第五章化學平衡2023/2/5第五章化學平衡3化學平衡是研究化學反應方向和限度的關鍵。本章討論應用熱力學第二定律的平衡條件來處理化學平衡問題。將用熱力學方法推導化學平衡時溫度、壓力、組成間的關系，并計算平衡組成將通過熱力學計算討論溫度、壓力、組成等條件如何影響平衡。第五章化學平衡2023/2/51.理解化學反應的等溫方程式2.掌握標準平衡常數KQ定義式，學會從熱力學方面計算化學反應的標準平衡常數，熟悉化學反應的平衡轉化率和平衡組成的計算3.會分析溫度、壓力、惰性氣體對化學平衡移動的影響，了解實際氣體化學反應的平衡常數的表達式。

重點：標準平衡常數（KQ）定義式，平衡常數的測定和平衡轉化率的計算難點：理想氣體反應的等溫方程式第五章化學平衡2023/2/55.1

化學反應的方向及平衡條件化學平衡的特征和微觀特點2.正向反應速率等于逆向反應速率3.動態平衡1.參與反應的各物質的量不再隨時間而改變2023/2/5根據多組分系統的熱力學基本方程等溫dT=0、等壓dP=0積分0-1mol5.1

化學反應的方向及平衡條件2023/2/5

適用于等溫、等壓、不做非膨脹功的封閉系統

參與反應各物質的化學勢保持不變5.1

化學反應的方向及平衡條件圖中紅色虛線斜率為負時：G或A>0;斜率為0時：G或A=0;斜率為正時：G或A<0。5.1

化學反應的方向及平衡條件2023/2/5理想氣體混合物反應系統令：

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數令：2023/2/5理想氣體混合物系統的化學反應等溫方程:標準摩爾反應吉布斯函數僅是溫度的函數壓力商,由參與反應的氣體的壓力決定。

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數11

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數2023/2/5恒溫恒壓，平衡時化學反應的標準平衡常數，適用于任意相態的化學反應,包括電解質溶液的反應。它僅是溫度的函數

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數13K°:無量綱量,T一定時為常數,其數值與計量式的寫法有關當反應達平衡時：

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數2023/2/5反應自發向右反應自發向左反應達到平衡

5.2理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數若參加反應的各組分不處于同一相,則屬于多相化學反應，常壓下壓力對凝聚態的影響可忽略不計。一定溫度下CaCO3(s)分解反應達平衡時,p(CO2,g)壓力為定值

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應平衡常數分解壓力—一定溫度下分解反應達平衡時,氣體的壓力分解溫度—分解壓為101.325kPa時的溫度對于純凝聚相與理想氣體間的化學反應,其Kθ的表達式中,只保留各氣體的分壓

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應平衡常數700℃時,反應:Fe(s)+H2O(g)=FeO(s)+H2(g)的K°=2.35(1)如果用總壓為101.325kPa的等物質的量的H2O(g)和H2(g)

的混合氣體處理FeO(s),能否將其還原為Fe(s)?(2)如果H2O(g)和H2(g)的混合氣總壓仍為101.325kPa,欲使

FeO(s)不能被還原,H2O(g)的分壓最小應為多少?解：

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應平衡常數2023/2/5

5.2平衡常數值與化學反應式的關系設如下化學反應的計量方程有兩種寫法所以因為2023/2/5

5.2平衡常數值與化學反應式的關系212.理想氣體反應的K°、Kp、KC、Ky及Kn22注意：上述各K中只有Kθ、Kp、KC在Ｔ一定時為常數2.理想氣體反應的K°、Kp、KC、Ky及Kn

5.3平衡常數的計算2023/2/5

5.3平衡常數的計算

5.3平衡常數的計算轉化率：轉化掉的某反應物占原始反應物的分數產率：轉化為指定產物的某反應物占原始反應物的分數開始10平衡0.50.5轉化率＝產率＝0.5

ABC開始100平衡0.50.30.2轉化率＝0.5產率:B→0.3C→0.2ABBAC例：

5.3平衡轉化率及平衡組成的計算2023/2/5

100平衡：1-xxx例：五氯化磷分解反應在200℃時的標準平衡常數為0.312，計算此溫度下200kPa時的轉化率。2023/2/5例：甲烷轉化反應：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)在900K下的標準平衡常數為1.280，若取等摩爾的甲烷與水蒸氣反應。求900K，101325Pa下平衡系統的組成（以摩爾分數表示）。2023/2/55.平衡組成的計算2023/2/52023/2/5

5.4溫度對化學平衡的影響溫度對化學平衡影響的本質溫度影響和的值所以，溫度會影響化學平衡常數的值2023/2/5H+TS=G吉布斯-亥姆霍茲方程

5.4溫度對化學平衡的影響2023/2/5

5.4.1溫度對化學平衡的影響1）放熱，，升溫，

KΘ減小，逆向進行2）吸熱，，升溫，

KΘ增大，正向進行范特霍夫公式:2023/2/51.根據兩個溫度下反應的平衡常數值，計算反應的摩爾焓變。2.已知反應的摩爾焓變，從一個溫度下反應的平衡常數值，求另一溫度下反應的平衡常數值。

5.4溫度對化學平衡的影響定積分：范特霍夫公式:2023/2/5

為常數2023/2/52023/2/5

5.5壓力對化學平衡的影響壓力對標準平衡常數值沒有影響，因為標準平衡常數僅是溫度的函數。設氣體為混合理想氣體代入Dalton分壓定律2023/2/5

5.5壓力對化學平衡的影響如果反應氣體分子數增加要保持值不變變小增加總壓對反應氣體分子數增加的反應不利增加總壓，變大，產物的摩爾分數變小2023/2/5

5.5壓力對化學平衡的影響如果反應氣體分子數減少要保持值不變變大增加總壓對反應氣體分子數減少的反應有利增加總壓，變小，產物的摩爾分數變大2023/2/5

5.5壓力對化學平衡的影響如果反應氣體分子數不變改變總壓對反應前后氣體分子數不變的反應沒有影響2023/2/5

5.5惰性氣體對化學平衡的影響惰性氣體對標準平衡常數值沒有影響，因為標準平衡常數僅是溫度的函數恒溫，恒壓過程：2023/2/5

5.5惰性氣體對化學平衡的影響如果反應氣體分子數增加要保持值不變變大

加入惰性氣體，對反應氣體分子數增加的反應有利，相當起了稀釋、降壓作用。增加惰氣，變小，含產物的物質的量變大工業上常常采用通入氮氣或水蒸氣的方法增加產量。2023/2/5

5.5惰性氣體對化學平衡的影響反應氣體分子數減少要保持值不變變小加入惰性氣體，對反應氣體分子數減少的反應不利，工業上要定期清除惰性氣體。增加惰氣，變大，含產物的物質的量變小如果2023/2/5

5.5惰性氣體對化學平衡的影響反應氣體分子數不變而的值也不變加入惰性氣體，對這類反應的平衡組成沒有影響。則的值保持不變如果2023/2/5

5.5惰性氣體對化學平衡的影響恒溫，恒容過程：加入惰性氣體，對反應的平衡組成沒有影響。

因為n(總)變大，p也變大，故的值保持不變2023/2/5

5.5增加反應物的量對化學平衡的影響1.恒溫，恒容過程：增加任意反應物量，反應平衡向右移動！2.恒溫，恒壓過程：r=nD/nE時，產物在混合其中最大。各種因素理想氣體反應平衡移動影響2023/2/5TH>0（吸熱)T↑向右H<0（放熱)T↑向左p

（體積增大)p↑向左

（體積減小)p↑向右