1、专题二 化学反应速率和化学平衡第二单元第二单元 第三节第三节化学平衡常数化学平衡常数一定条件下，可逆反应_完全进行，存在一定的反应限度。不能N2(g)3H2(g)2NH3(g)高温、高压催化剂影响生产效益描述例：可逆反应：例：可逆反应：2NO2(g) N2O4 (g)，在，在25下，下，如果用不同起始浓度的如果用不同起始浓度的NO2和和N2O4进行反应，平衡后进行反应，平衡后得到如下数据：得到如下数据：起始时浓度起始时浓度 mol/L平衡时浓度平衡时浓度mol/L平衡时平衡时2.0010-206.3210-36.8410-3 3.0010-208.0010-31.1010-202.0010-2
2、9.4610-31.5210-200.1002.2810-28.8610-21.081.381.613.89171172170170一、化学平衡常数（一）概念：化学平衡常数:是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也无论反应物起始浓度的大小,最后都能达到平衡,这时各种生成物浓度的计量数次方的乘积除以各反应物浓度的计量数 次方的乘积所得的比值。它是个常数，这个常数称为化学平衡常数，简称（平衡常数），符号为K。（二）表达式： 对于反应: mA(g) + nB (g) pC(g) + qD(g)用c(A)、c(B)、c(C)、c(D)表示各物质的平衡浓度，则化学平衡常数表达式为
3、：c (C) c (D) pqc (A) c (B) mnK请写出下表中各反应的平衡常数表达式请写出下表中各反应的平衡常数表达式序号反应 N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g) 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g) 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) Cr2O72-(aq) + H2O(l) 2CrO42-(aq) + 2H+(aq) FeO（s）+CO（g） Fe（s）+CO2（g）AgCl（s） Ag（aq）+Cl（aq）如果反应中有固体和纯液体参加，它如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中，因们的浓度不应写在平衡
4、关系式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平为它们的浓度是固定不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。如：各溶质的浓度。如：二、书写平衡常数关系式的规则2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)()()(22232OcSOcSOcK)()()(22OHcHcCOcK 稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中，如：度也不必写在平衡关系式中，如：Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+Kc=CrO42-2H+2 / Cr2O72-
5、（3 3）、同一化学反应，可以用不同的化）、同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，每个化学方程式都有自学反应式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。例：例： N2O4（g） 2NO2（g） K1 = NO22/N2O4 1/2N2O4（g） NO2（g） K2 = NO2/N2O41/2 1/3N2O4（g） 2/3NO2（g） K3 = NO22/3/N2O41/3三个三个K K值有何关系？值有何关系？（4 4）、多重平衡规则）、多重平衡规则 若干方程式相加若干方程式相加( (减减) )，则总反应的平，则总反应的平衡常数衡常
6、数 等于分步平衡常数之乘积等于分步平衡常数之乘积( (商商) )例例1:2NO (g) + O2 (g) 2NO2 1:2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1K1 2NO2 (g) N2O4 2NO2 (g) N2O4 (g) K2(g) K2 2NO (g) +O2(g) 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g)N2O4 (g)例例2: C (s) + CO2(g) 2CO(g) 2: C (s) + CO2(g) 2CO(g) K K C (s) + H2O (g) CO C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1(g) + H2 (g) K1 C
7、O (g) +H2O (g) CO2 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2(g) + H2 (g) K2 则 三 者 的 关 系 为则 三 者 的 关 系 为_ _ K =_K = K1 / K2K1 K2 （5）、同一化学反应，正、逆反应的平衡常数）、同一化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数互为倒数2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) K2例如例如: 2NO(g) + O2(g) : 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K12NO2(g) K1则有：则有：K2 = _1 / K1注意事项注意事项 (1) (1)化学平衡常数只与温度有关化学
8、平衡常数只与温度有关, ,与反应物或生成物的浓度变化与反应物或生成物的浓度变化无关。无关。 (2) (2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时反应物或生成物中有固体或纯液体存在时, ,由于其浓度可看由于其浓度可看作作“1”“1”而不代入公式。而不代入公式。 (3) (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 若反应方向改变若反应方向改变, ,则平衡常数改变。则平衡常数改变。 若化学方程式中各物质的化学计量数成比例扩大或缩小若化学方程式中各物质的化学计量数成比例扩大或缩小, ,尽尽管是同一反应管是同一反应, ,平衡常数也会改变。平衡常数也会改变。2.
9、在在2000K时时,反应反应CO(g)+1/2O2(g) CO2(g)的平衡的平衡常数为常数为K，则相同温度下反应，则相同温度下反应2CO2(g) 2CO(g) + O2(g)的平衡常数为（的平衡常数为（ ） A、1/K B、K2 C、（、（1/K）2 D、（、（K）-1/2C 1.已知已知450时，反应时，反应H2(g)+I2(g) 2HI(g) k=50，由此推测在由此推测在450 时，反应时，反应2HI(g) H2(g)+I2(g)的化的化学平衡常数为（学平衡常数为（ ） A.50 B. 0.02 C.100 D.无法确定无法确定BK K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例值越大，说明
10、平衡体系中生成物所占的比例 _ _ _ _，它的正向反应进行的程度它的正向反应进行的程度_，即该反应进行得越，即该反应进行得越_，反应物转化率反应物转化率_；反之，正向反应进行的程度就越；反之，正向反应进行的程度就越_，转化率就转化率就_。一般地说，。一般地说，_时，该反应进行得就基本时，该反应进行得就基本完全了。完全了。越大越大越大越大完全完全越大越大不完全不完全越小越小K K 105105三 、化学平衡常数的意义观察下表，思考为什么不同反应之间的观察下表，思考为什么不同反应之间的K K值相差如此之大？值相差如此之大？四、化学平衡常数的应用。 （1）化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标
11、志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。 （2）可以利用平衡常数的值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。如：对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) +qD(g) ，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度如下关系：Qc =C（C） pC（D） qC（A） mC（B） nQc ,叫做该反应的浓度商。Qc K，反应向正反应方向进行Qc = K，反应处于平衡状态Qc K，反应向逆方向进行(3)利用可判
12、断反应的热效应若升高温度，值增大，则正反应为吸热反应若升高温度，值减小，则正反应为放热反应 根据某反应的平衡常数K随温度变化的情况，可判断该反应是放热反应还是吸热反应。若降低温度，值增大，则正反应为放热反应若降低温度，值增小，则正反应为吸热反应（4）K值与温度的关系温度改变，化学平衡常数一定发生变化五、有关化学平衡的计算： 起始量、变化量、平衡量的计算关系在反应aA(g)+bB (g) cC (g)+ dD (g)中，计算关系为：aA(g)+ bB (g) cC (g)+ dD (g)起变平n1n200 ax bxcxdxn1-ax n2-bxcxdx单位统一已知条件计量系数之比加、减计算、物
13、质浓度的变化关系：、反应物：平衡浓度 起始浓度变化浓度、生成物：平衡浓度 起始浓度变化浓度、各物质的变化浓度之比 反应式计量系数之比、反应物的转化率：反应物转化为生成物的百分率100 反应物起始浓度反应物变化浓度反应物转化率)( 利用平衡常数利用平衡常数,求平衡时各组分的浓度求平衡时各组分的浓度例例1. 在某温度下在某温度下,将将H2和和I2各各0.10 mol 的气态混合物充的气态混合物充入入10 L的密闭容器中的密闭容器中,充分反应充分反应,达到平衡后达到平衡后,测得测得c(H2)=0.008 0 mol/L。(1)求反应的平衡常数。求反应的平衡常数。(2)在上述温度下在上述温度下,将将H
14、2和和I2各各0.20 mol 的气态混合物充的气态混合物充入该密闭容器中入该密闭容器中,试求达到平衡时各物质的浓度。试求达到平衡时各物质的浓度。（1） H2 + I2 2HI 起始浓度起始浓度/molL-1 0.010 0.010 0变化浓度变化浓度/molL-1 0.002 0 0.002 0 0.004 0平衡浓度平衡浓度/molL-1 0.008 0 0.008 0 0.004 0答：平衡常数为答：平衡常数为0.25。（2） H2 + I2 2HI 起始浓度起始浓度/molL-1 0.020 0.020 0变化浓度变化浓度/molL-1 x x 2x平衡浓度平衡浓度/ molL-1 0
15、.020-x 0.020-x 2x答答:平衡时平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L解之得解之得 x=0.004 0 mol/L平衡时平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L利用平衡常数利用平衡常数,求平衡时反应物的转化率求平衡时反应物的转化率例例2 在密闭容器中在密闭容器中,将将2.0 mol CO和和10 mol H2O混合加混合加热到热到 800 C，达到下列平衡，达到下列平衡: K=1.0求求CO转化为转化为CO2的转化率。的转化率。设达到平衡时设达到平衡时CO转化为转化为CO
16、2的物质的量为的物质的量为x,容器的容积容器的容积为为V。 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 起始浓度：起始浓度：平衡浓度：平衡浓度：变化浓度变化浓度: xV xV xV xV x2=(2.0-x)(10-x)=20-12x+x2CO转化为转化为CO2的转化率为：的转化率为：答：答：CO转化为转化为CO2的转化率为的转化率为83%。(1-x)(1-x )x2K = =1 (1-x)(4-x )x2K = =1 增大一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，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而本身的转化率减小结论：结论：2、将6mo
17、l A气体和5mol B气体混合放入4L密闭容器中，发生下列反应：3A (g) + B (g) 2C (g) + xD (g) ，经过5min达到化学平衡，此时生成C为2mol，测得D的反应速率为0.1mol/Lmin，计算：、x的值；、平衡时B的转化率；、A的平衡浓度。3A (g) + B (g) 2C (g) + xD (g)解：起变平mol650020.154133422、 2 : x 2 : (0.154) x 2 、2010051100 起变BBBnn LmolLmolnCAA75.043V、平 3、加热N2O5时，发生下列两个分解反应： N2O5 N2O3O2 ， N2O3 N2O
18、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。解析：这是一个连续平衡的计算，计算思路为：第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量解： N2O5 N2O3O2N2O3 N2OO2起变平mol400 x x x4- x x x x 0 xyyy x - yy x +y 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 / 1
19、L=1.44 mol/L 4、在密闭容器中，用等物质的量的A和B发生下列反应： A (g) + 2B (g) 2C (g) 反应达到平衡时，若混合气体中A 和B的物质的量之和与C的物质的量相等，求B的转化率解：A (g) + 2B (g) 2C (g)起变平 n n0 x 2x 2x n - x n - 2x 2x由题意可知： n - x + n - 2x = 2 x x = 0.4n%80%1008.0%100 nnnnB起变 解题的一般步骤： 列出三栏数据根据题意列方程求解气体反应计算时经常使用的推论：2121 nnPP ：、恒温恒容时2121 nnVV ：、恒温恒压时总总nmM 、总总Vm 、
