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第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
第二课时 化学平衡常数
【思考】在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？在457.6℃时反应体系I2(g) + H2(g) 2HI(g)中各物质的浓度如图所示
序号 起始时浓度mol/L 平衡时浓度mol/L 平衡时
c0(H2) c0(I2) c0(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0.01197 0.006944 0 0.005617 0.0005936 0.01270 48.37
2 0.01228 0.009964 0 0.003841 0.00125 0.01687 48.62
3 0.01201 0.008403 0.0 0.004580 0.0009733 0.01486 49.54
4 0 0 0.01520 0.001696 0.001696 0.01181 48.49
5 0 0 0.01287 0.001433 0.001433 0.01000 48.70
6 0 0 0.03777 0.004213 0.004213 0.02934 48.50
平均值 48.70
从正反应开始
从逆反应开始
计算公式
几乎相等
新课导入
（2）无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定，
的值也 。
（1）无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时只要温度一定，
的值 。
近似相等
近似相等
（3）分析上表数据可知，该反应在457.6℃达到平衡时，
是一个 。
常数
化学平衡状态时浓度数据分析：
浓度商的概念与表达式
1 浓度商的概念与表达式
(2) 表达式
对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)，浓度商Qc ＝
(1) 浓度商的概念:在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，称为浓度商，常用Qc表示。
化学平衡常数的概念与表达式
二、化学平衡常数的概念与表达式
1．化学平衡常数的概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。
2．表达式
例如：mA + nB pC + qD
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
=
cp(C)·cq(D)
cm(A)·cn(B)
其中c为各组分的平衡时浓度
【注意】固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
H2O： 液态时，不能代入平衡常数表达式；
气态时，需要代入平衡常数表达式。
化学平衡常数的概念与表达式
3.化学平衡常数表达式和任意时刻浓度熵的区别
K=
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
化学平衡常数：
浓度商：
c 为平衡浓度
c 为任一时刻浓度
①在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，都为浓度商，而化学平衡常数，是在一定温度下，可逆反应达到平衡时的浓度商。
②当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明该反应已达到化学平衡状态。
化学平衡常数的概念与表达式
练习1：写出下列反应的平衡常数K的表达式。
① C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)
② FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
③ 2KClO3(s) KCl(s) + 3O2(g)
④ Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+
化学平衡常数的概念与表达式
练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式
① N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
② N2(g) + H2(g) NH3(g)
③ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
注意观察三者之间的关系！
K1 = = K22
注意：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
①若反应方向改变，则平衡常数改变。
②若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。
平衡常数与方程式的关系
注意：1．若干方程式相加，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积；若干方程式相减，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之商；
2.对于同一可逆反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数；
3．若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的 n 次幂或 1/n 次幂。
练习3：已知方程式A(g) C(g) K1 和 B(g) D(g) K2
用K1、K2表示下列反应的平衡常数。
（1）C(g) A(g) K3 = __________
（2）2B(g) 2D(g) K4 = __________
（3）A(g) + B(g) C(g) + D(g) K5 = __________
（4）2A(g) + D(g) B(g) + 2C(g) K6 = __________
1/ K1
K1·K2
K2
2
K1/K2
2
平衡常数的影响因素及意义
化学方程式 平衡常数 ( K )
F2(g) + H2(g) 2HF(g) 6.5 ×1095
Cl2(g) + H2(g) 2HCl(g) 2.57 ×1033
Br2(g) + H2(g) 2HBr(g) 1.91 ×1019
I2(g) + H2(g) 2HI(g) 8.67 ×102
数据分析
结论：平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关。（内因）
25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数
平衡常数的影响因素及意义
数据分析
序号 起始浓度(×10-2 mol·L-1) 不同温度下的平衡常数(K )
c(H2) c(I2) c(HI) 457.6 ℃ 425.6 ℃ 25 ℃
1 1.197 0.694 0 48.38 54.51 867
2 1.228 0.996 0 48.61 54.62 867
3 1.201 0.840 0 49.54 54.21 867
4 0 0 1.520 48.48 54.10 867
5 0 0 1.287 48.71 54.42 867
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
在容积不变的密闭容器中发生反应：
结论：平衡常数不受浓度的影响，受温度影响。（外因）
平衡常数的影响因素及意义
K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大
K
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：
化学方程式 平衡常数 K
F2+H2 === 2HF 6.5×1095
Cl2+H2 === 2HCl 2.57×1033
Br2+H2 === 2HBr 1.91×1019
I2+H2 2HI 8.67×102
平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关
K 值越大，说明平衡体系中生成物的比例越大，正反应进行的程度越大 ，即该反应进行得越完全，反应物的转化率越大。
K只受温度的影响，与反应物或生成物浓度无关。
平衡常数的影响因素及意义
化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度
1.K值越大，表示反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大。一般来说，对于同类型的化学反应，K≥105时可认为该反应进行得基本完全了。
2.K值越小，表示反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。同样地，K ≤10-5则认为这个反应很难进行。
3.化学平衡常数的大小反映的是反应进行的程度大小，并不涉及反应时间和化学反应速率。也就是说，某个化学反应的平衡常数很大，可能化学反应速率却很小。
平衡常数的影响因素及意义
判断可逆反应的进行方向
Q＜K ，反应向正方向进行
Q＝K ，反应处于平衡状态
Q＞K ，反应向逆方向进行
在等温条件下，对于一般的可逆反应：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，
Q=
平衡常数的影响因素及意义
判断可逆反应的热效应
在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。与压强、起始浓度、起始反方向均无关。
若升高温度,K增大，正反应是吸热反应；
若升高温度,K减小，正反应是放热反应。
【例】不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的平衡常数与温度的关系如表所示，可以判断该可逆反应的正方向是______反应。
温度 623K 698K 763K
平衡常数 66 .9 54.4 45.9
放热
化学平衡常数的相关计算
计算模型——三段式法
例：在某温度下，将H2和I2各0.10mol气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(H2)=0.0080mol/L
(1)求该反应的平衡常数和H2的转化率；
(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度和H2的转化率。
已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率
知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率
巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量n或c为x。
化学平衡常数的相关计算
(1)计算平衡转化率
用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。
对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：
转化率是对反应物而言的
化学平衡常数的相关计算
(2)平衡时A的体积分数：φ(A)＝
(3)平衡时和开始时压强之比： ＝
(4)生成物产率＝×100%
×100%
＝
其他类型平衡常数
1.压强平衡常数Kp
一定温度下，气相反应：aA(g)＋bB(g)　　cC(g)＋dD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示。
混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，即pB＝p总×
分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，
即p总＝pA＋pB＋pC＋…
其他类型平衡常数
例1、一定温度下，在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，起始总压强为P0，发生反应：2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)
达到平衡后，压强为原来的5/6。
该温度下反应的平衡常数Kc= 、Kp= 。
2
6/P0
例2、一定温度下，在初始体积为1L的恒压密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，起始总压强为P0 Pa，发生反应：
2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)
达到平衡后，体积为原来的5/6。
该温度下反应的平衡常数Kc= 、Kp= 。
5/P0 Pa-1
友情提醒：(1)恒温恒容，P变，算Kp要小心；(2)恒温恒压，V变，算Kc要小心!
5/3
其他类型平衡常数
mA(g)+nB(g) eC(g)+fD(g)
达平衡时，令各物质的量分数分别为x(A)、x(B)、x(C)、x(D)，
则有物质的量分数平衡常数Kx=
2.物质的量分数平衡常数Kx
其他类型平衡常数
H2S与CO2在高温下发生反应：
H2S(g)＋CO2(g) COS(g) ＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，压强为P0 Pa，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
H2S的平衡转化率α1＝ %，
反应平衡常数Kc＝ 、Kp＝ 、Kx＝ 。
2.5
2.8×10－3
2.8×10－3
结论：当△n(g)=0时，Kc=Kp=Kx
2.8×10－3
其他类型平衡常数
在该温度下，反应的标准平衡常数Kθ= 。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g)， ，其中pθ=100kPa，p(G)、p(H)、p(D)、p(E)为各组分的平衡分压)。
某兴趣小组对反应2NH3(g) N2(g) ＋3H2(g)进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1molNH3通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
0.48
NH3
H2
N2
3.标准平衡常数Kθ
随堂训练
1．下列关于平衡常数K 的说法中，正确的是( )
①平衡常数K 只与反应本身及温度有关　
②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K　
③加入催化剂不改变平衡常数K　
④平衡常数K 只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关
A．①②　 B．②③ C．③④ D．①③
D
随堂训练
2. 3molA和2.5molB混合于2L的密闭容器中发生反应：
3A(g)+B(g) aC(g)+2D(g)，
5min后达到平衡，已知v(c)=0.05 mol /(min·L)，生成D为1 mol。下列选项正确的是（ ）
A. v (A)=0.1 mol/(L·min) B. a=2
C.平衡时B的转化率为20% D.平衡时压强为起始时的0.8倍
C
随堂训练
3．对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下：
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g) B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)＋C(g) D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g) D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是(　　 )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
B
随堂训练
4.五氯化磷(PCl5)是有机合成中重要的氯化剂，可以由三氯化磷(PCl3)氯化得到：PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)△H=-93.0kJ/mol。某温度下，在2.0L密闭容器中充入1.0molPCl3和0.5molCl2，一段时间后反应达平衡状态，实验数据如下表所示，下列说法不正确的是
A．0～150s内，PCl3的反应速率为0.0012mol/(L s)
B．反应至250s，该反应放出的热量为37.2kJ
C．该温度下，此反应的化学平衡常数数值为40/3
D．在此温度下，该密闭容器中若初始充入1.0molPCl3、1molCl2、2.0molPCl5，则应向逆反应方向进行
t/s 0 50 150 250 350
n(PCl5)/mol 0 0.21 0.36 0.40 0.40
D
随堂训练
5.目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。
(1)恒容容器中，对于以上反应，能加快反应速率的是________(填字母)。
A．升高温度　　　B．充入He C．加入催化剂 D．降低压强
(2)在容积为2 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得CO2的物质的量随时间变化如表所示。
t/min 0 2 5 10 15
n(CO2)/mol 1 0.75 0.5 0.25 0.25
①从反应开始到5 min末，用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)＝ ；
②反应达到平衡状态时，此时H2的转化率为________。
AC
0.15 mol/(L·min)
75%
随堂训练
(3)在相同温度、容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是________(填字母)。
a．CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再变化
b．v生成(CH3OH)＝v消耗(CO2)
c．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶1∶1∶1
d．容器中混合气体的密度保持不变
e．H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1
5.目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。
ae
THANKS

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