第三節(jié) 化學(xué)平衡

　　一、可逆過程與不可逆過程

　　1.可逆過程

　　如果發(fā)生的過程也能夠反向進(jìn)行并完全恢復(fù)原來狀態(tài)(而不對(duì)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(jié)晶(沉淀)與溶解過程

　　(2)可逆化學(xué)反應(yīng)(包括水解)

　　(3)弱電解質(zhì)的電離成離子和離子重新結(jié)合成化合物分子的過程

　　3.不可逆過程

　　如果發(fā)生的過程無論采用何種辦法都不能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則此過程稱為不可逆過程。

　　二、可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)

　　1、可逆反應(yīng)：

　　定義：同一條件下，同時(shí)向正、反兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng).

　　特點(diǎn)：

　?、僭谙嗤臈l件下，兩個(gè)方向相反的反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行.

　?、跓o論什么條件下，反應(yīng)都不可能進(jìn)行徹底.

　　2.不可逆反應(yīng):

　　定義:反應(yīng)物完全變?yōu)樯晌?，即反?yīng)能進(jìn)行到底的化學(xué)反應(yīng)。

　　例如當(dāng)氯酸鉀加熱時(shí)，它會(huì)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(xiàn)有條件下是不可能的。這種反應(yīng)就是不可逆反應(yīng)。

　　4、可逆反應(yīng)的最大限度——達(dá)到化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)

　　什么是化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)?

　　在一定條件下，可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等(反應(yīng)物和生成物的濃度不再發(fā)生變化)時(shí)反應(yīng)體系的狀態(tài)稱為化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)。此時(shí)，正逆反應(yīng)在這個(gè)條件下均達(dá)到了反應(yīng)的最大限度(極限)。

　　5.化學(xué)平衡特征

　　1)等：正、逆反應(yīng)速率相等,V正=V逆 ;

　　2)動(dòng)：反應(yīng)并沒有停止，是動(dòng)態(tài)的平衡. V正=V逆 ≠0;

　　3)定：在平衡混合物中，各組分的質(zhì)量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量或物質(zhì)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?jǐn)?shù))一定(不再變化) 。

　　4)變：當(dāng)外界的條件發(fā)生改變，化學(xué)平衡狀態(tài)會(huì)隨之改變，發(fā)生化學(xué)平衡的移動(dòng)。

　　6.判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的方法

　　A.直接判斷法

　　(1)各組分的質(zhì)量或其百分含量保持不變

　　(2)各組分的物質(zhì)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(shù)或分子數(shù)之比不變(不是按比例反應(yīng))

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

　　B.間接直接判斷法：

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

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

　　(3)對(duì)于有色物質(zhì)參與的反應(yīng)，可用氣體的顏色是否隨時(shí)間改變而改變，如不變，則平衡。

　　(4)當(dāng)在其它條件不變時(shí)，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(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的方法舉例

　　以反應(yīng)mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g)為例:

　　三、影響化學(xué)平衡的因素

　　1、濃度的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響

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

　　(1)實(shí)驗(yàn)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(duì)化學(xué)平衡的影響

　　濃度的變化引起反應(yīng)速率的變化，反應(yīng)速率的變化可造成化學(xué)平衡的移動(dòng)，其關(guān)系是：

　　濃度的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響小結(jié)

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

　　簡(jiǎn)而言之：

　　C反應(yīng)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(yīng)物的濃度，提高成本較高的原料的轉(zhuǎn)化率。

　　(4)濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的幾個(gè)注意點(diǎn)

　　① 對(duì)平衡體系中的固態(tài)和純液態(tài)物質(zhì)，其濃度可看作一個(gè)常數(shù)，增加或減小固態(tài)或液態(tài)純凈物的量并不影響V正、V逆的大小，所以化學(xué)平衡不移動(dòng)。

　?、?只要是增大濃度，不論增大的是反應(yīng)物濃度，還是生成物濃度，新平衡狀態(tài)下的反應(yīng)速率一定大于原平衡狀態(tài);減小濃度，新平衡狀態(tài)下的速率一定小于原平衡狀態(tài)。

　?、?反應(yīng)物有兩種或兩種以上, 增加一種物質(zhì)的濃度,該物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率降低, 而其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率提高。

　　2、壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)平衡的影響：

　　(1)探究壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)平衡的影響：

　　N2 十 3H2 ≒ 2NH3

　　(2)壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)平衡的影響的結(jié)論

　　反應(yīng)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(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向著氣體體積縮小的方向移動(dòng);減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向著氣體體積增大的方向移動(dòng)。

　　(3)壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)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(duì)化學(xué)平衡的影響

　　(1)實(shí)驗(yàn)探究

　　2NO2(g) ≒N2O4(g);△H= - 57kJ/mol

　　(紅棕色) (無色)

　　2)結(jié)論：在其它條件不變的情況下：

　　溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng);

　　降低溫度，化學(xué)平衡向著放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)。

　　對(duì)應(yīng)的時(shí)間—速率圖該如何表示?

　　注意：因催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)沒影響(不會(huì)造成平衡發(fā)生移動(dòng))，不是對(duì)化學(xué)平衡沒有影響。催化劑與化學(xué)平衡的關(guān)系不能用勒夏特勒原理來解釋。

　　四、勒夏特勒原理—— 化學(xué)平衡移動(dòng)原理

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

　　注意：

　?、?是“減弱”這種改變，不是“消除”這種改變

　?、?只有單個(gè)條件改變，才能應(yīng)用(多個(gè)條件改變就要具體問題具體分析)

　?、?勒夏特列原理適用于任何動(dòng)態(tài)平衡體系(如：溶解平衡、可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡等

　?、?平衡移動(dòng)原理只能用來判斷平衡移動(dòng)方向，但不能用來判斷建立平衡所需時(shí)間。

　　化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)與平衡移動(dòng)前后反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率變化的關(guān)系

　　(1)溫度或壓強(qiáng)的變化,引起平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí),正反應(yīng)的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定升高,反之降低.

　　(2)濃度的變化引起平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí),正反應(yīng)的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率有如下幾種情況:

　?、佼?dāng)反應(yīng)物只有一種時(shí),如mA(g) ≒nB+Pc(g),如果增大A大濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),A的轉(zhuǎn)化率取決于氣體物質(zhì)的系數(shù):

　　若m = n+p, A的轉(zhuǎn)化率不變;

　　若m﹥n+p, A的轉(zhuǎn)化率升高;(與加壓類似)

　　若m﹤n+p, A的轉(zhuǎn)化率降低;(如減壓類似)

　?、诋?dāng)反應(yīng)物不有一種時(shí),如mA(g)+nB ≒Pc(g)+D(g),

　　如果只增大A大濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),B的轉(zhuǎn)化率升高,A的轉(zhuǎn)化率降低;

　　如果按原比例同倍數(shù)增加A、B的物質(zhì)的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),A、B的轉(zhuǎn)化率取決于氣體物質(zhì)的系數(shù):

　　若m+n = p+q, A、B的轉(zhuǎn)化率不變;

　　若m+n﹥p+q, A、B的轉(zhuǎn)化率升高;

　　若m+n﹤p+q, A、B的轉(zhuǎn)化率降低;

　　五、化學(xué)平衡常數(shù)

　　1.定義：

　　在一定溫度下，一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡(jiǎn)稱平衡常數(shù))(以化學(xué)方程式中計(jì)量數(shù)為冪)

　　2. 表達(dá)式：

　　m A(g) + n B(g) ≒ p C(g) + q D(g)

　　在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)：

　　3.單位

　　K的單位與反應(yīng)的化學(xué)方程式有關(guān)，由化學(xué)方程式?jīng)Q定，無固定的單位。

　　4.書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則

　?、偃绻磻?yīng)中有固體和純液體參加，它們的濃度不寫在平衡常數(shù)關(guān)系式中。(它們的濃度是不變的) 關(guān)系式中只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度。

　　如：反應(yīng)C(s) + CO2(g) ≒2 CO(g)

　　Cr2O72- + H2O ≒ 2CrO42- + 2H+

　?、谕换瘜W(xué)反應(yīng)，可以用不同比例的化學(xué)反應(yīng)式來表示，每個(gè)化學(xué)方程式都有自己的平衡常數(shù)關(guān)系式及相應(yīng)的平衡常數(shù)。

　　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