无机化学之化学平衡原理.ppt

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1、第5章Chapter5PrincipleofChemicalEquilibrium化学平衡原理本章教学内容5.1化学平衡与标准平衡常数5.2标准平衡常数的应用5.3化学平衡的移动5.1.1化学平衡的基本特征5.1.2吉布斯自由能与化学平衡—化学反应等温方程式5.1.3标准平衡常数5.1.4多重平衡5.1化学平衡与标准平衡常数5.1.1化学平衡的基本特征通常，化学反应都具有可逆性。当然，有些化学反应几乎能进行到底，如氯酸钾的分解、放射性元素的蜕变、氧与氢的爆炸式反应等，这些反应称为不可逆反应。绝大多数化学反应都是不能进行到底的反应，也就是可逆反应。只是

2、不同的反应，其可逆程度不同而已。在一定条件下，一个反应一般既可按反应方程式从左向右进行，又可以从右向左进行，这便叫做化学反应的可逆性。H2(g)+I2(g)2HI(g)正逆在同一条件下，既可以正向进行又能逆向进行的反应，被称为可逆反应。可逆反应(reversiblereaction)反应的可逆性是化学反应的普遍特征，只是不同的反应，其可逆程度不同而已。可逆反应的进行，必然导致化学平衡状态的出现。化学平衡(chemicalequilibrium)在一定条件(T、p、c)下，当正反两个方向的反应速率相等时，反应物和产物的浓度不再随时间而变的状态，被称为化

3、学平衡。一定条件下，平衡状态将体现该反应条件下化学反应所能达到的最大限度。处于热力学平衡态的物质之浓度或分压称为平衡浓度或平衡分压。化学平衡是相对的、有条件的。一旦维持平衡的条件发生了变化，体系的宏观性质和物质的组成都将发生变化。原有的平衡将被破坏，平衡发生移动，直至建立新的平衡。只要外界条件不变，这个状态就不再随时间而变，但外界条件一旦改变，平衡状态就将变化。平衡状态从宏观上看似乎是静止的，但实际上是一种微观动态平衡：r正=r逆5.1.2吉布斯自由能与化学平衡——化学反应等温方程式△rGm(T)只可以判断标准态下化学反应自发进行的方向。实际应用中反

4、应混合物很少处于相应的标准状态。化学反应的真正推动力是任意状态的摩尔吉布斯自由能变△rGm(T)，即△rGm(T)判据。那么某一反应在温度T时，任意状态的△rGm(T)与标准状态的△rGm(T)之间的关系如何呢？我们用化学反应等温式（即范特霍夫等温式）来描述。化学反应等温式(reactionisotherm)mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)以理想气体的反应为例，对于反应：或记作：其中pB/p为任意状态的相对压力，即相对于标准状态（p=100kPa）的压力。则化学反应等温式为：1(1)式可简写为：其中分压项p已是隐含着除以p的相对压力了，

5、今后如不特别说明，均写作相对压力，在计算时需注意。2则(2)式可化为：(3)式也称范特霍夫(van’tHoff)等温式。3定义反应商J为：J=pCppDqpAmpBnJ当反应达到平衡时，反应的吉布斯自由能变△rGT,P=0，此时反应物和产物的浓度或分压为平衡浓度或平衡分压，不再随时间变化，这也就是化学反应的限度。对任意一可逆的化学反应aA+dDeE+fF，其非标准态下吉布斯自由能变△rGm可用化学反应等温方程式计算：△rGT,P=△rGT+RTlnJ此时的反应商J，即为标准平衡常数，也称热力学平衡常数，用符号K表示。5.1.3标准平衡常数(stand

6、ardequilibriumconstant)在同一化学反应中，K的表达式与反应商J的表达式相同，只是K的表达式中cA、cD或pA、pD和cE、cF或pE、pF分别表示反应物和产物的平衡浓度或平衡分压；而反应商J的表达式中则分别表示瞬时浓度或瞬时分压。若体系处于平衡状态，则△rGm(T)＝0，将反应达到平衡时的反应商J，即K代入反应等温式，得：0=△rGT+RTlnK故：△rGT=–RTlnK此式是由△rGm计算化学反应标准平衡常数K的公式。如:多相反应Zn(s)+2H＋(aq)=Zn2＋(aq)+H2(g)，其标准平衡常数K的表达式为：K=c平(Z

7、n2+)cp平(H2)pc平(H+)c2标准平衡常数K与温度有关，与浓度或分压无关。对参加反应的纯固体、纯液体或稀溶液中的溶剂，其浓度可认为在反应过程中不发生变化，可看作常数，通常不出现在平衡常数表达式中。标准平衡常数的数值及标准平衡常数的表达式与化学反应方程式的写法有关。在温度相同时，K1和K2的数值不一样，两者之间的关系为K1=(K2)2。如合成氨的反应式为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)则平衡常数为：K1=p平(NH3)p2p平(N2)pp平(H2)p3若反应式写成：1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)则平衡常数为：K2=p平

8、(NH3)pp平(N2)pp平(H2)p3/21/25.1.4多重平衡在指定条件下，一个反应体系中的某一种（