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1、第三节 化学平衡第3课时化学平衡常数1 表中的六组数据为上以反应，不过是表中的六组数据为上以反应，不过是730K时的实验时的实验数据，从正反应进行的浓度不同的三组平衡浓度，计算数据，从正反应进行的浓度不同的三组平衡浓度，计算出的比值分别是出的比值分别是48.38、48.61、49.54，从逆反应开始，从逆反应开始的浓度不同的三组数值，计算出的比值分别是的浓度不同的三组数值，计算出的比值分别是48.48、48.71、48.81，数据说明了什么问题。，数据说明了什么问题。 2实验实验数据验证数据验证3 在一定温度下在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡当一个可逆反应达到化学平衡时时,用生成物浓度
2、的系数次幂之积除以反应物浓用生成物浓度的系数次幂之积除以反应物浓度的系数次幂之积是一个常数度的系数次幂之积是一个常数,叫化学平衡常数叫化学平衡常数.41.1.定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，定义：在一定温度下，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，值是一个常数，这个常数称这个常数称该反应的化学平衡常数该反应的化学平衡常数( (简称简称平衡常数平衡常数) )，用符号，用符号K K表示。表示。三、化学平衡常数三、化学平衡常数(符号为符号为K) 对于反应对于反应: mA (g)
3、+nB(g) pC(g)+qD(g)CpDqAmBn平衡常数的数学表达式平衡常数的数学表达式K=2.2.数学表达式：数学表达式：3.3.平衡常数的单位平衡常数的单位浓度的单位为浓度的单位为molL-1K的单位为(molL-1)n； np+q-(m+n)51)如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度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，因为它们的浓度是固定不应写在平衡关系式中，因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不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。液中各溶质的浓度。 如如:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) CO2
4、(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)4.4.书写平衡常数关系式的规则书写平衡常数关系式的规则K=CO2K=CO/(CO2 H2)再如再如:稀溶液中进行的反应，如有水参加，水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，的浓度也不必写在平衡关系式中，如：如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+K=CrO42-2H+2/Cr2O72-6又如又如：非水溶液非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应衡关系式中。如酒精和醋酸的
5、液相反应C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=CH3COOC2H5H2O/(C2H5OH CH3COOH)7例例N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=1.60 10 51/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K2=3.87 10 2K1 K2 ， K1 = K22正、逆反应的平衡常数互为倒数。正、逆反应的平衡常数互为倒数。2)2)同一化学反应，可以用不同的化学反应式来同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关表示，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。系式及相应的平衡常数。83)多重平衡规则：多重平衡规则：
6、若干方程式相加若干方程式相加( (减减) )，则总，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积( (商商) )例题例题:2NO(g)+O2(g)2NO2K12NO2(g)N2O4K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K = K1 K29(1)(1)平衡常数平衡常数K K仅与温度有关仅与温度有关，与浓度、压强、催化剂，与浓度、压强、催化剂等均无关。等均无关。由由K K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热反应。是放热反应。 若正反应是吸热反应若正反应是吸热反应, ,升高温度升高温度,K ,K 增大增大; ;若正反应是放
7、热反应若正反应是放热反应, ,升高温度升高温度,K ,K 减少。减少。5.5.引入平衡常数引入平衡常数K K的意义的意义例如：例如：不同温度时，反应不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),的浓度的浓度平衡常数与温度平衡常数与温度的关系如下：的关系如下：温度温度623K698K763K浓度平衡常数浓度平衡常数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通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断该可逆反应的该可逆反应的正方向是放热反应正方向是放热反应.10(2)(2)平衡常数平衡常数K K值的大小，可推断反应进行的程度。值的大小，可推断反应进行的程度。
8、 K K 值越大，值越大，表示反应表示反应进行的最大程度越大，进行的最大程度越大，反反应物的应物的转化率越大；转化率越大；K K 值越小，值越小，表示反应表示反应进行的最进行的最大程度越小，大程度越小，反应物的反应物的转化率越小。转化率越小。 反应的平衡常数与反应可能进行的程度。反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般一般来说，反应的平衡常数来说，反应的平衡常数K10K105 5，认为，认为正反应进行正反应进行得基本完全；得基本完全；K 10K 10-5-5则认为这个反应的则认为这个反应的正反应正反应很难进行很难进行( (逆反应较完全）。逆反应较完全）。11(3)判断某时刻反应是否达平衡及反应
9、方向判断某时刻反应是否达平衡及反应方向 在某温度下在某温度下，某时刻反应某时刻反应是否达平衡，可用该时是否达平衡，可用该时刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比即即浓度商浓度商Q与与K比较大小比较大小来判断。来判断。12 例如：吸热反应：例如：吸热反应：N2(g)+O2(g) 2NO(g) , 在在200 时，时，K=6.2 10-4 。200 时，在时，在10升密升密闭容器中放入闭容器中放入2.9410-3molNO，2.5010-1molN2和和4.0010-2molO2，通过计算回答：，通过计算回答：（1）、此反应的初始状态是否为化学平衡状态
10、？）、此反应的初始状态是否为化学平衡状态？（2）、若非化学平衡状态，反应将向那个方向进行）、若非化学平衡状态，反应将向那个方向进行以达到化学平衡状态？以达到化学平衡状态？ 13 (4) (4) 判断反应条件对化学平衡的影响判断反应条件对化学平衡的影响 利用利用K和和Q的关系，分析改变条件化学平衡移动的规律：的关系，分析改变条件化学平衡移动的规律：CpDqAmBn平衡时平衡时QK= 对于可逆反应对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)请你从请你从Q和和K的关系分析：改变浓度、压强、的关系分析：改变浓度、压强、温度和加入催化剂分别可能对平衡的影响。温度和加入催化剂分别可能对
11、平衡的影响。注意：平衡常数注意：平衡常数K仅与温度有关仅与温度有关，与浓度、压强、，与浓度、压强、催化剂等均无关。催化剂等均无关。若正反应是吸热反应若正反应是吸热反应,升高温度升高温度,K 增大。增大。14达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意。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）生成物：平衡浓度=初始浓度初始浓度+转化浓度转化浓度 生成物生成物D: c平平(D) = c0(D) +c(D)（3）各物质的）各物质的转化浓度之比转化浓度之比等于它们在化学方程式中等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。相应的化学计量数之比。c(A):c(D)=a:d（1
12、）反应物：平衡浓度）反应物：平衡浓度=初始浓度初始浓度-转化浓度；转化浓度； 反应物反应物A: c平平(A)=c0(A) - c(A)6、有关化学平衡常数的计算、有关化学平衡常数的计算 对于反应对于反应: aA + bB cC + dD15 平衡转化率平衡转化率 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，常用平衡转化率平衡转化率来表示反应限度。来表示反应限度。对于可逆反应对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)反应物反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：16注意：注意：1、反应物
13、、反应物A的平衡转化率是该条件最大转化率。的平衡转化率是该条件最大转化率。2、反应物的转化率可以用于表一个反应的进行程度。、反应物的转化率可以用于表一个反应的进行程度。3、反应物的转化率受外界条件（温度和浓度）的影响。、反应物的转化率受外界条件（温度和浓度）的影响。4、当反应物以反应方程式前的计量数的比例加入时，、当反应物以反应方程式前的计量数的比例加入时，该反应的各反应物的转化率相等。该反应的各反应物的转化率相等。17例题例题1：在某温度下，将：在某温度下，将H2(g)和和I2(g)各各0.10mol混合混合物充入物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测的密闭容器中，充分反应达到平衡
14、时，测得得c(H2)=0.0080mol/L，求：，求：(1)反应的平衡常数和反应的平衡常数和H2的转化率的转化率(2)其它条件不变，充入的其它条件不变，充入的H2(g)和和I2(g)各各0.20mol,求求达平衡时各物质的平衡浓度。达平衡时各物质的平衡浓度。(1)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率衡转化率18 H2 + I2 2HI起始浓度起始浓度(mol/L)转化浓度转化浓度平衡浓度平衡浓度0.01 0.01 0 0.0080.0020.0020.0040.0040.008K=(0.004mol/L)20.008mol/L0.008mol/L=
15、0.251、2、 0.016mol/L 0.016mol/L 0.008mol/L 0.002molL-1/0.01mol/L-1100%= 2019例题例题2:在在2L的容器中充入的容器中充入 1mol CO和和 1mol H2O(g),发发生反应：生反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800时时反应达平衡反应达平衡,若若k=1.求：求：（1）CO的平衡浓度和转化率。的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入）若温度不变，上容器中充入 的是的是1mol CO和和 4mol H2O(g)， CO和和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。的平衡浓度和转化率是多少。
16、（3）若温度不变，上容器中充入）若温度不变，上容器中充入 的是的是2mol CO和和 8mol H2O(g)， CO和和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。的平衡浓度和转化率是多少。（2）已知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。）已知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。0.25mol/L 50% CO:0.1mol/L 80%H2O:1.6mol/L 20%CO:0.2mol/L 80%H2O:3.2mol/L 20%201、温度一定时，对于一个化学反应，、温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，平衡常数虽然一定，但不同的反应物但不同的反应物的平衡转化率可能不同的平衡转化率可能
17、不同。不能脱离具。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。体的反应物谈平衡转化率。2、提高一种反应物的比例，该反应物、提高一种反应物的比例，该反应物的转化率将的转化率将小结小结降低降低21例例1关于化学平衡常数的叙述正确的是关于化学平衡常数的叙述正确的是()A任任何何条条件件下下，对对于于给给定定的的化化学学反反应应其其平平衡衡常常数数是一个定是一个定值值。B两两种种物物质质反反应应，不不管管怎怎样样书书写写化化学学方方程程式式，平平衡常数不衡常数不变变。C温温度度一一定定时时，对对于于给给定定的的化化学学反反应应，正正、逆逆反反应应的平衡常数互的平衡常数互为为倒数。倒数。D浓浓度商度商QK时时，v
18、正正v逆。逆。22解解析析：化化学学平平衡衡常常数数与与温温度度有有关关，对对于于一一个个特特定定反反应应，温温度度不不同同，化化学学平平衡衡常常数数也也不不同同，A项项错错误误；化化学学平平衡衡常常数数表表达达式式是是生生成成物物浓浓度度幂幂之之积积与与反反应应物物浓浓度度幂幂之之积积的的比比值值，与与物物质质的的化化学学计计量量数数有有关关，B项项错错误误；浓浓度度商商Qv逆逆，D项错误。项错误。答案：C23例例2在在25时时，密密闭闭容容器器中中X、Y、Z三三种种气气体体的的初始初始浓浓度和平衡度和平衡浓浓度如下表：度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20.0平衡浓度/mo
19、lL10.050.050.124答案：C25起始起始浓浓度度甲甲乙乙丙丙c(H2)/mol/L0.0100.0200.020c(CO2)/mol/L0.0100.0100.020下列判断不正确的是下列判断不正确的是()A平衡平衡时时，乙中，乙中CO2的的转转化率大于化率大于60%B平衡平衡时时，甲中和丙中，甲中和丙中H2的的转转化率均是化率均是60%C平衡平衡时时，丙中，丙中c(CO2)是甲中的是甲中的2倍，是倍，是0.012mol/LD反反应应开始开始时时，丙中的反，丙中的反应应速率最快，甲中的反速率最快，甲中的反应应速率最慢速率最慢26解析：D项项，温温度度相相同同，丙丙中中反反应应物物浓
20、浓度度最最大大，甲甲中中最最小小，所所以以丙丙中中的的反反应应速速率率最最快快，甲甲中中的的反反应应速速率率最最慢慢；B项项，设设甲甲中中转转化化的的c(H2)为为x，则则有有x2/(0.010x)29/4，解解得得x0.006mol/L，则则甲甲中中H2的的转转化化率率为为60%。对对甲甲加加压压，使使容容器器体体积积减减小小为为原原来来的的一一半半与与丙丙等等效效，而而加加压压平平衡衡不不移移动动，所所以以二二者者H2的的转转化化率率相相同同；A项项，增增大大c(H2)可可提提高高CO2的的转转化化率率，故故A项项正正确确；C项项，平平衡衡时时，甲甲、丙丙中中c(CO2)分分别别为为0.0
21、04mol/L、0.008mol/L。答案：C2728答案：C295.(2007年高考上海化学卷）年高考上海化学卷）一定条件下，在体积为一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂催化剂为为Cu2O/ZnO)：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)根据题意完成下列各题：根据题意完成下列各题：(1)反应达到平衡时，反应达到平衡时，平衡常数表达式平衡常数表达式K，升高温度，升高温度，K值值(填填“增大增大”、“减小减小”或或“不变不变”)。(2)在在500，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率
22、v v(H2)减小减小mol(Lmin)130(3)在其他条件不变的情况下，对处于在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系点的体系体积压缩到原来的体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正，下列有关该体系的说法正确的是确的是 a氢气的浓度减少氢气的浓度减少 b正反应速率加快，正反应速率加快， 逆反应速率也加快逆反应速率也加快 c甲醇的物质的量增加甲醇的物质的量增加 d重新平衡时重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大增大(4)据研究，反应过程中起催化作用的为据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂有利于维持催化剂Cu2O的的量不变，
23、原因是：量不变，原因是：_(用化用化学方程式表示学方程式表示)。CO(g)2H2(g) CH3OH(g)bcCu2OCO 2CuCO2316.(2007年高考理综山东卷年高考理综山东卷,平衡常数平衡常数)二二氧氧化化硫硫和和氮氮的的氧氧化化物物是是常常用用的的化化工工原原料料，但但也也是是大大气气的的主主要要污污染染物物。综综合合治治理理其其污污染染是是环环境化学当前的重要研究内容之一。境化学当前的重要研究内容之一。(1)硫硫酸酸生生产产中中，SO2催催化化氧氧化化生生成成SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。某某温温度度下下，SO2的的平平衡衡转转化化率率(a a )与与体体系系总
24、总压压强强(p)的的关关系如图所示。根据图示回答下列问题：系如图所示。根据图示回答下列问题：将将2.0molSO2和和1.0molO2置置于于10L密密闭闭容容器器中中，反反应应达达平平衡衡后后，体体系系总总压压强强为为0.10MPa。该该反反应应的的平衡常数等于平衡常数等于_。平衡状态由平衡状态由A变到变到B时，平衡常时，平衡常数数K(A)_K(B)800 Lmol1 =32(2)用用CH4催催化化还还原原NOx可可以以消消除除氮氮氧氧化化物物的的污染。例如污染。例如：CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)； H=-574kJ/molCH4(g)+4NO(g
25、)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)； H=-1160kJ/mol若若用用标标准准状状况况下下4.48LCH4还还原原NO2至至N2， 整整 个个 过过 程程 中中 转转 移移 的的 电电 子子 总总 数数 为为_(阿阿伏伏加加德德罗罗常常数数的的值值用用NA表示表示)，放出的热量为，放出的热量为_kJ。1.60NA(或或1.6NA) 173.4 33(3)新新型型纳纳米米材材料料氧氧缺缺位位铁铁酸酸盐盐(MFe2Ox，3x4，M=Mn、Co、Zn或或Ni)由由铁铁酸酸盐盐(MFe2O4)经经高高温温还还原原而而得得，常常温温下下，它它能能使使工工业业废废气气中中的的酸酸性性氧氧化化
26、物物分分解解除除去去。转化流程如图所示：转化流程如图所示：请请 写写 出出 MFe2Ox分分 解解 SO2的的 化化 学学 方方 程程 式式_(不必配平不必配平)。MFe2OxSO2 MFe2O4S。 347.(2007年高考理综宁夏卷年高考理综宁夏卷)氮氮化化硅硅是是一一种种新新型型陶陶瓷瓷材材料料，它它可可由由石石英英与与焦焦炭炭在在高高温温的的氮氮气气流流中中，通通过过以以下下反反应应制得：制得：SiO2CN2Si3N4CO(1)配平上述反应的化学方程式配平上述反应的化学方程式;(2)该该反反应应中中的的氧氧化化剂剂是是_，其其还还原原产产物物是是_。(3)该该反反应应的的平平衡衡常常数数表表达达式式为为K =_；36216N2 Si3N4 35(4)将知上述反应为放热反应，则其反应热将知上述反应为放热反应，则其反应热 H_零；升高温度，其平衡常数值零；升高温度，其平衡常数值_ ；(5)若使压强增大，则上述平衡向若使压强增大，则上述平衡向_反反 应方向移动应方向移动(填填“正正”或或“逆逆”)；(6)若已知若已知CO生成速率为生成速率为v (CO) =18mol/(Lmin)，则，则N2消耗速率为消耗速率为v (N2) =_mol/(Lmin)。3SiO26C2N2 Si3N46CO小于小于 减小减小 逆逆636
