[工学]化学平衡.ppt

6.1 化学平衡与平衡常数 Fe2O3(s) + 3 CO(g) = 2 Fe(s) + 3 CO2(g) 炼一吨 Fe 需多少焦炭（C）？ C(s) + 0.5 O2(g) = CO(g) 是否全部的C(s) 能转化成CO(g)，全部的Fe2O3(s) 和CO 能全部转化成Fe(s) 和 CO2(g)？ 答案：否！ ? 可逆反应，动态平衡（?G = 0） 正向反应速率 = 逆向反应速率 ? 平衡常数以及平衡的移动 二、化学平衡 1、化学平衡的含义 化学平衡的热力学含义：等温等压条件下 ?G = 0 平衡状态 ?G 0 逆反应自发 ?G 0 正反应自发，反应的最大限度为相应条件下的平衡状态，即?G = 0 化学平衡的动力学含义：动力学是研究化学反应实际的进程过程与快慢的学科。 可逆反应中正逆反应速率相等。 化学平衡的特点 当正逆反应速率相等时，系统内各物质的浓度或分压不再 改 变，此时系统便达到了热力学平衡状态，简称化学平衡。 2、化学平衡的特征： (1) 化学平衡是 ?rG = 0的状态。 (2) 化学平衡是动态平衡。平衡时反应仍在进行，只不过v正=v逆 (3)达平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度保持不变，反应速率保持不变，反应物的转化率保持不变，各组分的含量保持不变 (4) 平衡是相对的、有条件的。当外界条件改变，平衡就会被破坏，直至在新的条件下建立新的平衡。 3、 平衡常数 1)、平衡常数的概念 可逆化学反应达到平衡时，每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积的比值叫做平衡常数。反应进行得越完全，平衡常数就越大。 当一个可逆反应到达平衡时，生成物浓度之幂或分压力的乘积与反应物浓度的幂（幂指数为对应物质的化学计量数）或分压力的乘积之间的比值用浓度计算的平衡常数以KC表示。用分压力计算的平衡常数以KP表示。 2）平衡常数的意义 表示在一定条件下，可逆反应所能进行的极限。 K↑，正反应彻底↑。 通常：K 107，正反应单向 K 10-7，逆反应单向 K = 10-7 ?107，可逆反应 注意： ①平衡常数只是温度的函数，而与反应物或产物的起始浓度无关（见表3.1）。 N2O4(g) ? 2 NO2(g) T / K 273 323 373 Kc 5×10-4 2.2×10-2 3.7×10-1 ②.平衡常数不涉及时间概念，不涉及反应速率。 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g) K =3.6 ?1024 (298K) K 很大，但R.T.反应速率很小。 总结：平衡常数书写的注意事项 （1）反应方程式的书写不同，平衡常数值不同。 如：273 k 时，反应 N2O4(g) = 2NO2(g) 的平衡常数 Kθ = 0.36, 则 反应 2NO2(g) = N2O4(g) Kθ = 1/0.36 = 2.78 反应 NO2(g) = 0.5 N2O4(g) Kθ = (1/0.36)0.5 = 1.7 （2）纯液体、纯固体参加反应时，其浓度（或分压）可认为是常数，均不写进平衡常数表达式中。 Fe3O4(s) + 4 H2(g) = 3 Fe(s) + 4 H2O(g) （3）K 与温度有关， 但与反应物浓度无关。 K 还取决于反应物本性。 4）稀的水溶液反应，[H2O]不写在平衡常数表达式中。 例：Cr2O72- + H2O = 2 CrO42- + 2 H+ K = ([CrO42-]2 [H+]2) / [Cr2O72- ] 平衡转化率 化学反应达到平衡状态时，体系中各物质的浓度不再随时间而改变，这时反应物已最大限度地转变为生成物。 利用平衡转化率来标志化学反应在某个具体条件下的完成程度。 反应的转化率是指已转化为生成物的部分占该反应物起始总量的百分比。 可逆反应：aA + bB = cC + dD 若均为气体，且在温度为 T (K) 时达到平衡： 例: H2(g) + I2(g) = 2 HI(g) N2(g) + 3 H2(g) 2NH3(g) 4)、标准平衡常数（K?) 在液相反应中把平衡浓度除以标准状态下浓度；在气相反应中把平衡分压除以标准压强；使计算出的标准平衡常数为一无量纲的常数。 在液相反应的Kc与Kθ 在数值上