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专题2 化学反应速率与化学平衡
/ 化学平衡常数 /
学习目标
1.知道化学平衡常数的含义，会写化学平衡常数表达式。
2.能运用化学平衡常数进行简单计算。
3.运用化学平衡常数判断反应进行的程度。
课堂导入
起始浓度/(mol·L－1) 平衡浓度/(mol·L－1) 平衡时浓度关系 c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)
2.00×10-2 0 6.32×10-3 6.84×10-3
3.00×10-2 0 8.00×10-3 1.10×10-2
0 2.00×10-2 9.46×10-3 1.52×10-2
0 0.100 2.28×10-2 8.86×10-2
1.08
1.71×102
1.38
1.72×102
1.61
1.70×102
3.89
1.70×102
我们常需知道可逆反应达到平衡状态，多少反应物转化成了生成物以及它们浓度间关系。例如：2NO2(g) N2O4(g)，室温下，不同起始浓度反应平衡后得以下数据，请填写空格，并归纳各物质浓度关系。
结论：25℃，不同起始浓度反应平衡后的近似相等。
一、化学平衡常数
通过大量实验数据得出：
1. 一定温度下，可逆反应aA+bB cC+dD，平衡比值是一个常数；
2. 这个常数与反应的起始浓度大小无关；
3. 这个常数与正向建立还是逆向建立平衡无关，即与平衡建立的过程无关。
一、化学平衡常数
2．表达式
对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到
平衡时，K＝
_____________。
1．概念
一定温度下，达到化学平衡的可逆反应，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(简称平衡常数)，用符号K表示。
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。
3．意义
K的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
一、化学平衡常数
例1. 下表为25℃，卤化氢生成反应的平衡常数，根据表中数据，分析K值有怎样的变化规律，哪个反应进行的最为完全？
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
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。
K值最大
一、化学平衡常数
序号 初始浓度×10-2 mol·L-1 平衡浓度×10-2 mol·L-1 平衡常数
K
c0(H2) c0(I2) c0(HI) c平(H2) c平(I2) c平(HI) 698.6 K 1 1.067 1.196 0 0.183 1 0.312 9 1.76 7
2 0 0 1.069 0.1141 0.1141 0.8410
730.6 K 3 1.228 9.964 0 0.3841 0.1524 1.687
4 0 0 1.520 0.1696 0.1696 1.181
54.5
54.3
根据表中数据计算平衡常数K值，并分析K与温度的关系。
48.6
48.5
H2(g) +I2(g) 2HI(g)
ΔH=-9.48 kJ·mol－1
总结：(1)K受温度影响，温度相同时，K相同；
(2)同温时，K与浓度无关，与平衡建立过程无关；
(3)升温，放热反应的平衡逆向移动，K减小。
一、化学平衡常数
(2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。
减小
增大
4．影响因素
(1)内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素 。
①放热反应，温度升高，K值 ；
②吸热反应，温度升高，K值 。
一、化学平衡常数
化学方程式 平衡常数表达式
①2NO2 N2O4
②N2O4 2NO2
③NO2 N2O4
④2Fe3＋＋Fe 3Fe2＋
⑤Br2＋H2O H＋＋Br -＋HBrO
例2．写出下表中各反应的平衡常数表达式
同一化学反应，K正、K逆互为倒数
K与化学方程式书写形式有关
K
K
K
纯液体其浓度可看作1不代入公式
固体浓度可看作1不代入公式
一、化学平衡常数
使用化学平衡常数应注意的问题
1. K只是温度的函数，与浓度、压强、催化剂无关；
2. 反应未达到平衡，K无意义，计算K时，浓度是指平衡浓度；
3. 固体和纯液体其浓度可看作“1”不代入公式；
4. 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，则新K与原K互为倒数关系。
如：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1；2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K2，则K1 K2=1。
②若方程式中各物质的化学计量数均扩大n倍，平衡常数变为原来的n次方倍
即K2=K1n。
一、化学平衡常数
①写出K1和K2的关系式： ；
②写出K2和K3的关系式： ；
③写出K1和K3的关系式： 。
K2·K3＝1
特别提示：
两反应的平衡常数分别为K1、K2，若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。
化学平衡—化学反应研究的“参照系”
一定温度下
正向反应
逆向反应
同时存在
平衡时各物质的量或浓度不再改变，反应物转为生成物的量达最大值。
v(正)＝v(逆)≠0
化学平衡常数
m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g)
定量描述
K
温度改变
改变平衡状态
提高或降低反应物转为产物的程度
二、平衡转化率
1.定义：某一反应物的平衡转化率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。
2.表示： α × 100%
或α
3.意义：在一定温度和一定起始浓度下，α越大，说明反应进行的程度越大。
二、平衡转化率
特别提醒：
多种反应物参加反应时，增大一种物质的浓度，可以增大其他物质的转化率，而此物质本身转化率会减小。
例4．某合成氨工厂测得进入合成塔中N2和H2混合气体的物质的量为4 mol，且二者等物质的量，从合成塔中出来的混合气体的物质的量为3.5 mol，则N2的转化率为 。
解析 根据N2＋3H2 2NH3，可知混合气体减少的刚好是生成NH3的量，故生成
NH3 0.5 mol，消耗掉N2 0.25 mol，故N2的转化率为：×100%＝12.5%。
12.5%
思考讨论：若增大混合气体中H2的浓度，则反应物的转化率是否均增大？
三、化学平衡常数的应用
1．表示可逆反应进行的程度
K越大，说明反应进行的程度越大，反应物的转化率也越大；
K越小，说明反应进行的程度越小，反应物的转化率也越小。
若升高温度，K增大，则正反应为 反应；
若升高温度，K减小，则正反应为 反应。
吸热
放热
2. 判断反应的热效应
3．利用平衡常数可计算物质的转化率、物质的量分数和平衡浓度等。
三、化学平衡常数的应用
C．升高体系温度，平衡常数K减小
D．增加C(s)的量，v正增大
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
解析 A．C为固体，无浓度变化，因此 K ，A错误；
B．K只受温度影响，与压强无关，B正确；
C．正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K增大，C错误；
D．C为固体，增加固体， v无影响，D错误。
B
例5．对于反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH>0，下列有关说法正确的是 ( )
A．平衡常数表达式为K
三、化学平衡常数的应用
例6．在一定体积的密闭容器中进行化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数和温度的关系如下表所示：
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝_________________。
(2)该反应为______(填“吸热”或“放热”)反应。
吸热
温度升高，K增大，故升高温度，平衡正向移动，则正反应为吸热反应。
特 别 提 醒
1. 化学平衡发生移动，K不一定变化；化学平衡不发生移动，K一定不变化；
K变化，则化学平衡一定发生移动。
2. 使用催化剂，只能改变化学反应速率，化学平衡不发生移动，K不发生变化。
3. 对于一个确定的可逆反应，温度一定，平衡常数只有一个，但平衡常数与平衡转化率之间存在一定的关系，用平衡常数可以计算平衡转化率，也可用平衡转化率计算平衡常数。
课堂总结
一、化学平衡常数（K）
(3) K值大小标志反应能达到的最大限度，K值越大，反应越完全。
(1) K与温度有关。
(2) K与方程式写法有关。
二、化学平衡常数的应用
(2)判断反应的热效应
(3)利用平衡常数可计算物质的平衡浓度、物质的量分数和转化率等。
(1)判断可逆反应进行的程度
提升训练
起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.01 0 0
变化浓度/(mol·L-1 ) 0.005
平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.005
1．将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。
列出三段式：
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
0.005 0.005 0.005
0.005 0.005 0.005
α(CO)
K
解析
K1
α(CO)
提升训练
2．可逆反应：2A(g)＋3B(g) 4C(g)＋D(g)，已知起始浓度c(A)＝4 mol·L－1，c(B)＝3 mol·L－1，C、D浓度均等于0，反应开始2 s后达到平衡状态，此时D的平衡浓度为0.5 mol·L－1，则下列说法不正确的是( )
A．反应速率v(C)＝1 mol·L－1·s－1 B．C的平衡浓度为4 mol·L－1
C．A的转化率为25% D．B的平衡浓度为1.5 mol·L－1
解析 2A(g)＋3B(g) 4C(g)＋D(g)
c(起始)/mol·L－1 4 3 0 0
c(转化)/mol·L－1 1 1.5 2 0.5
c(平衡)/mol·L－1 3 1.5 2 0.5
v(C)＝ =1 mol·L－1·s－1
2 mol·L－1
α(A)
B

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