文档介绍：§3-3 化学反应的限度——化学平衡
一、化学平衡
二、化学反应等温方程式
三、化学平衡的移动
一、化学平衡
当反应达到化学平衡时,反应物和生成物的浓度都不再随时间而改变;
实验证明,化学平衡是一个动态平衡,即反应达到平衡后,反应并没有停止进行,只不过正反应的速率恰好等于逆反应的速率而已。
化学平衡是相对的和暂时的,在一定条件处于平衡的体系,改变条件,平衡可能会被破坏,使体系中物质的浓度发生改变,直到建立新的平衡为止。
N2O4
E
但当反应到E点,则不管反应向左还是向右进行,体系的自由能G都会增加,而使反应不能自发进行。E点所处的状态我们称之为化学平衡状态。
对反应 2NO2(g) = N2O4(g),反应可以从左到右自发进行,也可以从右到左自发进行。但无论反应向哪个方向进行,体系的自由能G都会不断减少。如图所示。
化学平衡
反应完成的百分数%
自
由
能
G
NO2
可逆反应
大多数化学反应都具有可逆性,称为可逆反应。当可逆反应达到平衡时,反应的程度可以用转化率的大小表示。
反应物的起始浓度-反应物的平衡浓度
α= —————————————————×100%
反应物的起始浓度
例如:
KClO3(s)加热分解为KCl(s)和O2(g) ,转化率=100%
反应CO(g)+H2O(g) =CO2(g)+H2(g)在1073K下,无论从1molCO(g)+1molH2O(g)反应还是从1molCO2(g)+1molH2(g)反应,转化率均为50%。
弱酸、难溶盐的离解,转化率(也称为离解度)更小。
通常将离解度小于5%的酸称为弱酸。
2、化学平衡常数
实验证明,可逆反应 aA+dD=gG+hH
平衡时,各物质平衡浓度之间具有如下关系:
Kc或Kp称为实验平衡常数。
(1)实验平衡常数
实验平衡常数Kc与Kp
由实验总结得出,需根据反应方程式书写实验平衡常数式。
关于Kc与Kp
只能用平衡浓度或分压代入计算;
与起始浓度无关;(这一点是与转化率不同之处)
与温度有关;
平衡常数数值越大,表示反应进行的程度越大;
-1为单位代入;
分压以Pa或kPa为单位代入;
纯固体和纯液体不代入;
反应方程式不同,平衡常数的数值和量纲均不同。
对于气体反应,Kc与Kp可以换算
(2)标准平衡常数
从化学热力学可以导出一个与实验平衡常数相类似常数,称为标准平衡常数,用K表示。并对平衡常数只与温度有关这一事实进行解释。
根据范特霍夫等温式:
在等温等压下,反应达到平衡时:
当温度一定时, △rGm一定,则Q平衡为常数,只与温度有关,用 K(T)表示,称为标准平衡常数或称热力学平衡常数。
溶液中的反应
标准平衡常数表达式
气体反应
多相反应
标准平衡常数K
由化学热力学推导得出,与起始浓度无关,与温度有关;
根据反应方程式书写标准平衡常数式;
可与实验平衡常数进行换算;
K越大,表示反应进行的程度越大;
只能用平衡浓度或分压代入;
-1为单位代入,c=-1;
分压以Pa或kPa为单位代入,p=105Pa=100kPa;
纯固体和纯液体不代入;
量纲为1。
在今后的章节中,均使用标准平衡常数K。
例:写出下列反应的标准平衡常数表达式。
CaCO3(s)=CaO(s)+O2(g)
HAc(aq)+H2O(l)=Ac-(aq)+H3O+(aq)
Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
例:下列三个反应的Kθ之间的关系。
(1)2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)
(2)SO2(g)+1/2O2(g)=SO3(g)
(3)2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)