化学反应速率和化学平衡4–4化学平衡的移动及应用.ppt

* 第四章 化学反应速率和化学平衡 §4–4 化学平衡的移动及应用 帮助 返回 下页 上页 因外界条件改变，使化学反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。 影响化学平衡的主要外界因素有浓度、压力和温度。 一、浓度对化学平衡的影响 【例4-5】某温度T时，反应CO(g) + H2O(g) H2(g)+ CO2(g) 的平衡常数Kq＝9。若反应开始时CO的浓度为0.02mol/L，H2O的浓度为1.00mol/L，计算平衡时CO的转化率？ 解 设反应达到平衡时系统中H2和CO2的浓度为x mol/L CO(g) + H2O(g) H2(g)+ CO2(g) 起始浓度/(mol/L ) 0.02 1.00 0 0 平衡浓度/(mol/L ) 0.02-x 1.00-x x x x ＝ 0.01995 CO的平衡转化率 可逆反应是否处于平衡状态，还可以通过化学反应等温式判断。 对任意一个可逆反应： aA + bB gG + dD 在非平衡状态时，各生成物相对浓度(或相对分压)幂的乘积与各反应物相对浓度(或相对分压)幂的乘积之比为反应商(Q)。 对溶液中的反应： (4-10) 气体反应： 为表示方便，用c＇表示任意条件的相对浓度，用p＇表示任意条件的相对分压，后续章节中相同。 反应商表达式与平衡常数表达式的形式完全一样，但平衡常数表达式中各物质的浓度(或分压)是平衡状态下的，而反应商表达式中各物质的浓度(或分压)是任意状态下的。 (4-11) 任意条件下，化学热力学中ΔrGm 与反应商Q之间的关系可以通过下列关系表示： ΔrGm＝ - RT ln Kq+ RT lnQ 该式称为化学反应等温方程式或范特霍夫等温方程式。 上述关系式是如何得到的？ 答： ΔrGm=ΔrGmq+ RT lnQ 而 ΔrGmq= - RT ln Kq 由上两式得 ΔrGm= - RT ln Kq+ RT lnQ (4-12) 查一查 由化学反应等温方程式知： 当 Q＜Kq时，ΔrGm＜0 正反应自发进行； 当 Q ＝ Kq时，ΔrGm＝ 0 反应处于平衡状态； 当 Q＞Kq时，ΔrGm＞0 逆反应自发进行。 结论： 在一定温度下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向右移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向左移动。 二、压力对化学平衡的影响 压力的变化对固态或液态物质的体积影响很小，因此在没有气态物质参加反应时，可忽略压力对化学平衡的影响。但是对于有气体参加的反应，压力的影响必需考虑。 对于可逆反应： aA (g) + bB (g) gG (g) + dD (g) 平衡时 若在此系统中，保持温度不变，将系统的体积从原体积V压缩到(1/x)·V，则系统的总压力增大为原来的x倍，相应各组分的分压也都增大至原来的x倍，则： 讨论： 当Δn＞0时，即生成物气体分子数大于反应物气体分子数，Q＞Kq即ΔrGm＞0，平衡向左移动(即平衡向气体分子数减小的方向移动)。 当Δn＜0时，即生成物气体分子数小于反应物气体分子数，Q＜Kq即ΔrGm＜0，平衡向右移动(即平衡向气体分子数减少的方向移动)。 当Δn＝0时，反应前后气体分子总数相等，此时，Q ＝ Kq，即ΔrGm＝ 0，压力变化对平衡没有影响。 结论： 在一定温度下，增大压力，化学平衡向气体分子总数减少的方向移动；减小压力，化学平衡向气体分子总数增加的方向移动。 知识拓展： 反应系统加入不参与化学反应的气态物质(如惰性气体)时 ①恒T、P 时，在已达平衡的反应系统中加入惰性气体，为了维系总压不变，系统的体积必然要增大，此时，各组分气体的分压相应减小。若Δn≠0，Q≠ ，平衡就要移动，向气体分子总数增加的方向移动。 ②当恒T、V 时，在已达平衡的反应系统中加入惰性气体，此时系统的总压增加，但各物质的分压并没改变，Q ＝ ，平衡不发生移动。 三、温度对化学平衡的影响 温