《化学平衡常数》刘建

第二单元化学反应的方向和限度第3课时化学平衡常数专题2化学反应速率与化学平衡刘建化学平衡状态时各反应物和生成物的浓度间的定量关系2NO2(g)N2O4(g)表2-6NO2(g)－N2O4(g)平衡体系中各物质的物质的量浓度（25℃）起始浓度(mol/L)平衡浓度(mol/L)平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)2.00×10-206.32×10-36.84×10-33.00×10-208.00×10-31.10×10-202.00×10-29.46×10-31.52×10-200.1002.28×10-28.86×10-2c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)c(NO2)21.081.381.72×1021.71×1021.611.70×1023.891.70×1021.填写下表中的空格2.分析表中数据，总结归纳化学平衡状态时各反应物和生成物的浓度间的定量关系讨论、小结：是一个定值。即：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数。问题：请大家阅读教科书P48页关于平衡常数的定义，并找出其中的关键词。c(N2O4)c2(NO2)2.数学表达式：化学平衡常数1.定义：在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物以反应分子数为次幂的浓度的乘积与反应物以反应分子数为次幂的浓度的乘积之比为一个常数，这个常数叫化学平衡常数对于一般的可逆反应：aA+bBcC+dDK=c(C)·c(D)cdc(A)·c(B)abCr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Fe3O4(s)+4H2(g)高温3Fe(s)+4H2O(g))H(c)N(c)NH(cK232321)NH(c)H(c)N(cK322322)H(c)N(c)NH(cK//22322133N2+3H22NH32NH3N2+3H2N2+H2NH31232根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。)H(c)OH(cK2424)()()(2722242OCrcHcCrOcK化学平衡常数2.使用平衡常数应注意的问题化学平衡常数（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的快慢，即速率大，K值不一定大（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达如：)H(c)OH(cK2424一定温度下Fe3O4(s)+4H2(g)高温3Fe(s)+4H2O(g)2.使用平衡常数应注意的问题（4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓度可不表达)()()(2722242OCrcHcCrOcK一定温度下Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+如：化学平衡常数（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关)H(c)N(c)NH(cK232321)NH(c)H(c)N(cK322322)H(c)N(c)NH(cK//22322133K1=1/K2=K322.使用平衡常数应注意的问题例如，在某温度下：N2+3H22NH32NH3N2+3H2N2+H2NH31232化学平衡常数K1与K2=K3的关系？多重平衡规则例1:2NO(g)+O2(g)2NO2K12NO2(g)N2O4K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)KK=K1K2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)K与K1、K2的关系？例2:C(s)+CO2(g)2CO(g)KC(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)K1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K2K=K1/K2K与K1、K2的关系？（6）利用K值可判断某状态是否处于平衡状态2.使用平衡常数应注意的问题)B(c)A(c)D(c)C(c'KnmqpK′＜K，v正＞v逆，反应向正方向进行K′＝K，v正＝v逆，反应处于平衡状态K′＞K，v正＜v逆，反应向逆方向进行则：如某温度下，可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：化学平衡常数（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的快慢，即速率大，K值不一定大（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达（4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓度可不表达（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关（6）利用K值可判断某状态是否处于平衡状态小结2.使用平衡常数应注意的问题3.影响平衡常数的因素①与反应物的浓度无关；②与压强的大小无关；③与反应有无催化剂无关；④只与温度有关。注意：使用平衡常数时必须指明是在哪一温度下进行的可逆反应表2-8N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应放热)的平衡常数与温度的关系T/K373473573676773K3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103CO(g)＋H2O(g)CO2(g)+H2(g)(正反应吸热)的平衡常数与温度的关系T/K373473573676773K1.86×10-52.2×10-43.8×10-33.27×10-20.15升高温度，放热反应K减小，吸热反应K增大4.平衡常数意义K值越大，反应进行的程度越大（越完全）。当K＞107时，可以认为反应完全，反应为不可逆反应K值越小，反应进行的程度越小（越不完全）。当K＜10-7时，可以认为未发生反应，反应不能进行表示可逆反应进行的程度(即反应的限度)表2-7卤化氢生成反应的平衡常数(25℃)8.67×102H2＋I22HI1.91×1019H2＋Br22HBr2.57×1033H2＋Cl22HCl6.5×1095H2＋F22HF平衡常数K化学方程式5.反应物的平衡转化率某反应物的转化率(α)=该反应物已转化的量该反应物的起始总量×100%＝该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度×100%反应的平衡转化率能表示在一定温度、一定起始浓度下反应进行的限度。反应的化学平衡常数则表示在一定温度、各种起始浓度下反应进行的限度。6.有关平衡常数、转化率的简单计算【例1】某温度下，向10L真空容器中注入1.00molH2和1.00molI2(g)，反应平衡后I2(g)的浓度为0.0200mol/L。试求该温度下反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数。H2(g)＋I2(g)2HI(g)解：各物质的起始浓度(mol/L)0.1000.1000各物质的平衡浓度(mol/L)0.02000.02000.160K＝c2(HI)c(H2)·c(I2)＝(0.160)2(0.0200)2＝64.0答：平衡常数为64.0【例2】在一密闭容器中，CO和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的浓度分别为0.200mol/L和1.00mol/L。求反应达到平衡时CO转化为CO2的转化率。CO(g)＋H2O(g)CO2(g)+H2(g)解：各物质的起始浓度(mol/L)0.2001.0000各物质的平衡浓度(mol/L)1.00-x0.200-xxx＝＝1.00答：平衡时CO转化为CO2的转化率为83.0%设达到平衡时被转化的CO的浓度为xmol/LK＝c(CO2)c(CO)·c(H2O)·c(H2)x2(0.200-x)(1.00-x)解方程得x＝0.166CO转化为CO2的转化率为0.1660.200×100%＝83.0%有关化学平衡的计算计算常用关系式(1)反应物的平衡浓度=起始浓度–消耗浓度(2)生成物的平衡浓度=起始浓度+生成浓度某反应物的转化率(α)=该反应物已转化的量该反应物的起始总量×100%(3)（4）恒温恒容下：P平P始n平n始（5）恒温恒压下：V平V始n平n始(6)克拉贝龙方程：PV=nRT(7)混合气体平衡相对分子质量：M=m总n总有关化学平衡计算的解题模式●思路和方法：建立模式、确定关系、依照题意、列出方程对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)n起始(mol)n变化(mol)n平衡(mol)ab00mxnxpxqxa-mxb-nxpxqx①若已知A的转化率为α，则有：mxa×100%=α②若已知D的体积分数为β%，则有：qxa-mx+b-nx+px+qx×100%=β%③若已知起始和平衡时的压強，则有：a+ba-mx+b-nx+px+qxP起P平=④若已知平衡时混合气体的平均相对分子质量，则有：aMA+bMBa-mx+b-nx+px+qxM=平衡三步曲1.在一定温度下，将等物质的量A和B充入一密闭容器中，发生如下反应：A(g)+2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若A和B的物质的量之和与C相等，则此时A的转化率为()A．50%B．60%C．40%D．70%【巩固练习】2.在一个固定体积的密闭容器中，放入3LX和2LY,,在一定条件下反应：4X(气)+3Y(气)2Q(气)+nR(气)达到平衡后，容器内温度不变，容器内压强比原来增加5%,X的浓度减小1/3，则反应方程中的n值为()A.5B.3C.6D.2CC3.在一定温度下，向容积不变的密闭容器中通入8molSO2和4molO2后，容器中的压强为3.03×105Pa，经一段时间后，反应达到平衡，测得容器中的压强为2.22×105Pa，试计算平衡时SO2的物质的量和转化率。注意解题过程的规范性，包括严密、简明、有条理和准确性。1.6mol，80%4.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的浓度分别为0.200mol·L-1和1.00mol·L-1，求达到平衡时CO转化为CO2转化率是多少？平衡常数和转化率的计算c(平)/mol·L-10.200－x1.00－xxx解得:x=0.166解：设平衡时CO2和H2的浓度为xmol·L-1K=x2(0.200－x)(1.00－x)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c(始)/mol·L-10.2001.0000c(变)/mol·L-1xxxx=1.00c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)=平衡常数和转化率的计算答:平衡时CO转化为CO2转化率是83.0%。（CO）=×100%=83.0%0.1660.200平衡常数和转化率的计算