4 化学平衡(2)
4.4有关化学平衡的计算
Kc与Kp换算问题
dD(g) + eE(g) gG(g) + hH(g)
根据理想气体状态方程：p＝RT＝cRT 则：
pD=c(D)RT；pE=c(E)RT；pG=c(G)RT；pH=c(H)RT
代入平衡常数关系式：
＝
注：R的单位（对照书p7）：当p取Pa时，浓度取mol·L-1时，R的值为8.314×103Pa·L·mol-1·K-1。
例3、例4见书p46。
在工业生产中，对于有气体物质参与的反应，运用Kp计算比较方便。例5见书p46。
4.5化学平衡的移动
一个可逆反应在一定条件下，达到平衡：V正 = V逆，即其系统中各物质的浓度（或分压）不随时间而变。
但外界条件（如浓度、压力、浓度）改变了，原来的平衡状态被破坏，建立新的平衡：
V正′= V逆′
这种外界条件的改变，使可逆反应从原来的平衡状态变为新的平衡状态的过程叫平衡的移动。（p47）
4.5.1浓度（或分压）对化学平衡的影响（p48）
在其它条件不变的情况下，增加反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；增加生成物浓度或减少反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。（p48）
可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，增加某种反应物的浓度时，正反应的即时速度增大，逆反应的即时速度不变，使得正反应速度大于逆反应速度，平衡正向移动。随之，正反应的即时速度逐渐减小，逆反应的即时速度逐渐增大，当二者相等时，达到新的平衡状态。同理，其它条件不变时，减小某反应物的浓度平衡逆向移动，增大某生成物的浓度平衡逆向移动，减小某生成物的浓度平衡正向移动。浓度对化学平衡移动的影响可分别用以下曲线表示：
①增大反应物浓度 ②减小反应物浓度
③增大生成物浓度 ④减小生成物浓度
例6：反应：CO+H2OH2+CO2
在773K时平衡常数Kc=9，反应开始时c(CO)=0.020mol·L-1，求当c(H2O)的起始浓度由0.020mol·L-1提高到c(H2O)=0.080mol·L-1时：（1）平衡向什么方向移动；（2）CO的转化率变化。
解：（1）平衡移动方向
c(H2O)为0.020mol·L-1平衡时各物质的浓度：
CO + H2OH2 + CO2
初始 0.02 0.02 0 0 Kc=x2/(0.02-x)2 =9；∴x=0.015mol·L-1
平衡时 0.02-x 0.02-x x x 0.005 0.005 0.015 0.015
当c(H2O)的起始浓度由0.020mol·L-1提高到c(H2O)=0.080mol·L-1时，
Qc=0.0152/(0.005×0.065)= 0.69＜Kc=9，∴反应向正方向移动。
（2）CO的转化率变化
当c(H2O)的起始浓度为0.020mol·L-1时，α(CO)=(0.015/0.020)×100％=75％；
c(H2O)=0.080mol·L-1时平衡时各物质的浓度：
CO + H2OH2 + CO2
初始 0.02 0.08 0 0
平衡时 0.02-x 0.08-x x x
Kc=x2/[(0.02-x)(0.08-x)]=9
∴x=0.0194mol·L-1
α(CO)=(0.0194/0.020)×100％=97％（p57作业题4.13与此题类似）
这样由于水蒸气的浓度增加为原来的四倍，CO的转化率由75%变为97%。
利用这一性质（①加入反应物或取去生成物使平衡向右移动②加入某一物质，使另一物质的转化率提高），在反应中，使一成本较低的反应物过量，提高较贵的反应物的转化率。还可取出生成物，使反应向正方向进行。
4.5.2系统总压对化学平衡的影响（p49）
增加总压力，平衡向气体分子数减少的方向移动。
可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，对于有气体参加或生成的反应，压强增大，正、逆反应的即时速度均增大，但缩小体积方向的速度增大的倍数多，使平衡向缩小体积的方向移动。随之，缩小体积方向的速度逐渐减小，增大体积方向的速度逐渐增大，二者相等时，达到新的平衡。其它条件不变时，压强降低时，正、逆反应的即时速度都减小，但缩小体积方向的速度减小得更多，使平衡向增大体积的方向移动。压强对化学平衡移动的影响可分别用下列曲线表示：
①升压 ②降压
由曲线可以看出：压强对缩小体积方向的速度影响较大。
4.5.3温度对化学平衡的影响（p50）
与C、P对平衡移动的影响有本质不同，C、P改变，K不变；而T变，K也变。
如果正反应是吸热反应（ΔH＞0），则增加温度，K增加，平衡右移；
如果正反应是放热反应（ΔH＜0），则增加温度，K减少，平衡左移。
可逆反应达平衡时，正、逆反应速度相等。其它条件不变，升高温度时，正、逆反应的即时速度均增大，但吸热方向速度增大的倍数多，使平衡朝吸热的方向移动。随之，吸热方向的速度逐渐减小，放热方向的速度逐渐增大，二者相等时，达到新的平衡。其它条件不变，降温时，正、逆反应的即时速度均减小，但吸热方向速度减小得更多，使平衡朝放热方向移动。温度对化学平衡移动的影响可分别用下列曲线表示：
①升温 ②降温
从曲线可以看出：温度对吸热方向的速度影响较大。
4.5.4平衡移动原理--吕·查德里原理（p51）
综上所述。如果改变平衡体系中某个条件（C、P、T），平衡总向着减弱这个改变的方向移动。（只能应用于已达到平衡的系统）
4.6化学反应速率和化学平衡在工业中综合应用的举例（p54）
要设计一个化工生产过程，首先要考虑成本，∴在反应能够实施的情况下，考虑：充分利用原料，提高产量，缩短生产周期，降低成本。
①使一种价廉易得的反应物过量，以提高另一种原料的转化率；
②气体反应，增加压力使反应速率加快；但增加压力对反应设备要求较高，须综合考虑；
③大部分反应，T↑，V↑。对于吸热反应，还能增加转化率（平衡的移动）；但也须考虑：温度过高使物料分解，增加能源；
④催化剂，考虑催化剂的催化性、活化温度、价格、催化剂中毒等问题。
作业：4.13（p57）
