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化学平衡常数
第二章 化学反应速率与化学平衡
化学平衡常数
学习目标
1. 理解化学平衡常数的概念，能正确书写给定可逆反应的平衡常数表达式。
2. 知道化学平衡常数的影响因素，能根据平衡常数判断可逆反应的热效应。
3. 了解化学平衡常数的应用，能利用平衡常数计算平衡时各物质的浓度、反应物的转化率，判断化学反应进行的方向。
课堂导入
在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，当达到化学平衡状态时，究竟有多少反应物转化为生成物 怎样才能定量地描述化学反应的限度呢？
序号 起始时的浓度(×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度(×10-3 mol·L-1) 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
c2(HI)
c(H2) c(I2)
48.38
48.61
49.54
48.48
48.71
48.81
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
示例：457.6 ℃ ，容积不变的密闭容器中发生反应：
课堂导入
一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值。(扣除实验误差)
课堂导入
科学家们通过大量数据验证，证明了上述结论成立，计算得出的定值称为化学平衡常数，用K来表示。
K ＝
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g)
一、化学平衡常数
K 为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数
K ＝
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
对于一般的可逆反应
m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g)
在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足的数学关系式为：
即时反馈
写出下列可逆反应的平衡常数表达式。
c(N2)·c3(H2)
c2(NH3)
K1＝
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)
3
2
N2(g)＋ H2(g) NH3(g)
1
2
c(N2)·c3(H2)
c2(NH3)
K2＝
c1/2(N2)·c3/2(H2)
c(NH3)
K3＝
以上所求的平衡常数K1 和K2、K3之间存在什么关系呢
一、化学平衡常数
平衡常数表达式书写的注意事项
1.表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度；
2.平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应；
3.固体、液体纯物质的浓度视为常数，在表达式中不出现；
(非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中)。
一、化学平衡常数
有气体参与的反应，也可以用平衡分压(总压p乘以各物质的物质的量分数)表示平衡常数(压强平衡常数)。
一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g) eC(g)＋d(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，表达式为：
pe(C) pf(D)
pm(A) pn(B)
Kp＝
pm(A)＝ px(A)
[px(C)]e [px(D)] f
[px(A)]m px(B)n
Kp＝
一、化学平衡常数
平衡常数不受浓度的影响，受温度影响。
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
示例：在容积不变的密闭容器中发生反应：
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
一、化学平衡常数
体系压强改变会影响平衡常数吗
压强改变可能会影响体系中物质的浓度，而浓度的改变不影响平衡常数。因此压强不影响平衡常数的大小。
一、化学平衡常数
影响化学平衡常数的因素
反应中物质的性质
内因
对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关。
外因
一、化学平衡常数
K ＝
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
结合平衡常数的表达式思考，K 的大小表示什么含义
m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g)
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；
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。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有性质的定量体现；
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。即：某个化学反应的平衡常数很大，可能化学反应速率却很小。
化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(反应的限度)
【例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 。
(1)求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。
【解】依题可知：起始时 c(CO) ＝ c(H2O) ＝ 0.01 mol·L-1，平衡时 c(CO) ＝ 0.005 mol·L-1，变化量 c(CO) ＝ 0.005 mol·L-1
CO(g) ＋H2O(g) CO2(g) ＋H2(g)
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
0.005 0.005 0.005
0.005 0.005 0.005
K＝ ＝ ＝1
c(CO2) c(H2)
c(CO) c(H2O)
0.005 × 0.005
0.005 × 0.005
CO的转化率为：
× 100%
＝ 50%
0.005 mol·L-1
0.01 mol·L-1
【例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 。
(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少 CO的转化率为多少
起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.03 0 0
变化浓度/(mol·L-1 ) x
平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.01－x
【解】依题可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1 ，c(H2O) ＝ 0.03 mol·L-1
x x x
设达到平衡状态时CO浓度的变化量为x mol·L-1
0.03－ x x x
K ＝ ＝
c(CO2) c(H2)
c(CO) c(H2O)
＝ 1
x2
(0.01 x) (0.03 x）
x ＝ 0.0075
(平衡常数只与温度有关)
CO的转化率为：
＝75%
× 100%
0.0075 mol·L-1
0.01 mol·L-1
CO(g) ＋H2O(g) CO2(g) ＋H2(g)
【例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 。
(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少 CO的转化率为多少
序号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡时CO的转化率
CO(g) H2O(g) 1 0.01 0.01 50%
2 0.01 0.03 75%
二、化学平衡常数的应用
应用
计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率
同一温度下，同一反应
投料方式1
投料方式2
投料方式3
转化率可能不同，平衡常数(K )相同
化学平衡1
化学平衡2
化学平衡3
二、化学平衡常数的应用
应用
利用平衡常数判断化学反应进行的方向
m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)
对于可逆反应：
＝Q
任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值
cp(C) cq(D)
cm(A) cn(B)
浓度商
达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的K
同一温度下：
Q ＝ K ，处于化学平衡状态
Q ＜ K ，向正反应方向进行
Q ＞ K ，向逆反应方向进行
【例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 。
(3)在该温度下， CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.375 mol ，反应一段时间后测得体系中CO的浓度为0.0025 mol·L-1 ，此时反应是否达到平衡状态
起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.0375 0 0
变化浓度/(mol·L-1 ) 0.0075 0.0075 0.0075 0.0075
某时刻浓度/(mol·L-1 ) 0.0025 0.03 0.0075 0.0075
【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1， c(H2O) ＝0.0375 mol·L-1，某时刻 c(CO) ＝ 0.0025 mol·L-1，减少了0.0075 mol·L-1
K＝ ＝ ＝0.75
c(CO2) c(H2)
c(CO) c(H2O)
0.0075 × 0.0075
0.0025 × 0.03
＜ 1
CO(g) ＋H2O(g) CO2(g) ＋H2(g)
此时不是化学平衡状态，反应在向正反应方向进行之中
随堂训练
1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　 )
A．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变
B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变
C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值
D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数
D
随堂训练
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
2．对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下：
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
3．在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是
①H2＋F2 2HF　K＝1047；
②H2＋Cl2 2HCl　K＝1017；
③H2＋Br2 2HBr　K＝109；
④H2＋I2 2HI　K＝1。
比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　 )
A．①②③④ B．④②③①
C．①④③② D．无法确定
A

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