资源简介

第一章
化学反应的热效应
第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节化学平衡
第2课时 化学平衡常数
本节重点
化学平衡常数及其计算
在457.6℃时，反应体系各物质的浓度如下表所示：
H2(g) + I2(g) ??2HI(g)
?
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
48.70
几乎相等
从正反应开始
从逆反应开始
????????(????????)????(????????·????(????????))?平均值
?
看表说话
通过分析在457.6℃时的实验数据得出：
(1)温度不变时，不管如何改变起始投料， 基本不变，是一个常数，用K表示，K = 48.70；
(2)常数K与反应的起始浓度大小无关；
(3)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。
仅与温度有关！
H2(g) + I2(g) ??2HI(g)
?
对于一般的可逆反应：mA(g) + nB(g) ? pC(g) + qD(g)
反应中的任意时刻
c p (C) ? c q (D)
c m (A) ? c n (B)
= Q 浓度熵
一定温度下，达平衡时：
c p (C) ? c q (D)
c m (A) ? c n (B)
＝ K
化学平衡常数K
当 浓度商Q = 平衡常数K 时，表明反应达到极限，即达到化学平衡状态。
注意：固体和纯液体的浓度为常数，通常不写入公式！
c 为任一时刻浓度
1、 概念
: 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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数。
表达式
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
K
=
cp(C)·cq(D)
cm(A)·cn(B)
对于一般的可逆反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
① c 为各组分的平衡浓度
②固体、纯液体不写入公式
【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。
主题1:化学平衡常数
1.写出下列反应的平衡常数K的表达式。
课堂检测
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+
当浓度的单位为 mol·L-1，称标准平衡常数，标准平衡常数不写单位。
溶液中的反应，平衡常数的表达式必须遵循离子反应!
FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl
平衡浓度(mol/L) a b c d
Fe3+ + 3SCN-
Fe(SCN)3
非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。
如酒精和醋酸的液相反应:
C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O
主题1:化学平衡常数
例1、写出下列反应的浓度平衡常数的表达式
①N2+3H2 2NH3
2②NH3 N2+3H2
③ N2 + H2 NH3
1
2
3
2
K1 = = K32
K2
1
①化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
②同一条件下，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
③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，平衡常数也会变为倍数幂。
主题1:化学平衡常数
①2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K1
②2NO2(g) N2O4 (g) K2
③2NO(g) +O2(g) N2O4 (g) K3
K3 = K1 ? K2
例2、写出下列反应的浓度平衡常数的表达式
④C (s) + CO2(g) 2CO(g) K
⑤C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K5
⑥CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K6
K =
K 6
K 5
多重平衡规则:
若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)
主题1:化学平衡常数
2. 化学平衡常数的影响因素
平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关
K只受温度的影响，与其他条件无关，换句话说K只是温度的函数，与反应的起始浓度大小无关。
主题1:化学平衡常数
3、平衡常数的意义:
——定量的衡量化学反应进行的程度
对给定的反应来说，K值越大，正反应程度越大，转化率越高；反之则转化率越低。?
下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}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。
主题1:化学平衡常数
4、平衡常数的应用
(1)衡量化学反应进行的程度
①一般认为：
K ＞105 ：正反应进行得较完全；
K ＜10-5 ：正反应很难进行；
10-5 ＜K ＜105 ：可逆反应。
②平衡常数数值大小，只能大致反映一个可逆反应的正向反应进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。与反应速率无关。
主题1:化学平衡常数
(2)判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行
对于可逆反应 mA(g)+nB(g) ? pC(g)+qD(g) 在一定温度的任意时刻时，Q(浓度商)为
c p (C) ? c q (D)
c m (A) ? c n (B)
Q =
QC＜K ，反应向正方向进行V正 > V逆
,
QC＝K ，反应处于平衡状态V正 = V逆
QC＞K ，反应向逆方向进行V正 < V逆
4、平衡常数的应用
主题1:化学平衡常数
高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) ?Fe(s)+CO2(g) (条件省略)
已知1100℃，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)=0.1mol·L-1 在这种情况下：
(1)该反应是否处于平衡状态_____(填“是”或“否”)；
(2)此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）；
(3)此时化学反应速率是ν正 _____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。
课堂检测
Qc =
c(CO2)
c(CO)
=
0.025mol·L-1
0.1mol·L-1
=0. 25
＜K
否
正向
大于
(3) 判断可逆反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应。
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
升温，平衡向吸热反应方向移动！
K增大，说明平衡正向移动，因此正反应方向为吸热反应；
K减小，说明平衡逆向移动，因此逆反应方向为吸热反应；
例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH＜0 ，平衡常数与温度的关系如下：
△
4、平衡常数的应用
温度
623K
698K
763K
平衡常数
66 .9
54.4
45.9
?
主题1:化学平衡常数
课堂检测
在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO2(g) + H2(g) ?CO(g) +H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式K= 。
（2）该反应为 反应（选填“吸热”、“放热”）。
（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。
A. 容器中压强不变 B. 混合气体中c(CO)不变
C. v正(H2)=v逆(H2O) D. c(CO2)=c(CO)
（4）某温度下，平衡浓度符合下式： c(CO2)·c(H2) = c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 ℃。
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
吸热
BC
830
化学平衡计算的基本模式——“三段式法”

起始: a b 0 0
转化:
平衡:
nx px qx
mx
a-mx b-nx px qx
(1)这里a、b可指物质的量、浓度等。
(2)转化量与化学方程式中各物质的计量数成比例。
(3)利用“三段式法”可求算Q、K、转化率等。
主题2:有关化学平衡常数的计算
例1.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，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K＝________。
【解析】　(1) H2S(g) + CO2(g) ? COS(g）+ H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
变化/mol x x x x
平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x
由题意得：x/[（0.40－x）＋（0.10－x）＋x＋x]＝0.02，解得：x＝0.01
H2S的平衡转化率α1＝0.01 mol/0.40 mol×100%＝2.5%。
K＝c（COS）·c（H2O）)/c（H2S）·c（CO2） ＝1/351 ≈ 2.8×10－3。
主题2:有关化学平衡常数的计算
例2、加热N2O5时，发生下列两个分解反应：
N2O5 N2O3＋O2 ， N2O3 N2O＋O2；
在1L密闭容器中加热4mol N2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50 mol/L， N2O3的浓度为1.62 mol/L，求其他各物质的平衡浓度。
解：
起
变
平
4 mol
0
0
x
x
x
4 mol - x
N2O5 N2O3＋O2
x
0
x
y
y
y
x - y
y
x +y
N2O3 N2O＋O2
x – y = 1.62
x +y = 4.50
解得：
x = 3.06 mol
y = 1.44 mol
故：c (N2O5) = (4 – 3.06) mol / 1L=0.94 mol/L
c(N2O)= 1.44 mol / 1L=1.44 mol/L
主题2:有关化学平衡常数的计算
4.已知CO(g) + H2O(g) ? CO2 (g) +H2 (g) 800℃ K = 1.0 ；求恒温恒容体系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4开始，达到平衡时CO和H2O(g)的转化率。
课堂检测
c(CO) : c(H2O) = 1:4 时
CO + H2O ? CO2 + H2
起始c 1 4 0 0
转化c
平衡c

解得 x = 0.8
α(CO)= 80% α(H2O)= 20%
(1-x)(4-x )
x2
K = =1
c(CO) : c(H2O) = 1:1 时
CO + H2O ? CO2 + H2
起始c 1 1 0 0
转化c
平衡c

解得 x = 0.5
α(CO)= 50% α(H2O)= 50%
(1-x)(1-x )
x2
K = =1
x x x
1-x 1-x x x
x
x x x
1-x 4-x x x
x
增大一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，而本身的转化率减小。
压强平衡常数
在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数Kp
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)
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×????????????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＋…
主题2:有关化学平衡常数的计算
压强平衡常数
计算技巧
(1)直接根据分压强计算压强平衡常数
例1、用测压法在刚性密闭容器中研究T ℃时4NO(g)?N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示：
反应时间/min
0
10
20
30
40
压强/MPa
15.00
14.02
13.20
12.50
12.50
(1)20 min时，NO的转化率α=________%
(2)T ℃时，4NO(g)?N2(g)＋2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数)
48
0.1
主题2:有关化学平衡常数的计算
压强平衡常数
计算技巧
(2)根据“某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压：某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)第四步，根据压强平衡常数计算公式代入计算
主题2:有关化学平衡常数的计算
压强平衡常数
计算技巧
(2)根据“某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数
例2、在温度T下，容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生2H2(g)＋2NO(g)?N2(g)＋2H2O(g)，起始压强为p0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p=0.9p0，则NO的平衡转化率α(NO)=________(保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp=________(用含p的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数，且某气体的分压＝总压×该气体的物质的量分数)
33.3%
9/(16p0)
主题2:有关化学平衡常数的计算
例3、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= 。
5/3
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!
主题2:有关化学平衡常数的计算
课堂小结

化学平衡常数
浓度熵
化学平衡常数
c p (C) ? c q (D)
c m (A) ? c n (B)
Q =
任意时刻
平衡时
c p (C) ? c q (D)
c m (A) ? c n (B)
K =
意义:定量的衡量化学反应进行的程度
与平衡常数有关的计算
“三段式法”
Thank you for watching

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