第七章 化学平衡
7.2 平衡常数
7.3 平衡常数与Gibbs自由能变
7.4 化学平衡的移动
7.1 化学反应的可逆性和化学平衡
无机化学
7.1 化学反应的可逆性和化学平衡
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
无机化学
化学平衡的特点
动态平衡
浓度
速率
时间
A B
kf
kr
无机化学
7.2 平衡常数
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：
一、经验平衡常数
其中，[PA] 等为平衡分压，Kp 为压力平衡常数
若在溶液中，平衡时的浓度分别为[A]  ,
Kc 为浓度平衡常数
Kp、Kc 可由实验测定，称之为经验平衡常数
无机化学
例: H2(g) + I2(g) = 2 HI(g)
注：（ ）中的为起始浓度；[ ]中的为平衡浓度。
• 在一定温度下，Kc 为常数
• 测定平衡时各组分的浓度（或分压），通过平衡常数表达式，可求出K.
无机化学
N2(g) + 3 H2(g) 2NH3(g)
NH3的合成
NH3的分解
在一定温度下，Kc 相同，但平衡浓度不一定相同。
无机化学
二、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。
无机化学
三、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 在数值上相等，而在气相反应的Kp一般不与其Kθ 的数值相等。
无机化学
四、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。
无机化学
五、化学反应的限度与平衡常数K
K 反映了在给定温度下，反应的限度。
K值大，反应容易进行。
一般认为，
（1） K  10+7 自发，反应彻底
（2） K  10 -7 非自发，不能进行
（3） 10+7  K  10 -7 一定程度进行
反应程度受浓度、压力、等条件的影响。可通过实验条件促进平衡的移动。
怎样求K?
（1）测定
（2）热力学计算
无机化学
六、标准平衡常数与化学反应的方向
反应商
Q< Kθ ， 正向进行
Q> Kθ ， 逆向进行
Q= Kθ ， 平衡状态
无机化学
Q 与 K 的关系与反应的方向
无机化学
7.3 平衡常数与Gibbs自由能变
当体系处于平衡状态时，ΔrGm=0,同时Q=KΘ，此时
Q< Kθ时 ΔrGm<0 正反应自发进行
Q= Kθ时 ΔrGm=0 反应达到平衡,可逆反应
Q> Kθ时 ΔrGm>0 逆反应自发进行
无机化学
经验数据
≤ - 40 kJ/mol K ≥ 10+7 反应自发、完全

≥ +40 kJ/mol K ≤ 10–7 反应不可能

-40 ≤ ≤ +40 10–7 ≤ K ≤ 10+7 可通过改

变条件 来促进反应进行
无机化学
7.4 化学平衡的移动
条件改变使平衡态变化
浓度
压力
温度
无机化学
一、浓度对化学平衡的影响
在恒温条件下增加反应物减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；相反，减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。
无机化学
二、压力对化学反应的影响
无机化学
三、温度对化学平衡的影响
浓度、压力变化，平衡常数 K 不变； 温度变化，K 改变。
设T1时的平衡常数为
T2时的平衡常数为
两式相减，得Van't Hoff 方程式
无机化学
对Van‘t Hoff 方程式的讨论
（1） 当 H < 0 (放热反应)，T  (T2  T1),
（2） 当 H > 0 (吸热反应)，T  (T2  T1),
即：升高温度，平衡向吸热方向移动
降低温度，平衡向放热方向移动

利用Van‘t Hoff 方程式：
（1） 已知 H 时，从 T1、 求T2 时的
（2） 求 H （当已知不同温度下的 值时）
无机化学
勒 ·夏特里（Le Chatelier) 原理：
改变平衡体系的外界条件时，平衡向着削弱这一改变的方向移动。（也称为化学平衡移动原理）。

浓度：增加反应物浓度，平衡向生成物方向移动；
压力：增加压力，平衡向气体计量系数减小方向移动；
温度：升高温度，平衡向吸热方向移动。