资源简介

(共34张PPT)
化 学 平 衡 常 数 的 计 算
学习目标：
1、提取信息计算化学平衡常数。
2、了解压强平衡常数的含义，并能进行简单计算。
3、多平衡体系平衡常数的计算。
三段式计算模式
化学平衡常数的表达式
例题讲解
一
二
Ⅰ、浓度平衡常数的计算
Ⅱ、压强平衡常数（Kp）的计算
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
（1）恒温恒压体系
（2）恒温恒容体系
化学平衡常数的计算
Ⅳ、其他形式平衡常数的计算
三
一、化学平衡常数的表达式
对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
1、浓度平衡常数的表达式：
K=
定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，用符号K表示。
在化学平衡体系中，用各气体物质的平衡分压替代物质的量浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数，用符号Kp表示。
2、压强平衡常数的表达式：
Kp=
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
(1)分析三个量：起始量、变化量、平衡量。
(2)明确三个关系
①对于同一反应物，起始量-变化量=平衡量。
②对于同一生成物，起始量+变化量=平衡量。
③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
二、三段式计算模式
对以下反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
(3)计算模式
二、三段式计算模式
(4)压强平衡常数Kp的计算步骤
提醒：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
例1、由γ-羟基丁酸生成γ-丁内酯的反应如下：
在298 K下，γ-羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol·L－1，测得γ-丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示。
t/min 21 50 80 100 120 160 220 ∞
c/mol·L－1 0.024 0.050 0.071 0.081 0.090 0.104 0.116 0.132
298 K时该反应的平衡常数K= 。
Ⅰ、浓度平衡常数的计算
三、例题讲解
298K的摄氏温度为25℃，水为液态，则该反应的平衡常数的表达式为
=2.75
解析：
当时间为∞时，反应达到平衡状态，结合表格中的数据，该反应的平衡常数为
设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl) :c(O2)=1:1的数据计算
K(400℃)= (列出计算式)。
例2、近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为：
4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl) :c(O2)分别等于1:1、4:1、7:1时HCl平衡转化率随温度变化的关系。
Ⅰ、浓度平衡常数的计算
三、例题讲解
由图像知，400℃时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：
解析：
4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)
起始(浓度) c0 c0 0 0
变化(浓度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡(浓度) (1-0.84) c0 (1-0.21) c0 0.42c0 0.42c0
则K=
例3、天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。在容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下（p）发生反应：C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp= （以平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
（1）恒温恒压体系
Ⅱ、压强平衡常数（Kp）的计算
三、例题讲解
设起始时通入的乙烷和氢气各为1mol，列出三段式：
解析：
C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)
起始(mol) 1 0 1
变化(mol) α α α
平衡(mol) 1-α α 1+α
分压(Pa)
p
p
p

平衡时气体的总物质的量为
n(总)= 1-α+α+1+α=(2+α) mol
例4、硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=-98kJ/mol。将组成（物质的量分数）为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，
平衡常数Kp= （以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。
（1）恒温恒压体系
Ⅱ、压强平衡常数（Kp）的计算
三、例题讲解
假设原气体的物质的量为100mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，且有2m+m+q=3m+q=100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系：
解析：
SO2(g) + O2(g) SO3(g)
起始(mol) 2m m 0
变化(mol) 2mα mα 2mα
平衡(mol) 2m(1-α) m(1-α) 2mα
分压(Pa)
平衡时气体的总物质的量为
n(总)= 2m(1-α)+m(1-α)+2mα+q
n(总)= (100-mα) mol
在该条件下，反应SO2(g) + O2(g) SO3(g)的
Kp=
例5、油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。已知H2S的热分解反应为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。在1470K、100kPa反应条件下，将n(H2S)：n(Ar)=1：4的混合气体进行H2S热分解反应。平衡时混合气体中H2S和H2的分压相等，H2S平衡转化率为 ，
平衡常数Kp= 。
（1）恒温恒压体系
Ⅱ、压强平衡常数（Kp）的计算
三、例题讲解
假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，列出三段式：
解析：
2H2S(g) = S2(g) + 2H2(g)
起始(mol) 1 0 0
变化(mol) x 0.5x x
平衡(mol) 1-x 0.5x x
平衡时气体的总物质的量为
n(总)= 1-0.5+0.25+0.5+4=5.25 mol

平衡常数为Kp=
4.76kPa

（2）恒温恒容体系
例6、环戊二烯( )是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
某温度，等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应：
(g)+I2(g) (g)+2HI(g)　ΔH>0，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，该反应的平衡常数Kp=__________Pa（以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。
Ⅱ、压强平衡常数（Kp）的计算
三、例题讲解
假设反应前碘单质与环戊烯均为nmol，平衡时环戊烯反应了xmol，则
解析：
(g) + I2(g) (g)＋2HI(g)　
增加的物质的量
xmol xmol xmol 2xmol xmol
根据题意可知： x=2n×20%
解得x=0.4n mol，环戊烯的转化率为0.4n/n×100%=40%
(g) + I2(g) (g) ＋ 2HI(g)　
起始(Pa) 0.5×105 0.5×105 0 0
变化(Pa) 0.5×105×40% 0.5×105×40% 0.5×105×40% 1×105×40%
平衡(Pa) 0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105
3.56×104
多平衡体系是指相互关联的若干平衡同时存在于一个平衡系统中,且至少有一种物质同时参与几个相互关联的平衡。
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
设出每个反应的变化量
由反应方程式表达出每个反应组分的变化量
表达整个反应体系各组分的平衡量
由题意求出未知数
数据分析可采用三段式法、守恒法等
任一反应K的计算应选用平衡体系中物质的平衡浓度
多平衡体系计算模型构建
三、例题讲解
注意：
任何物质只有一个平衡浓度！
例7、加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)+O2(g)，
②N2O3(g) N2O(g)+O2(g)。
在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为 。
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
三、例题讲解
解析：
设N2O5的转化浓度为x mol·L-1，N2O3的转化浓度为y mol·L-1。
① N2O5(g) N2O3(g)+O2(g)
② N2O3(g) N2O(g)+O2(g)
起始 (mol·L-1) 4 0 0
转化(mol·L-1) x x x
平衡(mol·L-1) 4-x x-y x+y
起始 (mol·L-1) x 0 x
转化(mol·L-1) y y y
平衡(mol·L-1) x-y y x+y
根据题意可知：
x=3.1
y=1.4
所以反应①的平衡常数K=
8.5
x+y=4.5
x-y=1.7
注意：
任何物质只有一个平衡浓度！
例8、在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s) PH3(g)＋HI(g)　①
4PH3(g) P4(g)＋6H2(g)　②
2HI(g) H2(g)＋I2(g)　③
达平衡时，体系中n(HI)=b mol，n(I2)=c mol，n(H2)=d mol，则t ℃时反应①的平衡常数K值为_____________(用字母表示)。
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
三、例题讲解
PH4I(s) PH3(g)＋HI(g)　①
4PH3(g) P4(g)＋6H2(g)　②
2HI(g) H2(g)＋I2(g)　 ③
根据题意可知，达平衡时，体系中n(HI)=b mol，n(I2)=c mol，n(H2)=d mol，因而可表示出各反应中物质的变化量（先表示反应③中各物质的变化量，因为I2只参加了反应③ ，再表示反应②，反应① ）：
解析：
变化(mol) 2c c c

变化(mol) b+2c b+2c



例9、一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：
(2)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2, 376.8 ℃时平衡常数Kp=1.0×104 Pa2，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则pICl=_____kPa, 反应2ICl(g)=Cl2(g)+I2(g)的平衡
常数K=_________________________( 列出计算式即可)。
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
三、例题讲解
解析：
且BaPtCl6(s) BaCl2(s)+Pt(s)+2Cl2(g)的平衡常数Kp=1.0×104 Pa2，
则平衡时p2(Cl2)=1.0×104 Pa2，即p(Cl2)=100 Pa。
根据题意可知， 376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：
BaPtCl6(s) BaCl2(s)+Pt(s)+2Cl2(g) 和Cl2(g)+I2(g) 2ICl(g)。
设到达平衡时I2(g)的分压减小p kPa，列出三段式：
Cl2(g)+I2(g) 2ICl(g)
开始(kPa) 20.0 0
变化(kPa) p 2p
平衡(kPa) 0.1 20.0-p 2p
376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1+20.0+p=32.5，解得p=12.4，
则平衡时pICl=2p kPa=2×12.4 kPa=24.8 kPa；
因为平衡时，I2(g)的分压为(20.0-p)kPa=(20×103-12.4×103)Pa，
Icl的分压为24.8 kPa=24.8×103Pa，Cl2的分压为0.1 kPa=100 Pa
因此反应2ICl(g)=Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=
Ⅲ、多平衡体系平衡常数的计算
三、例题讲解
例10、探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g) +H2O (g)
Ⅱ.CO (g)+2H2(g) CH3OH (g)
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO (g) +H2O (g)
回答下列问题：
(2)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol、CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，
反应Ⅲ的平衡常数为 。
解析：
根据题意可知，CO2和H2的起始物质的量分别1 mol和3 mol，反应达平衡时，容器中CH3OH为a mol，CO为b mol。可用未知数x、y、z分别表示三个反应中各物质的变化量：
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g) +H2O (g)
Ⅱ.CO (g)+2H2(g) CH3OH (g)
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO (g) +H2O (g)
变化(mol) x 3x x x
变化(mol) y 2y y
变化(mol) z z z z
因而:
x+y=a
z-y=b
x+z=a+b

平衡时，





Ⅳ、其他形式平衡常数的计算
三、例题讲解
例11、2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如下反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
回答下列问题：
(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3=9.0(Kx表示以物质的量分数表示的平衡常数)，则平衡体系中B的物质的量为______mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1=________。
根据题意可知，TAME的起始物质的量为1.0 mol ，TAME的平衡转化率为α，则平衡时n(TAME)=(1-α) mol。结合反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ的特征，则平衡时n(CH3OH)=α mol ，A和B的总物质的量n(A)+n(B)=α mol，因而反应体系内混合气体的总物质的量为n总= n(TAME)+n(CH3OH)+ n(A)+n(B)=1-α+α+α= (1+α) mol
解析：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
平衡时，设A和B的物质的量分别为x mol、y mol，已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3=9.0 (Kx表示以物质的量分数表示的平衡常数)
反应Ⅲ：
A B
根据Kx定义，则

x+y=α
另外，
解得，
x=0.1α
y=0.9α
所以平衡体系中B的物质的量为_ 0.9α _mol
根据Kx定义，则

根据题意可知，TAME的起始物质的量为1.0 mol ，TAME的平衡转化率为α，则平衡时n(TAME)=(1-α) mol。结合反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ的特征，则平衡时n(CH3OH)=α mol ，A和B的总物质的量n(A)+n(B)=α mol，因而反应体系内混合气体的总物质的量为n总= n(TAME)+n(CH3OH)+ n(A)+n(B)=1-α+α+α= (1+α) mol
解析：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
A B
平衡体系中A和B的物质的量分别为0.1αmol和 0.9αmol。
Ⅳ、其他形式平衡常数的计算
三、例题讲解
例12、氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运。在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
③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=100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压)。
解析：
根据图像可知，平衡时NH3、N2、H2的分压分别为120kPa、40kPa、120kPa ，
则反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的标准平衡常数

谢
谢
大
家

展开更多......

收起↑