第三節 化學平衡

　　一、可逆過程與不可逆過程

　　1.可逆過程

　　如果發生的過程也能夠反向進行并完全恢復原來狀態(而不對外界造成任何影響的)熱力過程。

　　可逆過程是理想化的過程。

　　2.常見的可逆過程

　　(1)結晶(沉淀)與溶解過程

　　(2)可逆化學反應(包括水解)

　　(3)弱電解質的電離成離子和離子重新結合成化合物分子的過程

　　3.不可逆過程

　　如果發生的過程無論采用何種辦法都不能使系統和外界完全復原，則此過程稱為不可逆過程。

　　二、可逆反應與不可逆反應

　　1、可逆反應：

　　定義：同一條件下，同時向正、反兩個方向進行的反應.

　　特點：

　　①在相同的條件下，兩個方向相反的反應同時進行.

　　②無論什么條件下，反應都不可能進行徹底.

　　2.不可逆反應:

　　定義:反應物完全變為生成物，即反應能進行到底的化學反應。

　　例如當氯酸鉀加熱時，它會完全分解為氯化鉀和氧氣;反過來，如用氯化鉀和氧氣來制備氯酸鉀，在現有條件下是不可能的。這種反應就是不可逆反應。

　　4、可逆反應的最大限度——達到化學反應平衡狀態

　　什么是化學反應平衡狀態?

　　在一定條件下，可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等(反應物和生成物的濃度不再發生變化)時反應體系的狀態稱為化學反應平衡狀態。此時，正逆反應在這個條件下均達到了反應的最大限度(極限)。

　　5.化學平衡特征

　　1)等：正、逆反應速率相等,V正=V逆 ;

　　2)動：反應并沒有停止，是動態的平衡. V正=V逆 ≠0;

　　3)定：在平衡混合物中，各組分的質量、質量分數、物質的量或物質的量濃度保持一定(不再

　　變化)，如果有氣體，那么氣體的體積(或者體積分數)一定(不再變化) 。

　　4)變：當外界的條件發生改變，化學平衡狀態會隨之改變，發生化學平衡的移動。

　　6.判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態的方法

　　A.直接判斷法

　　(1)各組分的質量或其百分含量保持不變

　　(2)各組分的物質的量或其百分含量(或濃度)保持不變

　　(3)各氣體的體積(不是總體積)保持不變

　　(4)各組分的分子數或分子數之比不變(不是按比例反應)

　　(5)正反應和逆反應速率相等(與物質的量濃度的變化值有關)即同一物質的生成的速率與分解速率相等

　　B.間接直接判斷法：

　　(1)反應前后氣體體積不等反應,可用混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量或者體系中所有氣體的平均相對分子質量是否隨時間的改變而改變判斷,不變則平衡。

　　(2)容器體積或氣體質量有變化時，可用氣體的密度是否隨時間改變而改變進行判斷,如不變,則平衡.

　　(3)對于有色物質參與的反應，可用氣體的顏色是否隨時間改變而改變，如不變，則平衡。

　　(4)當在其它條件不變時，可用體系溫度是否變化來判斷,如不變,則平衡。

　　判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態的方法舉例

　　以反應mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g)為例:

　　三、影響化學平衡的因素

　　1、濃度的變化對化學平衡的影響

　　結論：其它條件不變的情況下，增大反應物濃度或減小生成物濃度平衡向正方向移動;增大生成物濃度或減小反應物濃度，平衡向逆方向移動。

　　(1)實驗探究

　　Cr2O72-+H2O ≒2CrO42-+2H+

　　Fe3+ +3 SCN- ≒Fe(SCN)3 (溶液為血紅色)

　　(2)濃度的變化對化學平衡的影響

　　濃度的變化引起反應速率的變化，反應速率的變化可造成化學平衡的移動，其關系是：

　　濃度的變化對化學平衡的影響小結

　　(1)結論：其它條件不變的情況下，增大反應物濃度或減小生成物濃度平衡向正方向移動;增大生成物濃度或減小反應物濃度，平衡向逆方向移動。

　　簡而言之：

　　C反應物 ↑ v正↑ 平衡向正方向 →

　　C生成物 ↑ v逆↑ 平衡向逆方向 ←

　　(2)V-t 圖示

　　(3)意義：增大成本較低的反應物的濃度，提高成本較高的原料的轉化率。

　　(4)濃度對化學平衡移動的幾個注意點

　　① 對平衡體系中的固態和純液態物質，其濃度可看作一個常數，增加或減小固態或液態純凈物的量并不影響V正、V逆的大小，所以化學平衡不移動。

　　② 只要是增大濃度，不論增大的是反應物濃度，還是生成物濃度，新平衡狀態下的反應速率一定大于原平衡狀態;減小濃度，新平衡狀態下的速率一定小于原平衡狀態。

　　③ 反應物有兩種或兩種以上, 增加一種物質的濃度,該物質的平衡轉化率降低, 而其他物質的轉化率提高。

　　2、壓強變化對化學平衡的影響：

　　(1)探究壓強變化對化學平衡的影響：

　　N2 十 3H2 ≒ 2NH3

　　(2)壓強變化對化學平衡的影響的結論

　　反應體系中有氣體且左右體積不相等如aA (g) + bB (g) ≒cC (g) + dD (g)

　　a+b≠c+d

　　在其它條件不變時，增大壓強，化學平衡向著氣體體積縮小的方向移動;減小壓強，化學平衡向著氣體體積增大的方向移動。

　　(3)壓強變化對化學平衡的影響的解釋

　　V正∝C(A)aC(B)b ; V逆∝C(C)cC(D)d

　　3. 溫度變化對化學平衡的影響

　　(1)實驗探究

　　2NO2(g) ≒N2O4(g);△H= - 57kJ/mol

　　(紅棕色) (無色)

　　2)結論：在其它條件不變的情況下：

　　溫度升高，化學平衡向著吸熱反應的方向移動;

　　降低溫度，化學平衡向著放熱反應的方向移動。

　　對應的時間—速率圖該如何表示?

　　注意：因催化劑對化學反應平衡移動沒影響(不會造成平衡發生移動)，不是對化學平衡沒有影響。催化劑與化學平衡的關系不能用勒夏特勒原理來解釋。

　　四、勒夏特勒原理—— 化學平衡移動原理

　　如果改變影響化學平衡的一個條件(如濃度、壓強、溫度)，平衡就向能減弱這種改變的方向移動。

　　注意：

　　① 是“減弱”這種改變，不是“消除”這種改變

　　② 只有單個條件改變，才能應用(多個條件改變就要具體問題具體分析)

　　③ 勒夏特列原理適用于任何動態平衡體系(如：溶解平衡、可逆反應的化學平衡等

　　④ 平衡移動原理只能用來判斷平衡移動方向，但不能用來判斷建立平衡所需時間。

　　化學反應平衡移動與平衡移動前后反應物的轉化率變化的關系

　　(1)溫度或壓強的變化,引起平衡向正反應方向移動時,正反應的反應物的轉化率一定升高,反之降低.

　　(2)濃度的變化引起平衡向正反應方向移動時,正反應的反應物的轉化率有如下幾種情況:

　　①當反應物只有一種時,如mA(g) ≒nB+Pc(g),如果增大A大濃度,平衡向正反應方向移動,A的轉化率取決于氣體物質的系數:

　　若m = n+p, A的轉化率不變;

　　若m﹥n+p, A的轉化率升高;(與加壓類似)

　　若m﹤n+p, A的轉化率降低;(如減壓類似)

　　②當反應物不有一種時,如mA(g)+nB ≒Pc(g)+D(g),

　　如果只增大A大濃度,平衡向正反應方向移動,B的轉化率升高,A的轉化率降低;

　　如果按原比例同倍數增加A、B的物質的量，平衡向正反應方向移動,A、B的轉化率取決于氣體物質的系數:

　　若m+n = p+q, A、B的轉化率不變;

　　若m+n﹥p+q, A、B的轉化率升高;

　　若m+n﹤p+q, A、B的轉化率降低;

　　五、化學平衡常數

　　1.定義：

　　在一定溫度下，一個可逆反應達到平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數。這個常數就是該反應的化學平衡常數(簡稱平衡常數)(以化學方程式中計量數為冪)

　　2. 表達式：

　　m A(g) + n B(g) ≒ p C(g) + q D(g)

　　在一定溫度下達到化學平衡時：

　　3.單位

　　K的單位與反應的化學方程式有關，由化學方程式決定，無固定的單位。

　　4.書寫平衡常數關系式的規則

　　①如果反應中有固體和純液體參加，它們的濃度不寫在平衡常數關系式中。(它們的濃度是不變的) 關系式中只包括氣態物質和溶液中各溶質的濃度。

　　如：反應C(s) + CO2(g) ≒2 CO(g)

　　Cr2O72- + H2O ≒ 2CrO42- + 2H+

　　②同一化學反應，可以用不同比例的化學反應式來表示，每個化學方程式都有自己的平衡常數關系式及相應的平衡常數。

　　例：N2 (g) + 3 H2 (g)≒2NH3 (g) K1 = 1.60 ? 10 -5

　　1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) ≒NH3 (g) K2 = 3.87 ? 10 -2

　　2NH3 (g) ≒ N2 (g) + 3 H2 (g) K3= 1/ K1

　　K1 = K22