1、第二单元第二单元 化学反应的方向和限度化学反应的方向和限度我们知道，在一定条件下的可逆反应存在我们知道，在一定条件下的可逆反应存在化学平衡状态。那么，当达到化学平衡状化学平衡状态。那么，当达到化学平衡状态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定的关系？的关系？计算一定条件下，不同起始浓度的二氧化氮或四氧计算一定条件下，不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，达到平衡后各物质平衡浓度之间化二氮进行反应，达到平衡后各物质平衡浓度之间的关系。的关系。通过计算同学们是否发现什么规律？其中浓度的
2、指通过计算同学们是否发现什么规律？其中浓度的指数与化学方程式有何关系？数与化学方程式有何关系？如果反应物或生成物不止一种，情况又如何呢？如如果反应物或生成物不止一种，情况又如何呢？如在一定条件下，可逆反应在一定条件下，可逆反应 H2+I2(g)2HI，起，起始以及平衡时各物质的浓度如下表所示。他们的浓始以及平衡时各物质的浓度如下表所示。他们的浓度间存在何种关系？度间存在何种关系？讨论、小结：讨论、小结：c 2(HI)c(H2)c(I2)是一个定值。是一个定值。即：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积即：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。与反应物浓度
3、系数次方的乘积之比为一常数。问题：问题：请大家阅读教科书请大家阅读教科书P48页关于平衡常数的页关于平衡常数的定义，并找出其中的关键词。定义，并找出其中的关键词。其中其中c为各组分的为各组分的平衡浓度平衡浓度，温度一定，温度一定，K为定值为定值。)()()()(BcAcDcCcKbadc 大量实验事实表明，对下列可逆反应：大量实验事实表明，对下列可逆反应：aA+bB cC+dD在在一定温度一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应下，无论反应物的起始浓度如何，反应达达到到平衡状态平衡状态后，将后，将各物质各物质的的物质的量浓度物质的量浓度满足下满足下面关系：面关系：Cr2O72-+H2O 2C
4、rO42-+2H+Fe3O4(s)+4H2(g)高温高温3Fe(s)+4H2O(g)H(c)N(c)NH(cK232321)NH(c)H(c)N(cK322322)H(c)N(c)NH(cK/22322133N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H2 N2+H2 NH31232根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反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。应的平衡常数表达式。)H(c)OH(cK2424)()()(2722242OCrcHcCrOcK分析表分析表2-8中的数据，你能得出什么结论？中的数据，你能得出什么结论？（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态）必须指明
5、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）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，快慢，即速率大，K值不一定大值不一定大（3）在进行）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式值的计算时，固体不作考虑，表达式 中不需表达中不需表达如：如：)H(c)OH(cK2424一定温度下一定温度下Fe3O4(s)+4H2(g)高温高温3Fe(s)+4H2O(g)（4）在进行）在进行K值的计算时，稀溶液中的值的计算时，稀溶液中的H2O的浓的浓 度可不表达度可不表达)()()(2722242OCrcHcCrOcK一定温度下一定温度下Cr2O72-+H2O 2Cr
6、O42-+2H+如：如：（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关）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/22322133K1 =1/K2 =K32例如，在某温度下：例如，在某温度下：N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H2 N2+H2 NH31232（6）利用）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态值可判断某状态是否处于平衡状态)B(c)A(c)D(c)C(cKnmqp K K，v正正 v逆逆，反应向正方向进行反应向正方向进行K K，v正正 v逆逆，反应处于平衡状态反应处于平衡
7、状态KK，v正正 v逆逆，反应向逆方向进行反应向逆方向进行则：则：如某温度下，可逆反应如某温度下，可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡常数为平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：下：（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态）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）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的的 快慢，即速率大，快慢，即速率大，K值不一定大值不一定大（3）在进行）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达中不需表达（4）在进行）
8、在进行K值的计算时，稀溶液中的值的计算时，稀溶液中的H2O的浓度的浓度可不表达可不表达（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关（6）利用）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态值可判断某状态是否处于平衡状态小小 结结通过讨论我们知道了化学平衡常数的定义和表达通过讨论我们知道了化学平衡常数的定义和表达式的书写。大家是否产生疑问，提出化学平衡常式的书写。大家是否产生疑问，提出化学平衡常数的概念有什么意义？对我们研究化学反应进行数的概念有什么意义？对我们研究化学反应进行的程度有什么帮助呢？的程度有什么帮助呢？分析教科书分析教科书P45页表页表2-7，你能找
9、出规律吗？，你能找出规律吗？K值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。时该反应进行的程度（反应的限度）。（1）K值越大，表明反应进行的程度越大；反之则越值越大，表明反应进行的程度越大；反之则越小。小。（2）K值与浓度无关，随温度变化而变化值与浓度无关，随温度变化而变化)()()()(BcAcDcCcKbadcaA+bB cC+dD如果给出一定温度时的某个可逆反应的平衡常数，如果给出一定温度时的某个可逆反应的平衡常数，能否通过其他一些数据的测定，判断该反应的某状能否通过其他一些数据的测定，判断该反应的某状态是否处于平衡状态
10、呢？态是否处于平衡状态呢？讨论、小结讨论、小结：我们可以通过测出某一时刻体系中各物质的浓度，我们可以通过测出某一时刻体系中各物质的浓度，然后假设反应已经达到平衡，计算出平衡常数，与然后假设反应已经达到平衡，计算出平衡常数，与给定的平衡常数比较。如果相等，则假设成立，也给定的平衡常数比较。如果相等，则假设成立，也就是说反应已达到平衡；如果不相等，则没有达到就是说反应已达到平衡；如果不相等，则没有达到平衡平衡。平衡转化率平衡转化率100%=该反应物的该反应物的起始浓度起始浓度该反应物的该反应物的平衡浓度平衡浓度该反应物的起始浓度该反应物的起始浓度 可可逆反应在一定条件下达到平衡时，逆反应在一定条件
11、下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率为：某一反应物的平衡转化率为：除了化学平衡常数外，还有没有其他方法除了化学平衡常数外，还有没有其他方法能用来表示化学反应进行的限度呢？能用来表示化学反应进行的限度呢？平衡转化率的意义：能表示在一定温度和一定平衡转化率的意义：能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。起始浓度下反应进行的限度。【例【例1】某温度下，向某温度下，向10L真空容器中注入真空容器中注入1.00 mol H2(g)和和 1.00 mol I2(g)，反应平衡后，反应平衡后I2(g)的浓度为的浓度为0.020 0 molL-1。试求该温度下。试求该温度下 H2(g)+I2(g)2H
12、I(g)的平衡常数。的平衡常数。平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算解：据题意可知，起始时解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100molL-1，平衡时平衡时c(H2)=c(I2)=0.0200molL-1，生成的，生成的c(HI)=0.160molL-1H2(g)+I2(g)2HI(g)起始时各物质的浓度起始时各物质的浓度/molL-10.100 0.100 0变化的各物质的浓度变化的各物质的浓度/molL-1平衡时各物质的浓度平衡时各物质的浓度/molL-10.0800 0.0800 0.160 0.0200 0.0200 0.160 K=(0.160)2(0.020
13、0)2=64.0 c2(HI)c(H2)c(I2)=答：平衡常数为答：平衡常数为64.0。平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算【例例2】在一密闭容器中，在一密闭容器中，CO与与H2O混合加热混合加热到到800达到下列平衡：达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.00若反应开始时若反应开始时CO和和H2O的浓度分别为的浓度分别为0.200 molL-1 和和1.00molL-1，求达到平衡时，求达到平衡时CO转化为转化为CO2转化率转化率是多少？是多少？平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算 c(平平)/molL-1 0.200 x 1.00 x x
14、x 解得:x=0.166解：设平衡时解：设平衡时CO2和和H2的浓度为的浓度为x molL-1K=x2(0.200 x)(1.00 x)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c(始始)/molL-1 0.200 1.00 0 0c(变变)/molL-1 x x x x=1.00c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算答:平衡时平衡时CO转化为转化为CO2转化率转化率是83.0%。=100%=83.0%0.1660.200平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算【例例3】850K时，在一密闭容器中充入一定量的时，在一密闭容器中充入一
15、定量的SO2和和O2，当反应达到平衡后测得：，当反应达到平衡后测得：SO2、O2和和SO3的浓度分别为的浓度分别为6.010-3 molL-1、8.010-3 molL-1 和和 4.410-2 molL-1。计算：。计算：（1）该温度下反应）该温度下反应 的平的平衡常数。衡常数。（2）达平衡状态时，）达平衡状态时，SO2的转化率。的转化率。2SO2+O2 2SO3平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算例：高炉炼铁中发生的基本反应如下例：高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)Q。其平衡常数可表达。其平衡常
16、数可表达为为:K=c(CO2)/c(CO)，已知，已知1100，K=0.263(1)若要使反应向右进行，高炉内若要使反应向右进行，高炉内CO2和和CO的体积比值的体积比值_，平衡常数，平衡常数K值值_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不不变变”)(2)1100时，测得高炉中时，测得高炉中c(CO2)=0.025molL-1，c(CO)=0.1molL-1，在这种情况下该反应是否处于平衡状态，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填填“是是”或或“否否”)，此时化学反应速率是，此时化学反应速率是V正正_V逆逆(填填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)，其原因是，其原因是 。减小减小不变不变否否大于大于c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，且，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行向正反应方向进行
