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第6章化学平衡常数

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第6章化学平衡常数

第6章化学平衡常数

气： CO2 + H2 → CO + H2O 两个反应合写为： 例如 2： Ag+ + CO + H 2O ⇌ CO2 + H2 ⑵ ⑴
Cl- ⇌ AgCl↓
一般常把按反应方程式从左向右进行的反应叫正反应；从右向左进行的反 应叫逆反应。二者合起来叫可逆反应：在一定条件下，既能向正反应方向进行又 能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。 几乎所有的反应都是可逆的。不可逆反应的例子非常少，如： 2KClO3 ⇌ 2KCl + 3O2 ↑
t/s
图 2-3、 浓度改变平衡移动时浓度变化曲线
t/s
图 2-4、 平衡移动时速度的变化曲线
浓度对化学平衡的影响 对于反应： aA + bB ⇌ dD + eE
⇌
Ca2+
+
H 2O
+
CO2↑
Ca P K= H
2
平衡常数 K 既不是 Kc 也不是 Kp。 Kc 与 Kp 的单位分别为 (mol.L-1)
△n
和 atm n、 Pa n。对于 Kc 而言，因为浓度
△ △
的单位通常都是 mol.L-1，故 Kc 的单位常省略。而 Kp ，由于常用的分压的单位有 atm 和 Pa 两种，故 Kp 的单位需要写出。同时，在进行 Kc 与 Kp 的换算时，应注意 R 值的数值差异： P 的单位是 atm 时， R=0.0821atm.L.mol-1; P 的单位是 Pa 时， R=8314.3Pa.L.mol-1.K -1。 平衡常数的意义： 1、因为平衡状态为反应进行的最大限度，故 K 值的大小可以衡量反应进行 的程度，并由此估计反应的可行性。K 值越大，产物浓度越大，生成的产物越多， 正反应进行的程度越大。反之亦然。 一般而言， K＞ 107 可认为逆反应进行的程度太小而忽略， 即近似认为是一个 不可逆反应； 对应的 K＜ 10-7 可认为正反应进行的程度太小而忽略， 即近似认为是 一个不可逆反应； 只有 107＞ K＞ 10-7 时可认为是可逆反应。 对于 K 值太小的反应， 可认为在该条件下正反应不能进行 如： N2 + O2 = 2NO Kc=10-30(常温下 )

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数
MnO2
CO2 + H2 2KCl + 3O2
∆
条件下可逆反应： 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g)
2. 化学平衡： 化学平衡是在一定条件下，可逆反应 正逆反应速率相等时体系的一种状态。
正 逆 0
化学平衡是动态平衡!
正
H2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
逆
正 逆
系数为幂的连乘积是一个常数。
H 2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
2
[ p(HI) / p ] K [ p(H 2 ) / p ][ p(I 2 ) / p ]
pӨ为标准压力，1105 Pa或100 kPa
K 称为标准平衡常数
是温度的函数，与浓度、分压无关。
对于溶液中的反应：
Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
p(H2)
64.74 65.95 62.02 61.96 0 0
p(I2)
57.78 52.53 62.50 69.49 0 0
p(HI)
0 0 0 0 62.10 26.98
p(H2)
16.88 20.68 13.08 10.64 6.627 2.877
p(I2)
9.914 7.260 13.57 18.17 6.627 2.877
K3Ө = K1Ө K2Ө
6-3 浓度对化学平衡的影响
对于溶液中的化学反应： J = K J < K 平衡 平衡向正向移动
（反应物浓度增大或生成物浓度减小时）
J > K
平衡向逆向移动
（反应物浓度减小或生成物浓度增大时）

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数

5.158kJ／mol，求相应温度下的平衡常数。
由于标准自由能是温度的函数，因而平衡 常数也是温度的函数。温度不同，同一个反应 的平衡常数是不同的。反之，温度不变，平衡 常数不变.
对于气相反应：
H 2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
2
[ p (HI ) / p ] K [ p ( H 2 ) / p ][ p (I 2 ) / p ]

或
r Gm T - RT ln
Kθ J
【应用】由Q与Kθ 的相对大小来判断反应进行的方向
J < K 时，反应正向进行， 此时 rG m < 0 ；
J > K 时，反应逆向进行， 此时
J = K 时，反应达到平衡， 此时
rGm > 0 ；
rGm = 0 。
反应商判据：
J<K J=K J>K 反应正向进行； 系统处于平衡状态； 反应逆向进行。
已知SO2和O2的初始浓度分别为0.040mol/L和
0.10mol /L。如达平衡，有80%的SO2转化为SO3，
求平衡时各种气体的浓度及KC。
6-4 压强对化学平衡的影响 分压对平衡的影响： 如果保持温度、体积不变，增大反应物的分 压或减小生成物的分压，使J减小，导致J<K ， 平衡向正向移动。反之，减小反应物的分压或增 大生成物的分压，使J增大，导致J> K ，平衡向 逆向移动。
对于溶液中的反应：
Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)
4
Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
2 2
[c(Sn /c )][ c(Fe /c )] K 2 3 2 [c(Sn /c )][ c(Fe /c )]

第6章 化学平衡常数[PPT]

第6章 化学平衡常数[PPT]
第6 章 化学平衡常数
Chapter 6 Chemical equilibrium constant
我们已经从热力学的角度讨论了反应的自发， 即反应进行的方向，如果某反应朝某一个方向 可进行，该化学反应进行的程度如何，就是化 学平衡的问题，具体说：
电离平衡 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ淀溶解平衡 氧化还原平衡 配位离解平衡 化学热力学中 的几大平衡
二、化学平衡的基本特征The characteristic and meaning of chemical equilibrium 1、只有体系在封闭恒温条件下进行的可逆反应才能建立化 学平衡，这是建立化学平衡的前提presupposition
2 、正、逆反应速度相等 ( 推动力相等 ) 是平衡建立的条件 condition（但反应仍在进行，是动态平衡）。
In the equilibrium state，[i] — equilibrium concentration。 notice：推动力 f + = f - , or υ+=υcondition：T、P等外界因素不变
0
正 逆
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~ 6
注意：以前用符号“ ”表示反应的可逆性reversibility （forward and reverse reaction）
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~
4
一般来说，任何反应都有一定的可逆性（热力学上假定 所有的化学反应都是可逆的），但是不同的化学反应可 逆性程度差别很大，比如：
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~
1
6-1 化学平衡状态

14第6章-化学平衡

14第6章-化学平衡

K

( (
[G ] g C [A] a C
) ( ) (
[H] h C [B] b C
)
)
a A ( g ) + b B ( g ) —— g G ( g ) + h H ( g )
平衡时
K
( p ) ( P )h
a pB b A (p ) ( P ) P
pG
g
pH
对于复相反应，如
r逆
其它条件不变时，增加反应物浓度或减小生成物浓度， 平衡向正反应方向移动；相反。减小反应物浓度或增大生成 物浓度，平衡向逆反应方向移动。
对一般反应： 若在任意状态下 :
aA + bB
dD + eE
e Cd C D E J a Kc b CACB
或:
e pd p D E J a Kp b p ApB
K (

pi
p

) i
i
p2 NH 3
3 p N2 p H 2
(p )2
K (
pi
p
)
p NH3 p N2 p H22
1 2 3
(p )1
⑷. 固体、纯液体的浓度视为常数。
对溶液反应 a A ( aq ) + b B ( aq ) — g G ( aq ) + h H ( aq ) 平衡时 对气相反应
1/2 N2 + 3/2 H2 2NH3
[NH3 ] Kc (mol L)1 3 1 [N2 ] 2 [H 2 ] 2 [N2 ][H2 ]3 2 Kc (mol L) [NH3 ]2
平衡常数的单位是：
KC： (mol· L-１) i KP (atm) i 或 (Pa) i

无机化学第6章化学平衡常数

无机化学第6章化学平衡常数

H2
0.004 0.001 22
CO
0.006
H 2O
0.006
[CO ][H 2O] [CO2 ][H 2 ]
2.3 2.3 2.4 2.1
0.0078 0.0078 0.0069 0.0059 0.0118 0.0118
0.01 0.00 0 1 0 0.02 0.02
0.0041 0.004 1 0.0082 0.008 2
例：已知下列两反应的平衡常数分别为K1， K2 ，
(1) 2H2O(g) (2) 2HCl(g) 2H2(g)+O2(g) K1 H2(g)+Cl2(g) K2
求反应 4HCl(g)+O2(g) 衡常数。
2Cl2(g) +2H2O(g)的平
解： (2)2 4HCl(g) -) (1) 2H2O(g)
例：含有0.100 mo0.01mol/L Fe(NO3)3的溶液,发生 如下反应:Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s) 25℃时的标准平衡常数为2.98
(1)判断此条件下反应向哪一个方向进行. 解: 反应开始时的反应商:
（2）建立新的平衡关系
解：设需从容器中取走H2的浓度为xmol/L 2NH3 N2 +3H2
平衡时浓度/ mol/L:
1.00 0.50 改变浓度量/ mol/L： 0.20 0.20 3 -x 新平衡时浓度/ mol/L：1.20 1.10-x
2 2
0.50 - 0.20 2 0.10
0.50 0.10 3 0.50 1.00 ( 1.10 x )3 1.20 得x 0.94, nH 2 0.94 1.0 0.94mol

第六章 化学平衡常数

共74张 3
化学平衡的特点： 化学平衡的特点：
• （1）恒温、封闭体系是前提。只有在恒温条件 ）恒温、封闭体系是前提。 下，封闭体系中进行的可逆反应，才能建立化学 平衡，这是建立平衡的前提。 • （2）自由能变等于零是平衡建立的实质条件。 ）自由能变等于零是平衡建立的实质条件。 从动力学 动力学上讲就是正逆反应的速率相等 正逆反应的速率相等。 动力学 正逆反应的速率相等 • （3）平衡时各物质的浓度不变（不随时间改变） ）平衡时各物质的浓度不变 是建立平衡的标志 标志，平衡是封闭体系中可逆反应 标志 的最大限度。 • （4）化学平衡是相对的，有条件的动态平衡。 ）化学平衡是相对的，有条件的动态平衡。 当外界因素改变时，正逆反应速率发生变化，原 有平衡将受到破坏，直到建立新的平衡。 4 共74张
共74张 25
Jc 与 Kc的关系示意图 的关系示意图
共74张
26
例. 反应 CO(g) + H2O(g) —— H2(g) + CO2(g) 在 某温度时, Kc = 9, 求 CO 和 H2O 的起始浓度皆为 0.02 时, CO 的转化率。
共74张
27
§6－3.化学平衡的移动 － 化学平衡的移动
平衡常数（ §6-2.平衡常数（重点） 平衡常数 重点）
• 2－1.经验平衡常数 － 经验平衡常数
共74张
5
• 对于一般可逆反应：aA + bB —— gG + hH 平衡时：
• K 称为经验平衡常数或实验平衡常数。上述的结 经验平衡常数或实验平衡常数。 经验平衡常数或实验平衡常数 果可表述为： • 在一定温度下, 可逆反应达到平衡时, 生成物浓度 系数次幂的连乘积与反应物浓度系数次幂的连乘 积之比是一个常数,这个关系式称为化学平衡定 律，或化学平衡体系中的质量守恒定律。 • 对气相体系，KP 也是一种经验平衡常数, 称为分 压平衡常数。而用浓度表示的经验平衡常数, 则 6 共74张 称为浓度平衡常数 KC 。

第6章 化学平衡


种物质的量及浓度的关系，以指导工业生产，此即研究
化学平衡的主要目的。
6.1 化学平衡与平衡常数
一、化学反应的可逆性
在一定温度下，一个化学反应既可以按照方程 式从左到右进行，也可以从右到左进行，这就是 化学反应的可逆性。例如
CO(g) + H2O (g) N2O4(g)
CO2(g)+H2(g) 2NO2
K

1 Kp p
Δn
697752.45Pa =6.98 5 110 Pa
6.2 标准平衡常数Kθ与化学反应的 标准自由能变（△rG m）的关系
一、标准平衡常数与化学反应的方向 对于反应：aA + bB gG + hH， 若为液相反应 若为气相反应
Q定义为某时刻反应熵。
2. 若将2个方程式相减， 则：
例. SO2+ ½ O2 = SO3 (1) △G ø1 = -70.9 kJ.mol-1 , K1 ø = 2.8 ×1012 NO2 = NO + ½ O2 (2) △G ø2 = +35.3 kJ.mol-1 , K2 ø = 6.3×10-7 方程(1) + (2) ： SO2+ NO2 = NO + SO3 △G ø，K △G ø = △G ø 1 +△G ø2 = -35.6 kJ.mol-1 K ø = K1 ø K2 ø = 1.8 ×106
6.3 化学平衡的移动
条件改变使平衡态变化



浓度 压力 温度
一、浓度对化学平衡的影响
在恒温条件下增加反应物减小生成物浓度， 平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物浓 度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。

《无机及化学分析》第六章 化学平衡


2020/10/6
= Kc（cθ）-∑ν
第13张共68 张
K 与 Kθ 的关系:
Kθ = Kp（pθ）-∑ν Kθ = Kc（cθ）-∑ν
标准平衡常数无单 位
当 ∑ν=(d+e)-(a+b)=0时，
标准平衡常数与经验平衡常数数值相等。
2020/10/6
第14张共68 张
例：已知A（g） 2B（g）的
2020/10/6
= Kp（Pθ）-∑ν
第12张共68 张
对于溶液：
aA(aq) + bB(aq)
dD(aq) + eE(aq)
ce ( D) d ce ( E ) e
( ) ( ) θ
cθ
cθ
K ce ( A) a ce ( B) b
( ) ( ) cθ
cθ
K
cd r,e c a r ,e
(D)cer,e (E) ( A)cbr,e (B)
2NO2(g)
在25℃时的Kp = 11.5kPa , 试判断下列两种 情况下，化学反应进行的方向？
(1)在300L的密闭容器中加入1mol N2O4(g)和 10mol NO2(g);
(2) 在300L的密闭容器中加入1mol N2O4(g)和 1mol NO2(g)。
2020/10/6
第33张共68 张
ΔfGmθ/KJ.mol-1 -300.37
-370.37
ΔrGmθ(298.15K) =2×(-370.37kJ.mol-1) - 2×(-300.37kJ.mol-1)
= -140kJ.mol-1
2020/10/6
第36张共68 张
由ΔrGmθ(T)= - RTln Kθ 得

第六章 化学平衡常数


Kp=Kc(RT)-0.5; Kpθ=Kp· (pθ)0.5
四: 平衡转化率（C级掌握）
平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物 的量与转化前该反应物的量之比.
平衡时已转化了的某物 质的量 转化率% 100 该物质初始的量
化学平衡状态是反应进行的最大限度,因此 平衡转化率即为指定条件下的最大转化率. 问 题 6-2.4：平衡常数与转化率的区别和联系 是什么?（B级掌握）
d D a A e E b B
式中:∑ν=(d+e)-(a+b),它表示反应前后 气体计量系数之差.当∑ν=0时,Kp=Kc.
由于实验平衡常数一般是有单位的,根据过去 的约定俗成,如果浓度以mol/dm3作单位,分压以 atm作单位,则Kc,Kp不用注明单位,除此之外,均 需注明实验平衡常数的单位,否则将造成混乱.
Kp=Kc(RT); Kpθ=Kp· (pθ)-1
4解 : K

(cFe2 / c ) (cH / c ) ( pO2 / p )
Kp 1 ( pO2 )

cFe3 / c
0.5
2
[ Fe3 ] KC 2 2 0.5 [ Fe ][H ] [O2 ]
0.5
五：平衡常数意义（C级重点掌握）
1.平衡常数数值的大小可以判断反应进行的 程度,估计反应的可能性.因为平衡状态是反 应进行的最大限度.平衡常数很大的反应,表 示其正反应向右进行趋势非常大,反之,平衡 常数很小的反应在该条件下不可能向右进行.
2.浓度(或分压)商和反应进行方向的判据 我们将某一化学反应产物浓度系数次方 的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比 称为浓度商，用符号JC表示.
第六章 化学平衡常数
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第6 章 化学平衡常数
Chapter 6 Chemical equilibrium constant
我们已经从热力学的角度讨论了反应的自发， 即反应进行的方向，如果某反应朝某一个方向 可进行，该化学反应进行的程度如何，就是化 学平衡的问题，具体说：
电离平衡 沉淀溶解平衡 氧化还原平衡 配位离解平衡 化学热力学中 的几大平衡
3、平衡状态是可逆反应进行的最大限度limit，此时各物质 的浓度或者分压不再随时间而改，这是建立平衡的标志sign。 4、平衡组成与达到平衡的途径无关 can reach equilibrium state from forward or reverse direction，
5、平衡时无论是正反应还是逆反应仍然在进行，只是进行 的程度相当，致使总反应“停滞”了，所以化学平衡是一 个动态平衡 homeostasis
For example：
c / mol L H 2 (g) I 2 (g) t/s
1
2HI(g)

正

1 1
逆
mol L s
0
0.0100
0.0100
0
7.60×10－6
0
2000 0.00397 0.00397 0.0121 1.20×10－6 2.04×10－7 4850 0.00213 0.00213 0.0157 3.45 ×10－7 3.43×10－7 反应开始 ，c(H2)，c(I2) 较大， c(HI) = 0，
0
正 逆
二、化学平衡的基本特征The characteristic and meaning of chemical equilibrium 1、只有体系在封闭恒温条件下进行的可逆反应才能建立化 学平衡，这是建立化学平衡的前提presupposition
2 、正、逆反应速度相等 ( 推动力相等 ) 是平衡建立的条件 condition（但反应仍在进行，是动态平衡）。

正
较大，

逆
为 0；
反应进行， c(H2)，c(I2)减小， 某一时刻，

c(HI)增大， 增大；
逆
正
=
，系统组成不变，达到平衡状态。
逆


正
减小，
For example： 将 0.1mol无色的 N2O4 放入 1L密闭容器内，立即出现红 棕色，这是因N2O4→2NO2，当反应进行某个时刻，[N2O4] 不再减少（0.04mol· L-1），[NO2]不再增加（0.02mol· L-1）， 显然这是因为同时存在着2NO2→N2O4的反应，这样的反应 就是一个典型的可逆反应，表示为： N2O4（g） 2NO2（g）
室 温
可逆程度大。 H2O(l) 可逆程度小。
对同一反应在不同反应条件下，表现的可逆性也不相同。 有些逆反应的倾向小到几乎不能觉察，从而认为是不可 逆的。
2KClO3(S)
MnO2 Δ
2KCl(S) + 3O2(g)
6-1-2 化学平衡 Chemical equilibrium
一、What is chemical equilibrium
注意：以前用符号“ ”表示反应的可逆性reversibility （forward and reverse reaction）
一般来说，任何反应都有一定的可逆性（热力学上假定 所有的化学反应都是可逆的），但是不同的来自学反应可 逆性程度差别很大，比如：
CO(g) + H2O(g) ====== CO2(g) + H2(g) Ag+ + I- == AgI H2 + 1/2O2
H 2 (g) I 2 (g) 2HI(g)
正
正 逆
逆
0.02
0.01
▲ 关于平衡的扩展讨论（自学）
1、溶解平衡 2、相平衡
3、对动态平衡的理解 4、非化学的平衡
6-2 平衡常数
Section 2 equilibrium constant
6-2 － 1 化学平衡定律 equilibrium constant expression— law of mass action 一、law of mass action 对可逆反应进一步研究，发现可逆反应有另一特征。 恒温下，可逆反应无论是从正反应或逆反应开始，最后到 达平衡后，尽管各个体系中物质的平衡浓度各异，但产物 浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是 一个常数，这个关系称为law of mass action (law of chemical equilibrium)。
6、化学平衡是有条件的，暂时的，平衡体系是可以改变的。
In a word chemical equilibrium is under certain condition , relative , temporary development equilibrium（homeostasis ）
旧的平衡破坏了，又会建立起新的平衡 . —— dynamic equilibrium
6-1 化学平衡状态
Section 1 Chemical equilibrium state
6-1—1 正-逆反应，可逆性 Reversibility of Chemical reaction 1 、 Definition ： At same conditions(T , P , C etc.), a chemical reaction can press reaction equation go on since left towards the right, also can since go on right towards the left → Reversibility of Chemical reaction。 习惯上按反应方程式 the reaction since left go on towards the right→the forward reaction ，左 右，正反应 the reaction since right go on towards the left→ the reverse reaction ，右 左，逆反应
chemical equilibrium—— 在可逆反应中既没有向正向进行 的自发性又没有向逆向进行的自发性（正逆反应的推动力 相等），体系所处的状态state。
In the equilibrium state，[i] — equilibrium concentration。 notice：推动力 f + = f - , or υ+=υcondition：T、P等外界因素不变