化学反应限度-平衡常数

第2节

化学反应的限度一、化学平衡常数在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。

化学平衡特点动—化学平衡是一种动态平衡

V正＝V逆≠0；变—当外界条件（C、P、T）改变时，

V正≠V逆，平衡发生改变定—反应混合物中各组成的浓度保持不变；

可逆反应在一定条件下是不可能反应完全的，一定会达到化学平衡状态,即存在一定的限度。而反应的限度的大小对于生产和生活实际有着直接影响。因此仅研究化学反应的方向是不够的，还需要关注化学反应的限度问题。怎样定量描述化学反应的限度呢？化学平衡常数序号起始时浓度mol/L698.6K平衡时浓度mol/L698.6K平衡时c0(H2)c0(I2)c0(HI)[H2][I2][HI]10.010670.0119600.0018310.003120.0176720.011350.0090400.003560.001250.0155930.011340.0075100.0045650.000730.013544000.01060.0011410.001140.0084154.554.654.4554.33根据表中的数据计算出平衡时的值，并分析其中规律。交流.研讨I2(g)+H2(g)2HI(g)测得反应不管H2

、I2和HI的初始浓度是多大，只要保持反应体思考发现系的温度不变，达到化学平衡状态后，就为常数————

[HI]2

[H2][I2]我们通常把这个常数称为化学平衡常数在一定温度下，某个可逆反应达到平衡时，产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。这个常数称为化学平衡常数平衡常数一般有浓度平衡常数KC和压强平衡常数Kp两种。例如：合成氨反应：N2+3H2

2NH3

的浓度平衡常数可表示为：

高温高压催化剂反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！对于一般的反应：aA+bB

cC+dD当温度一定，达到化学平衡时，其平衡常数表达式：K=————[C]c[D]d[A]a[B]bC(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)2SO2(g)+O2(g)2SO3

(g)催化剂上面两个浓度平衡常数的单位分别是？第1个化学平衡常数K的单位是：L/mol;第2个化学平衡常数K的单位是：mol/L;练习：试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式：K的单位与反应的化学方程式有关，由化学方程式决定，无固定的单位。是浓度单位计算的结果.反应K单位1

1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)(moL·L-1)-12N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(moL·L-1)-232NH3(g)N2(g)+3H2(g)(moL·L-1)24NH3·H2O(ag)NH4+

(ag)+OH-(ag)5FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)6AgCl(s)Ag+(ag)+Cl-(ag)交流研讨：P431请写出下表中各反应的平衡常数表达式和单位，并讨论下面的问题。（1）对于一个反应，其平衡常数的表达式是唯一的吗？平衡常数表达式与哪些因素有关。（2）对于一个反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)NH3٠H2O(aq)NH4+(aq)+OH-(aq)FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)表中反应的平衡常数表达式发现1、对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同。2、平衡常数的单位也与化学方程式的表示形式相对应。3、对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。在2000K时,反应CO(g)+1/2O2(g）CO2（g）的平衡常数为K1,则相同温度下反应2CO2（g）2CO(g)+O2（g）的平衡常数K2为（）

A、1/K1B、K12

C、1/K12

D、K1-1/2C迁移应用平衡常数K的应用平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。

若正反应是吸热反应,升高温度,K增大;

若正反应是放热反应,升高温度,K减少;2平衡常数KC值的大小，可推断反应进行的程度

K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的浓度平衡常数与温度的关系如下：△温度623K698K763K浓度平衡常数66.954.445.9通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断上面的可逆反应的正反应-------是放热反应.化学反应K反应程度2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)(570K)约为1059moL·L-1正反应可接近完全PCl3(g)

+Cl2(g)PCl5(g)(470K)约为1moL·L-1正、逆反应相当2HCl(g)H2(g)+Cl2(g)(300k)10－33正反应几乎不发生一般来说，如果一个反应的平衡常数大于105，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小于10-5，则认为这个反应很难进行。借助平衡常数，可以判别一个化学反应是否达到化学平衡状态。—————cc(C)cd(D)ca(A)cb(B)任意状态=浓度商（Q）Q＝K可逆反应已达平衡Q＜K可逆反应正向进行Q＞K可逆反应逆向进行3.判断反应进行的方向、反应是否达到平衡状态aA+bBcC+dD对可逆反应例题:高炉炼铁中发生的反应有:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g);△H<0(1)该反应的浓度平衡常数表达式K=____________;(2)已知1100℃时,K=0.263.温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,平衡常数K________(增大,减少或不变).(3)1100℃时,测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L,c(CO)=0.1mol/L,在这种情况下,该反应是否处于平衡状态_______(填是或否),此时反应速率是v正________v逆(填>,<,=).

[

CO2

][

CO

]减小否>对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意。（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度生成物D:[D]=c0(D)+△c(D)（3）各物质的转化的浓度之比（转化的物质的量之比）等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比△cA:△cD=a:d

△nA:△nD=a:d

（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度反应物A:[A]=c0(A)-△c(A)平衡常数的计算

例：在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.1mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得[H2]=0.0080mol/L，求：反应的平衡常数=0.25I2(g)+H2(g)2HI(g)解：始：0.01mol/L0.01mol/L0变：0.002mol/L0.002mol/L0.004mol/L平衡：0.008mol/L0.008mol/L0.004mol/LK=[HI]2[H2][I2]

练习：对于反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),若在一定温度下，将2mol的SO3(g)放入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得O2(g)的物质的量为0.6mol,试求（1）此反应的浓度平衡常数。（2）求温度不变时SO3(g)SO2(g)+1/2O2(g),的浓度平衡常数。K=[O2][SO2]2[SO3]2=[0.6]2[0.3][0.4]2=0.68mol/LK=0.82(mol/L)1/2K=————=——=7.32×10-3

[NH3]2[N2][H2]3

423×93由平衡定律求平衡常数根据物料平衡求初时浓度答:该温度时合成氨反应的化学平衡常数是7.32×10-3,N2和H2的初时浓度分别为5mol·L-1和15mol·L-1

解：N2+3H22NH3练习：合成氨反应N2+3H22NH3

在某温度下达平衡时，各物质的浓度是：[N2]=3mol·L-1，[H2]=9mol·L-1，[NH3]=4mol·L-1。求该温度时的平衡常数和N2、H2的初时浓度C＝[N2]+1/2[NH3]＝3+2＝5mol·L-1N2C＝[H2]+3/2[NH3]＝9+6＝15mol·L-1H2K=————[C]c[D]d[A]a[B]b平衡常数的组合计算如:知(1)2H2O(g)2H2(g)+O2(g)平衡常数为K1

(2)2CO2(g)2CO(g)+O2平衡常数为K2试求(3)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)K3(4)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K4

的平衡常数K3和K4由[(2)式-(1)式]÷2=(3)式,得由[(1)式-(2)式]÷2=(4)式,得两式相加相当于K1乘K2,相减相当于K1除K2.相乘相当于乘方,相除相当于开方知(1)2NiO(s)2Ni(S)+O2(g)

Kp1=PO2(2)2CO(g)+O2(g)2CO2(g)

求:NiO(s)+CO(g)Ni(s)+CO2(g)的Kp

解:由[(1)+(2)]÷2得的反应

练习:今有下列反应在1100℃下:C(s)+S2(g)CS2(g)K1=0.258Cu2S(s)+H2(g)2Cu(s)+H2S(g)K2=3.9×10-32H2S(g)2H2(g)+S2(g)K3=2.3×10-2

试计算C(s)+2Cu2S(s)=CS2(g)+4Cu(s)反应的平衡常数.（1）+2（2）+（3）=K1X（K2）2XK3=9X10-10mol/L第二节化学反应的限度平衡转化率用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)化学反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

是硫酸制造工业的基本反应。将0.050mol的SO2(g)和0.030molO2(g)注入一体积为1.0L的密闭容器中，并置于某较高温度下的恒温环境中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.044mol的SO3(g)试求在该温度下（1）此反应的平衡常数。（2）求SO2(g)和O2(g)的平衡转化率【例1】2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)解：初始浓度/mol·L-10.050.030平衡浓度/mol·L-1

0.044变化量/mol·L-10.0440.0220.0440.0060.008K=————=

[SO3]2[SO2]2[O2]0.0062×0.0080.0442mol·L-1=6.7×103=88﹪α(SO2)=0.044

0.05×100﹪=73﹪α(O2)=0.022

0.03×100﹪练习1、在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进行如下反应：2NO22NO+O2，在平衡时各物质的浓度分别是：[NO2]=0.06mol/L,[NO]=0.24mol/L,[O2]=0.12mol/L.试求：（1）该温度下反应的平衡常数。（2）开始时NO2的浓度。（3）NO2的转化率。K=1.92mol·L-1C0(NO2)=0.3mol·L-1α(NO2)=80﹪反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求：在该温度下。（1）此反应的平衡常数。（2）若SO2(g)的初始浓度增大到3mol/L,NO2(g)的初始浓度仍为2mol/L，则SO2(g)的转化率变为多少？【例2】xxxxSO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)解：平衡浓度/mol·L-1初始浓度/mol·L-12200变化量/mol·L-1=50﹪α(SO2)=

x

2×100﹪X=1111111111（2）SO2的转化率为40%平衡浓度/mol·L-1初始浓度/mol·L-13200变化量/mol·L-1xxxx3-x2-xxxK=

[SO3][SO2][NO2][NO]=(3-x)×(2-x)

x2=1X=1.2K=

[SO3][SO2][NO2][NO]=（1）练习2：在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.1mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得[H2]=0.0080mol/L，求：(1)反应的平衡常数(2)其它条件不变，充入的H2(g)和I2(g)各0.2mol,求达平衡时各物质的平衡浓度。K=0.25[H2]=0.016mol·L-1[I2]=0.016mol·L-1[HI]=0.008mol·L-11200℃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)和CO2(g)的初始浓度均为0.0100mol·L-1时，计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。反馈练习答案：[H2]=0.004mol·L-1[CO2]=0.004mol·L-1[CO]=0.006mol·L-1[H2O]=0.006mol·L-1α(H2)=60%α(CO2)=60%2.25=X2[0.01-X]21.5(0.01-X)=XX=0.006

1200℃反应H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的不同反应物浓度及相应的平衡转化率初始浓度/mol·L-1平衡转化率/%C(H2)C(CO2)a(H2)a(CO2)A0.01000.010060.060.0B0.01200.01005465C0.00800.01006653交流研讨

仔细观察，当H2的初始浓度改变时，对CO2和它本身的转化率有什么影响？1、提高一种反应物在反应物中的比例，可使另一种反应物的转化率升高，而本身的转化率降低。交流研讨

结论※2、当两种反应物的物质的量之比等于系数之比时，二者的转化率相同。注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。请回答下列问题：（1）实验Ⅱ隐含的反应条件是___________________（2）写出该反应的平衡常数表达式：K=______________。该反应是_______（填“吸”或“放”）热反应。1某条件下，在2L密闭容器中发生如下反应:2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）。在三种不同条件下进行，其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃，实验Ⅲ在850℃，NO、O2的起始浓度都为0，NO2的浓度（mol·L－1）随时间（min）的变化如图所示。使用了催化剂[NO]2[O2]/[NO2]2吸热练一练

2在密闭容器中进行：反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)△H1=akJ·mol-1反应②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)△H2=bkJ·mol-1反应③2Fe(s)+O2(g)2FeO(s)

△H3（1）△H3=