1、第2节 化学反应的限度联 想 质 疑 在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合成氨的反应：成氨的反应：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 高温、高压催化剂 该反应在一定条件下不可能进行完全，即存在一定的限度。反应限度对人类的生产生活和日常生活有着重要影响。因此，对化学反应来说，仅研究化学反应的方向是远远不够的，还需要关注化学反应的限度问题。那么，怎样才能定量地描述化学反应的限度呢？化学反应中反应物的转化程度会受哪些因素的影响呢？一、化学平衡常数表中所列为测量反应 在698.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得的
2、数据。H2(g)I2(g) 2HI(g)初始浓度/(molL1)平衡浓度/(molL1)C始（H2） C始（I2） C始（HI） C平（H2） C平（I2） C平（HI）0.010670.0119600.001830.003130.01767 0.011350.0090400.003560.01250.015590.011340.0075100.004570.000740.01354000.004490.000480.000480.00353000.010690.001140.001140.00841c平2(HI)c平(H2) c平(I2)1.根据表中的实验数据计算平衡时的 值，将计算结果填入
3、表中。2.分析计算所得数据，寻找其中的规律。c平2(HI)c平(H2) c平(I2)54.6154.2154.0854.4254.51（2）该常数与反应的起始浓度大小无关；（3）该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。结论：（1）温度为 698.6K，平衡时， 为常数；c平2(HI)c平(H2) c平(I2)通过分析实验数据发现：一、化学平衡常数1.定义 温度一定时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数（简称平衡常数）。aAbB cC+dD注意：对于有纯固体和纯液体参与的反应，纯固体和纯液
4、体不列入平衡常数表达式中交 流 研 讨1.写出下表中各反应的平衡常数表达式和单位。反应K单位 N2(g)+ H2 (g) NH3(g)(molL-1)-1N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g)(molL-1)-22NH3(g) N2(g)+3H2 (g) (molL-1)21 1、对于一个反应，其平衡常数的表达式是唯一的吗？平衡常数的表达式与哪些因素有关？不唯一。化学平衡常数的表达式取决于化学方程式的系数，对于确定反应还与温度有关。2 2、对于一可逆反应，其正反应和逆反应的K有什么关系？互为倒数，单位不同。3 3、如果浓度的单位是molL-1，将浓度单位代入化学平衡常数表达式，可得到K的
5、单位。由上述结果分析K的单位与反应的化学方程式存在什么关系？ K的单位与化学方程式的书写方式相对应。交 流 研 讨反应K单位NH3H2O(aq) NH4+(aq)+OH(aq)molL-1FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)1AgCI(s) Ag+(aq)+CI(aq)(molL-1)2c平(NH4+)c平(OH) c平(NH3H2O)c平(CO2) c平(CO)c平(Ag+)c平(Cl) 交 流 研 讨1.写出下表中各反应的平衡常数表达式和单位。化学反应K2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) (570 K)约为1059 mol1 LPCl3(g) +
6、Cl2(g) PCl5(g) (470 K) 约为1 mol1 L2HCl(g) H2(g) + Cl2(g) (300 K)1033资 料 在 线反应的平衡常数及可能进行的程度如果反应的平衡常数的数值在105左右，通常认为反应可进行得比较完全，相反，如果一个反应的平衡常数数值在10-5左右，则认为这个反应很难进行。2 2、能反映化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值越大，说明反应进、能反映化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全。行得越完全。3 3、对于确定反应的平衡常数数值大小、对于确定反应的平衡常数数值大小只与温度只与温度有关有关4 4、升高温度，吸热反应方向的、
7、升高温度，吸热反应方向的K K 增大，放热反应方向的增大，放热反应方向的K K 减小。减小。注意事项：1 1、对于有纯固体和纯液体参与的反应，纯固体和纯液体不列入平衡常数、对于有纯固体和纯液体参与的反应，纯固体和纯液体不列入平衡常数表达式中表达式中思考：如何判断一个化学反应是否达到了平衡状态呢？浓度商（Q）对可逆反应对可逆反应aA(g)+bB(g)aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) cC(g)+dD(g) 的任意状态的任意状态 Q 与 K QK QKQK 反应进行的方向正向平衡状态逆向在一定温度下，可用浓度商Q与K比较大小来判断是否达到平衡。二、平衡转化率用平衡常数K表示反应限度有
8、时不够直观，因此在实际应用中用平衡转化率来表示一定条件下的反应限度。对于化学反应：aA + bB cC + dD，反应物A的平衡转化率可以表示为：(A) = 100%初始时A的物质的量 - 平衡时A的物质的量初始时A的物质的量 物质的平衡转化率越大，表示反应程度越大。 对于溶液体系和恒容的气态反应体系，可以用物质的量浓度进行计算。例1 化学反应化学反应2SO2SO2 2(g)+(g)+O O2 2(g)(g) 2SO2SO3 3(g)(g)是硫酸制造工业的基本反应。将是硫酸制造工业的基本反应。将0.050mol SO0.050mol SO2 2(g)(g)和和0.030mol O0.030mo
9、l O2 2(g)(g)注入体积为注入体积为1.0L1.0L的密闭反应器，并置于的密闭反应器，并置于某较高温度下的恒温环境中，达到化学平衡后，测得反应器中有某较高温度下的恒温环境中，达到化学平衡后，测得反应器中有0.044mol 0.044mol SOSO3 3(g)(g)，求该温度下反应的，求该温度下反应的平衡常数及平衡常数及SOSO2 2、O O2 2的平衡转化率的平衡转化率。 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 初始浓度/(molL1) 0.050 0.030 0 转化浓度/(molL1)平衡浓度/(molL1) 0.044 0.044 0.044 0.022 0.0060.
10、008 K = =c平2(SO2) c平(O2)c平2(SO3) =c始(SO2)-c平(SO2)c始(SO2)100%=88%=6.7103mol-1L(0.006 molL-1)20.008 molL-1(0.044 molL-1)20.050 molL-1-0.006 molL-10.050 molL-1c始(O2)-c平(O2)c始(O2)100%=73%0.030 molL-1-0.008 molL-10.030 molL-1 100% 例2 1200时测得反应H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)的平衡常数K为2.25。若反应从H2(g)和CO2(g)开始，且H2(g)
11、和CO2(g)的初始浓度均为0.0100molL-1时，计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。 解：设平衡时生成的H2O(g)的浓度为X。 H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)初始浓度/(molL1) 0.0100 0.0100 0 0 转化浓度/(molL1) 平衡浓度/(molL1) xx xxx 0.0100-x 0.0100-x 有关于化学平衡问题的计算，可按一定步骤建立模式，确定各个量之间的关系进行计算。我们把这种方法称为“三段法三段法”。其中，转化的物质的量（物质的量浓度）满足系数比。小结：对于反应物：n平n始n变对于生成物：n平n始n变观 查 思
12、考 对于1 200 时的反应CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g) 初始浓度/(molL-1)平衡转化率/%c始(CO2)c始(H2)(H2)(CO2)A0.010 00.010 06060B0.010 00.012 05465C0.010 00.008 06653观察表中的数据，你能得出什么结论？(1)同一化学反应，不同物质的平衡转化率 。(2)增大H2的浓度，CO2转化率的变化是 ，H2转化率的变化是 。(3)减小H2的浓度，CO2转化率的变化是 ，H2转化率的变化是 可能相同，可能不同增大减小减小增大由以上分析可以发现，提高氢气在原料气组成中的比例，可使二氧化碳的平衡转化率提高；同理，提高二氧化碳在原料气组成中的比例，可使氢气的平衡转化率提高。 在化工生产中，根据以上原理，常常通过增加某一种廉价、易得的反应物的浓度来提高另一种昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本。结论结论1 1：两种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，而该反应物的转化率会降低。结论结论2 2：当两种反应物按照方程式系数比进行投料时，平衡时反应物的平衡转化率相等。
