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化学平衡常数
专题２ 化学反应速率与化学平衡
苏教版 选择性必修1
1、了解化学平衡常数的含义、表达式及影响因素。
2、了解平衡转化率的含义。
3、能够利用平衡常数进行简单计算。
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。
达到平衡时，反应了多少？
二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应： 2NO2(g) N2O4(g)
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。
起始浓度/mol·L-1 平衡浓度/mol·L-1 平衡浓度关系 c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)
c2(NO2)
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
1.38
1.60
3.89
171.25
171.88
169.85
170.44
温度相同
起始浓度不同
反应途径不同
平衡浓度不同
比值近似相同
表 2-6 二氧化氮-四氧化二氮体系中各物质的物质的量浓度（25 ℃）
一、化学平衡常数
大量实验事实表明，对对于如下可逆反应：
在一定温度下，无论反应的初始状态如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度代入以下关系式，结果是一个定值。
K称作该反应的化学平衡常数(化学反应限度的一个特征值)。
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
注意：平衡常数和反应的起始浓度大小无关；平衡常数K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。
关于化学平衡常数的叙述，正确的是(　　)
A．只与化学反应方程式本身和温度有关
B．只与反应的温度有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
A
1、化学平衡常数的意义
表 2-7 卤化氢生成反应的平衡常数（25 ℃）
请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义。
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
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。
K值依次减小
最为完全
如何判断可逆反应进行的程度？
K <10－5 10－5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全
注意：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。
2、化学平衡常数的影响因素
表2-8 合成氨反应的平衡常数与温度的关系
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.6kJ·mol-1
可逆反应平衡常数的有什么特点？使用条件是什么？
①、平衡常数随温度的变化而变化，使用时要注明温度。
②、对于放热反应，平衡常数随着温度的升高而降低。
3、书写平衡常数表达式的注意事项
化学平衡常数与
化学计量数有关。
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。
写出下列反应的平衡常数的表达式。
（1）H2(g)+I2(g) 2HI(g)
（2）FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
（3）CH3COOH(aq) CH3COO-(aq)+H+(aq)
（4）BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)
4、平衡常数与方程式的关系
写出下列可逆反应的化学平衡常数表达式：
（1）2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) K1=_______
（2）SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g) K2=________
（3）2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) K3=_________
其中：K1与K2的关系是_________ ，K1与K3的关系是________。
K1=K22
若化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。
正、逆反应的平衡常数互为倒数。
写出下列反应的平衡常数的表达式
①、2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g) ΔH1 K1
②、2NO2(g) N2O4 (g) ΔH2 K2
③、2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) ΔH3 K3
K3 =K1 K2
ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为:
K1、K2、K3三者关系为:
ΔH3=ΔH1+ΔH2
已知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
若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝K1/K2
1、已知下列反应的平衡常数：
①、H2(g) + S(s) H2S(g) K1
②、S(s) + O2(g) SO2(g) K2
则反应③、H2(g) + SO2(g) O2(g) + H2S(g)的平衡常数是( )
A.K1 + K2 B.K1–K2 C.K1×K2 D.K1/K2
D
①-②
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.加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
C.ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 D.增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
C
化学平衡——化学反应研究的“参照系”
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。
二、平衡转化率
1、平衡转化率的意义：
在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度，此时转化率最大。
2、平衡转化率的表达式：
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。
关注的是可逆反应达平衡状态时，某反应物发生转化的物质的量与总物质的量的比值。
一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
仔细阅读体会教材62-63页的例题1和例题2，体会化学平衡常数的计算方法以及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的方法。
【例1】某温度下，向10 L真空容器中注入1.00 mol H2(g)和1.00 mol 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。
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0.0200 mol·L－1？为什么？
隐含条件：平衡常数相同
平衡浓度的求算
在有关化学平衡的计算中，平衡浓度的求算是非常关键的环节。通常将反应物转化的量设为 x，利用已知条件找到关于 x 的等量关系，然后列方程求解。例如，本题的解题思路为：① 、设反应物转化的量为 x ；
② 、用含 x 的式子表示出各物质的平衡浓度；
③ 、通 过平衡常数表达式列出方程式；
④ 、求解所列方程式。
【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800 ℃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。
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。
隐含条件：平衡常数相同
3、平衡转化率与某反应物浓度的关系
CO(g) + H2O(g) CO2(g) +H2(g)
序号 起始浓度/（mol·L-1） 平衡时CO的转化率 平衡时H2O的转化率
CO（g） H2O（g） 1 0.01 0.01 50% 50%
2 0.01 0.03 75% 25%
多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。
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。
K=6.7×103 α=88%
1、某温度下，在2 L的恒容密闭容器中充入气体A和气体B发生反应生成气体C，反应过程中各组分的物质的量随反应时间的变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．t1时刻反应达到平衡状态
B．B的平衡转化率为10%
C．该反应的化学方程式可表示为：A+3B 2C
D．该温度下，反应的平衡常数为300
C
2、t ℃时，在体积不变的密闭容器中，发生反应：X(g)＋3Y(g)??2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如下表：
物质 X Y Z
初始浓度/ (mol·L－1) 0.1 0.2 0
2 min末浓度(mol·L－1) 0.08 a b
平衡浓度/ (mol·L－1) 0.05 0.05 0.1
下列说法正确的是(　　)
A．平衡时，X的转化率为20%
B．t ℃时，该反应的平衡常数为40
C．增大平衡后的体系压强，v(正)增大，v(逆)减小，平衡常数增大
D．前2 min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝0.03 mol·L-1·min-1
D
三、压强平衡常数(Kp)
一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。
CO2的分压为______ kPa，CO的分压为________ kPa。
该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。
0.27a
0.6a
0.4a　

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