4.1.3、标准平衡常数的实验确定
确定标准平衡常数数值的最基本的方法是通过实验确定,只要知道某温度下平衡时各组分的浓度或分压,就很容易计算出反应的标准平衡常数。通常在实验中只要确定最初各反应物的浓度或分压以及平衡时某一物种的分压或浓度,根据化学反应的计量关系,再推算出平衡时其他反应物和产物的分压或浓度。最后计算出标准平衡常数KΘ。
例题4-3。
§ 4.2 标准平衡常数的应用
化学反应的标准平衡常数是表明反应系统处于平衡状态的一种数量标志,利用它能回答许多问题。如判断反应程度(或限度)、预测反应方向以及计算平衡组成等。
4.2.1、判断反应程度
在一定条件下,化学反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,净反应速率等于零,平衡组成不在改变。这表明在这种条件下反应物向产物转化达到了最大限度。如果该反应的标准平衡常数很大,其表达式的分子(对应产物的分压或浓度)比分母(对应反应物的分压或浓度)要大的多,说明反应物大部分转化成产物了,反应进行得比较完全。不难理解,如果KΘ的数值很小,表明平衡市产物对反应物的比例很小,反应正向进行的程度很小,反应进行的很不完全。KΘ愈小,反应进行的愈不完全。如果KΘ数值不太大也不太小(如 ,平衡混合物中产物和反应物的分压(或浓度)相差不大,反应大部分地转化为产物。
对同类反应而言,KΘ越大,反应进行的越完全。
反应进行的程度也常用平衡转化率来表示。KΘ愈大,往往 也愈大。
教师引导学生比较平衡常数和转化率。
① K与体系的起始状态无关,与T有关;
② α与反应物的起始状态有关;与T有关;
③ 在平衡体系中增加某一物质的起始浓度,可使另一物质的转化率提高。
4.2.2、预测反应方向
对于给定反应在给定温度T下,标准平衡常数KΘ(T)具有确定值。如果按照KΘ(T)表
达式的同样形式来表示反应
aA(g) Bb(aq) cC(s) xX(g) yY(aq) zZ(l)
式中 , 表示某时刻j物种的分压浓度,J被称为反应商。J与KΘ的数学表达式形式上是相同的,表达式中的分子是产物 或 幂的乘积;分母是反应物的 或 幂的乘积;幂与相关物种的计量数绝对值相同。但是,反应商J与平衡常数KΘ却是两个不同的量。KΘ(T)是由反应物、产物平衡时的 或 计算得到的。当系统处于非平衡态时 。表明反应仍在进行中。随着时间的推移,J在不断变化,直到 ,V正 = V逆,反应达到平衡。那么,当 时,如果J< K时,反应向正方向进行 ,J> K时,反应向逆方向进行 。
,反应达到平衡; J<KΘ时,反应向正方向进行 ,J>KΘ时,反应向逆方向进行 。这就是化学反应进行方向的反应商判据。
举例:
4.2.3 平衡组成的计算
§ 4.3 化学平衡的移动
化学反应达到平衡时,宏观上反应不再进行,但是在微观上正、逆反应在微观上仍在进行,并且两者的速率相等。影响反应速率的外界因素,如浓度、压力和温度等对化学平衡也同样产生影响。当外界条件改变时,向某一方向进行的反应速率大于相反方向进行的速率,平衡状态被破坏,直到正、逆反应速率再次相等,此时系统的组成已发生了变化,建立起与新条件相适应的新的平衡。像这样因外界条件的改变使化学反应从一种平衡状态到另一种平衡状态的过程,叫做化学平衡的移动。
影响平衡的因素有浓度、压力、温度等。催化剂能缩短反应达到平衡的时间,但不能使化学平衡移动。
4.3.1、浓度对化学平衡的影响
根据任意状态下 J与 的相对大小关系,可判断平衡移动的方向。温度一定时,增加反应物的浓度或增加生成物的浓度,J< 平衡向正反应方向移动;相反;减小反应物的浓度或减小生成物的浓度,J> 平衡向逆反应方向移动;平衡时,J = 。
浓度虽然可以使化学平衡发生移动,但是它不能改变标准平衡常数的数值,因为在一定的温度下, 是一定的。