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选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第二单元 化学反应的方向与限度
3 化学平衡常数
化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。在生产和科学实验中，人们常常需要知道，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物，反应物和生成物的浓度之间又有怎样的定量关系。
二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：
交流讨论
如果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。
请根据表2-6中的已知数据填写空格，并总结归纳平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的关系。
大量实验事实表明，对于如下可逆反应：
在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度代入以下表达式，得到的结果是一个定值。
我们把这个定值称为该反应的化学平衡常数，简称平衡常数。平衡常数K的大小能说明反应进行的程度（也叫反应的限度）。K值越大，表示反应进行得越完全；K值越小，表示反应进行得越不完全。
由表2-7中的数据可知，生成卤化氢的平衡常数K值从上到下依次减小，反应进行的程度也依次减小。在上述反应中，生成氟化氢的反应进行得最为完全。
阅读表2-8和表2-9，思考可逆反应平衡常数的特点和使用条件，总结书写平衡常数表达式的注意事项。
观察思考
平衡常数随反应温度的变化而变化，在使用平衡常数时应注明温度。固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中。
在一定温度下，化学反应达到平衡状态，正、逆反应速率相等，平衡混合物中各组分的物质的量或浓度不再随时间发生变化，此时由反应物转化为生成物的量达到最大值，可用化学平衡常数K表示反应的限度。因此，以化学平衡为“参照系”，可以判断某温度下该反应的限度，可以通过改变温度来改变平衡状态，提高或降低反应物转化为产物的程度。
学科提炼
化学平衡——化学反应研究的“参照系”
除化学平衡常数外，还可以运用平衡转化率表示一定温度下某反应的限度。某一反应物的平衡转化率α等于该物质在反应中已转化的量（如物质的量、物质的量浓度等）与该物质起始总量的比值，可表示为：
反应的平衡转化率可以表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。利用化学平衡常数可求算一定温度和起始浓度下反应物的转化率。
分析下列两则例题，请归纳解题思路和关键步骤，并思考问题1和问题2。
【例1】某温度下，向10 L真空容器中注入1.00 mol H2 (g)和1.00mol I2(g)，反应达平衡状态后I2(g)的浓度为0.020 0 mol·L－1。试
求该温度下H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的平衡常数。
观察思考
解：依据题意可知，起始时c (H2) = c (I2) =0.100 mol·L－1，平衡时c (H2) = c (I2) = 0.020 0 mol·L－1，生成的c (HI) = 0.160 mol·L－1。
H2(g) ＋I 2(g) 2HI(g)
答：该反应的平衡常数为64.0。
【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800 °C达到下列平衡：
CO(g)＋H2O(g) CO2 (g)＋H2(g) K = 1.00
若反应开始时CO和H2O的浓度均为0.200 mol·L－1，求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。
解：设达到平衡时被转化的CO的物质的量浓度为x mol·L－1。
答：平衡时CO转化为CO2的转化率为50%。
请根据上述解题过程，回答如下问题：
问题1 若向例1的10 L真空密闭容器中注入2.00 mol HI，保持与例1相同的温度，达到平衡时，容器中H2和I2的浓度是否也是0.020 0 mol·L－1？为什么？请利用例1的结果验证你的结论。
问题2 若将例2中H2O的起始浓度增大至0.400 mol·L－1，其他条件不变，则CO的平衡转化率会发生什么变化？请参考例2，计算验证你的结论。
化学平衡常数和平衡转化率可以指导我们选择反应的条件，预测一定条件下反应的限度，调控化学工艺过程，对提高化工生产的效益有直接的指导意义。
850 K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10－3 mol·L－1、8.0×10－3 mol·L－1和4.4×10－2 mol·L－1。
（1）计算该温度下反应2SO2 (g)＋O2 (g) 2SO3 (g)的平衡常数。
（2）计算达平衡时SO2的转化率。
学以致用
Cr2O72- + H2O
2CrO42- + 2H+
Fe3O4(s)+4H2(g)
高温
3Fe(s)+4H2O(g)
1.写出下列可逆反应的平衡常数表达式
课堂训练
②2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数 K=3.10×1026。则在该温度下，两个化学反应程度之间的关系为（ ）
A．①＞② B．①＜②
C．①＝② D．不能确定
2.在相同的温度下，已知反应：
①N2(g)+O2(g) 2NO(g)的平衡常数K=3.84×10-31；
B
3.在某温度下，可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是( )
A．K值越小，达到平衡时，反应物的转化率越大
B．K值越大，达到平衡时，生成物的含量越大
C．反应物的转化率越大，达到平衡时，K值越大
D．温度越高，达到平衡时，K值越大
B
4.下列有关化学平衡常数的说法中正确的是( )
A．化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化
B．平衡常数发生变化，化学平衡必发生移动
C．改变温度，平衡常数一定改变
D．催化剂能改变达到平衡的时间，必引起平衡常数的改变
B、C
5.25 ℃时反应N2(g)+O2(g) 2NO(g)的平衡常数K=1×10-30，下列说法中正确的是( )
A．由于反应速率太慢，25 ℃时，几乎不发生反应
B．25 ℃时N2和O2基本上没有进行反应
C．平衡时NO实际上几乎全部分解为N2和O2
D．可以研究选择适当的催化剂，在该条件下利用此反应固定氮气
B、C
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谢
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