(Graphite)+O2(g)CO(g)+1/2O2(g)rG2=-137.27KJmol-1(3)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)rG3=-257.11KJmol-1Inthissystem：O2meetthethreebalanceatthesametime；CO2meetthebalance（1）and（3）；）；COmeetthebalance（2）and（3）。）。ExamplesEachsubstanceinonesystem,onlyoneconcentrationorpartialpressure.TheexpressionsofK：(1)=(2)+(3)rG1=rG2+rG3 RTlnK1=RTlnK1+(RTlnK3)lnK1=lnK1+lnK3 HessslawK1=K2 K3 K1=K2K3theruleofmultipleequilibrium：多重平衡规则多重平衡规则 Ifareactioncanbeexpressed asthesumoftwo or more reactions,K for the overallreaction is equal to the PRODUCT of theequilibriumconstantsfortheindividualReactions.在在多多重重平平衡衡体体系系中中，如如果果一一个个反反应应由由另另外外两两个个或或多多个个反反应应相相加加（减减）得得到到，则则该该反反应应的的平平衡常数等于这两个或多个平衡常数的乘积衡常数等于这两个或多个平衡常数的乘积（商商）。2.4转化率转化率percentconversionPercentofthereactionwasconvertedtotheproduct：H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)Initial：0.020.0200mol/LEquilibrium:0.0050.0050.0150.015mol/Lchange：0.0150.015mol/LPart3LeChateliersprincipleTheShiftofChemicalEquilibrium：平衡移动平衡移动The major factors that can disturb a chemicalequilibriumareachangeinreactantorproductconcentrationandachangeintemperature.因因外外界界条条件件的的改改变变，使使可可逆逆反反应应从从一一种种平平衡衡状状态态转变到另一种平衡状态的过程。转变到另一种平衡状态的过程。影响平衡移动的因素有浓度、压力和温度等影响平衡移动的因素有浓度、压力和温度等。3.1浓度对化学平衡的影响浓度对化学平衡的影响Effectofconcentrationsonchemicalequilibrium反反应应速速率率反应时间反应时间原平衡原平衡aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g)Atequilibrium,Reactants平衡被破坏，平衡被破坏，正正逆逆ABA、B点：反应正向进行点：反应正向进行逆逆正正生成物生成物,反应物反应物;正正,逆逆QC,正正逆逆新平衡新平衡正正=逆逆C增增大大反反应应物物浓浓度度或或降降低低生生成成物物浓浓度度，QC减减少少，QC KC，rG 0，平衡向正反应方向进行平衡向正反应方向进行。Forareactionatequilibrium,increasingtheconcentrationofanyorallofthereactantswillcause formation of additional product(s)andshifttheequilibriumtotheright.Reactants,QC,QC KC,rG KC，rG 0，平衡向逆反应方向进行平衡向逆反应方向进行。For a reaction at equilibrium,increasing theconcentration of product(s)will cause anincreaseintheamountofreactant(s)andshifttheequilibriumtotheleft.Reactants,QC,QC KC,rG 0,equilibriumleft,Products.Q=K，化学反应处于平衡状态化学反应处于平衡状态；QK，反应向逆向进行反应向逆向进行，至，至Q=K为止。为止。浓度对化学平衡的影响：浓度对化学平衡的影响：在平衡体系中，增大（或减小）其中某物质的在平衡体系中，增大（或减小）其中某物质的浓度，平衡就向减小（或增大）该物质浓度的方向浓度，平衡就向减小（或增大）该物质浓度的方向移动。移动。Theequilibriumwillshiftinthedirectionindicatedbelowinresponsetochangesinconcentrations.ReactantsproductsIncreasedreactantsincreasedproducts3.2压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响Effectofpressureonchemicalequilibrium1.压力对固相或液相的平衡没有影响；压力对固相或液相的平衡没有影响；2.压压力力改改变变，气气体体浓浓度度改改变变，因因此此压压力力改改变变对对平平衡衡的的影响与浓度对平衡的影响类似。影响与浓度对平衡的影响类似。In chemical equilibria containing one ormoregases,achangeinvolumeisequivalenttoachangeinconcentrationofthegas(es).N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Atequilibrium:pressuretwiceEquilibriumright，PReactants，PProductsAnewequilibriumCO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Equilibrium3.3温度对化学平衡的影响温度对化学平衡的影响Effectsoftemperatureonthechemicalequilibrium压力与浓度压力与浓度：改变改变平衡点平衡点，positionofequilibrium；温度温度：改变平衡常数改变平衡常数。IfthevalueoftheequilibriumconstantisknowntobeK1 atT1andK2 atT2：在一定温度在一定温度内变化不大内变化不大Itcanbeseenthat:The equilibrium constant for a reactiondependsontemperature.Thatdependenceisdetermined by rHm.This way allows us tocalculate rHm if we can measure theequilibriumconstantattwodifferenttemperature.吸热反应吸热反应：rHm 0，T2T1，K2 K1，升升高高温温度度平平衡向正反应（吸热）方向移动衡向正反应（吸热）方向移动；For endothermic reactions,an increase inthe temperature of the system causes anincrease in the amount of product(s),adecreaseintheamountofreactant(s),andanincreaseinK.T，products，reactants，KEquilibriumright放热反应放热反应：rHm 0，T2T1，K2 0是吸热反应，是吸热反应，T升高，升高，K增大，转化率增加。增大，转化率增加。Examples对反应对反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)fH/kJmol-100 46.19 rHm=46.19 2=92.38kJmol-10放热反应，放热反应，T升高，升高，K减小，转化率降低。减小，转化率降低。