第二章化学反应速率和化学平衡

第二章化学反应速率和化学平衡 第四节化学平衡的移动

1、理解化学平衡移动的含义。 2、掌握浓度、压力对化学平衡的影响：定性、定量。 3、理解温度对化学平衡的影响。 4、掌握平衡移动原理的含义。重点：定量计算浓度、压力对平衡的影响难点：关于化学平衡移动的计算本节基本要求

引言 • 在化学平衡理论中，因外界条件改变，旧的平衡被破坏，引起混合物中各物质含量随之改变，而达到新平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。 • 简言之：化学平衡的移动即“因外界条件的改变，使可逆反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过过。” • 注：平衡理论中，将旧平衡与新平衡时体系中各组份浓度改变的情况称平衡点改变。

一、浓度对化学平衡的影响 1.定性判断比较反应商Q与平衡常数的大小，来判断平衡移动的方向。 Q < KΘ平衡向右移动； Q = KΘ,平衡不移动； Q> KΘ, 平衡向左移动。

2.分析 将任意状态下的各物质浓度，带入平衡关系式，其值为反应商Q。 aA(aq)+ bB(aq) gG(aq)+ hH(aq) ＝Q ≠ Kø

3.结论 • 增加反应物的浓度或减少产物的浓度，使平衡向产物方向移动，即平衡向右移动。 • 减少反应物的浓度或增加产物的浓度，使平衡向反应物方向移动，即平衡向左移动。

Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag 起始浓度 c0/mol·L-1 0.181 0.0806 0.0194 平衡浓度c0/mol·L-1 0.181-x 0.0806-x 0.0194 + x c(Fe3+)/cΘ 0.0194 + x KΘ = = =2.99 (0.181-x)(0.0806-x) {c(Fe2+)/ cΘ}·{c(Ag+)/ cΘ} 4.定量计算例1：见教材P32 解: 1). 因为在原有的平衡体系中仅增加了反应物浓度, 所以平衡向正向移动; 2). 设达到新平衡时将有x mol·L-1的Fe2+被Ag+氧化,则

(0.100-0.0667) mol·L-1 3). α (Ag+) = ×100% = 33.3% 0.100 mol·L-1 x = 0.0139 c(Fe2+) = (0.181 – 0.0139) mol·L-1 = 0.167 mol·L-1; c(Ag+) = (0.0806 – 0.0139) mol·L-1 = 0.0667 mol·L-1; c(Fe3+) = (0.0194 + 0.0139) mol·L-1 = 0.0333 mol·L-1;

5.应用 • 在生产中，常采取： • （1）为了充分利用某一原料，常常加大另一反应物的量，以提高其转化率； • （2）不断分离出生成物，使平衡持续向右移动，使反应进行得较彻底。

二、压力对化学平衡的影响 1.分析压力对化学平衡的影响 aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) （1）将总压力增加至原来的x倍，组份的分压增大至原来的x倍，反应商Q为： Δn ＝（c+d）－（a+b）

结论：增大反应体系的压力，平衡向气体分子总数减小的方向移动。结论：增大反应体系的压力，平衡向气体分子总数减小的方向移动。 • 若Δn > 0, 即产物气体分子总数大于反应物气体分子总数，则Q > KƟ，表明平衡向左移动，即向气体分子总数减小的方向移动； • 若Δn < 0,即产物气体分子总数小于反应物气体分子总数，则 Q < KƟ，表明平衡向右移动，即向气体分子总数减小的方向移动。

组分气体的分压是否有改变 （2）同理可分析，减小压力，平衡向气体分子总数增大的方向移动。（3）若反应前后气体分子总数相等，压力改变对平衡无影响，因为会同等程度改变正、逆反应的速率。（4）当体系中加入惰性气体，若体积不变，总压增加，则对平衡无影响；若总压不变，体积增加，则平衡会发生移动。（5）对固体、液体物质参与的反应，压力对化学平衡的影响较小，可不考虑。

3.当△n =0, 改变压力平衡不移动, 如: H2(g) + I2(g) 2HI(g) 2.当△n <0, 增大压力,平衡向右移动, 如: 2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) 举例说明： 1.当△n > 0, 增大压力,平衡向左移动, 如: N2O4(g)(无色) 2NO2(g)(红棕)

{p(CO)/pΘ2} (2490/100)2 KΘ = = =122 510/100 p(CO2)/pΘ 3.计算例2：见教材P33 解：1）先求平衡常数，在原有的平衡时： p（CO2）= 3000 kPa ×0.17 = 510 kPa; p（CO）= 3000 kPa×(1-0.17) = 2490 kPa;

{p(CO)/pΘ}2 {2000(1-x)/100}2 KΘ = = = 122 2000·x /100 p(CO2)/pΘ 2) 在2000 kPa总压下的新平衡中,设CO2的摩尔分数为x, 则CO的摩尔分数为(1-x): p（CO2）= 2000 kPa ·x; p（CO）= 2000 kPa×(1-x) ; 20(1-x)2 = 122 x, 10x2 – 20x + 10 – 61x = 0, 10x2 – 81x + 10 = 0, x2 – 8.1x + 1 = 0, x = (8.1 – 7.85)/2 = 0.13. 3)当总压减小时,平衡向着CO2减少的方向(向右)移动, 或者说向着体积增大的方向移动.

一密闭容器中含1.0molN2O4，在25℃、100kPa下反应：N2O4(g)2NO2(g) 达到平衡时N2O4的α=50%,计算:(1)反应的K ø；解：　　　　　　　N2O4(g) 2NO2(g) 1.0(1-α) 1.0(1-α) 1.0-1.0α+2.0α 1.0(1+α) p(N2O4)=p总= p总 2.0α 1.0(1+α) p(NO2)=p总例3 始态物质的量/mol 1.0 0 平衡物质的量/mol 1.0-1.0α 2.0α

解：　　 N2O4(g) 2NO2(g) 1.0(1-α) 1.0(1+α) 2.0α 1.0(1+α) p总 p总平衡分压 p总 p ø 2.0α 1.0(1+α) [ ·] 2 [ p(NO2)/p ø]2 [ p(N2O4)/p ø] K ø = = p总 p ø 1.0(1-α) 1.0(1+α) [·] 4.0α2 1.0(1-α2) p总 p ø 4(0.50)2 1.0(1-0.52) =[][] = ( )×1.0 = 1.3

K ø =[ ][ ] p(NO2) = p总 2.0α 1.0(1+α ) ´ 平衡分压 ´ 1.0(1-0.18) 1.0(1+0.18) p总 p ø 4.0α2 1000 1.0(1-α2) 100 4.0α2 1.0(1-α2) ´ 1.3 = [ ][ ] ´ 2.0×0.18 1.0(1+0.18) = ×1000 = 305.1kPa ´ ´ 1.0(1-α) 1.0(1+α) ´ p(N2O4) = p总 ´ α= 0.18 =18% ´ = ×1000 （2）25℃、1000kPa下达到平衡时N2O4的α, N2O4和 NO2的分压。解：T 不变，K ø不变 N2O4的α由50%→18%，即平衡逆向移动 = 694.9kPa

温度变化 rHm ø< 0 放热反应 rHm ø> 0 吸热反应 K2ø＜ K1ø 平衡← 升高温度 K2ø＞K1ø 平衡→ 降低温度 K2ø＞K1ø 平衡 → K2ø＜ K1ø 平衡← K2 ørHm ø(298K） T2-T1 K1 øR T1T2 ln = ( ) 三、温度对化学平衡的影响升高温度，平衡向吸热反应方向移动降低温度，平衡向放热反应方向移动

注意： • 温度对化学平衡的影响与浓度、压力的影响有本质的不同，改变浓度、压力只能改变平衡点不改变 KƟ；而改变温度会改变KƟ的数值。

四、催化剂对化学平衡的影响 • 催化剂不影响化学平衡状态 • 对可逆反应来说，由于反应前后催化剂的化学组成、质量不变，因此无论是否使用催化剂，反应的始终态都是一样的，即反应rGm的不变， KƟ也不变, 则催化剂不会影响化学平衡状态。催化剂能改变反应速率，可缩短到达平衡的时间，有利于生产效率的提高。

五、平衡移动的规律 • 吕·查德里原理： • 当体系达到平衡后，若改变平衡状态的任一条件(如浓度、压力、温度)，平衡就向着能减弱其改变的方向移动。此原理既适用于化学平衡体系，也适用于物理平衡体系。注意：平衡移动原理只适用于已达平衡的体系，而不适用于非平衡体系。

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