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1、第三节化学平衡第二章第二章 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡化学平衡常数【学习目标学习目标】1、理解化学平衡常数的含义、理解化学平衡常数的含义3、能运用化学平衡常数进行计算、能运用化学平衡常数进行计算2、会运用化学平衡常数判断反应进行程度、会运用化学平衡常数判断反应进行程度【联想联想质疑质疑】怎样才能定量地描述化学反应的怎样才能定量地描述化学反应的 限度？限度？化学反应中反应物的转化程度会化学反应中反应物的转化程度会 受到哪些因素的影响？受到哪些因素的影响？【交流交流研讨研讨】根据下表数据计算平衡时根据下表数据计算平衡时 的值并分析其中规律：的值并分析其中规律：2c (HI)c(H
2、2) c(I2) 序序号号起始时浓度起始时浓度mol/L698.6K平衡时浓度平衡时浓度mol/L698.6K平衡时平衡时c (H2)c(I2)c (HI)cH2cI2cHI10.010670.0119600.0018310.0031290.0176720.011350.00904400.003560.001250.0155930.011340.00751000.0045650.00073780.013544000.010690.0011410.0011410.008410I2(g) + H2(g) 2HI(g)54.554.654.4554.33c (HI)2c(H2) c(I2) K化学平
3、衡常数化学平衡常数1、定义：、定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数。这个常数就是该反积的比值是一个常数。这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数）应的化学平衡常数（简称平衡常数） 符号：符号：K K化学平衡常数化学平衡常数实验测得：实验测得：同一反应（如：同一反应（如：aA+bB cC+dD）在在某温度下达到的化学平衡状态，平衡常数的表达式是：某温度下达到的化学平衡状态，平衡常数的表达式是：2、表达式：、表达式：2c (HI)c(H2) c(I2) I2(g
4、) + H2(g) 2HI(g)推导出平衡常数为：推导出平衡常数为：由反应由反应其中其中c为各组分的平衡浓度为各组分的平衡浓度，温度一定，温度一定，K为定值。为定值。 K化学平衡常数化学平衡常数3、意义：、意义：（1）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物值越大，表示反应进行的程度越大，反应物 转化率也越大。转化率也越大。定量的衡量化学反应进行的程度定量的衡量化学反应进行的程度（3）一般当）一般当K105 时，该反应进行得基本完全，时，该反应进行得基本完全， K 10-5 时则认为该反应很难进行时则认为该反应很难进行(逆反应较完全）逆反应较完全）（2）K只受只受温度影响温度影响，而其它外界条
5、件如：，而其它外界条件如： 浓度、浓度、 压强、催化剂等变化对其无影响。压强、催化剂等变化对其无影响。 K化学平衡常数化学平衡常数4、使用平衡常数应注意的问题、使用平衡常数应注意的问题（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 的快慢，即速率大，的快慢，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，表达式中值的计算时，固体不作考虑，表达式中 不需表达不需表达Fe3O4(s) 4H2(g) 高温高温3Fe(s) + 4H2O(g) 如：如：一定温
6、度下一定温度下 K化学平衡常数化学平衡常数4、使用平衡常数应注意的问题、使用平衡常数应注意的问题（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的浓度的浓度 可不表达可不表达Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+如：如：一定温度下：一定温度下： K化学平衡常数化学平衡常数4、使用平衡常数应注意的问题、使用平衡常数应注意的问题（5）平衡常数的表达式与方程式的书写有关）平衡常数的表达式与方程式的书写有关N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H21/2N2+3/2H2 NH3K1 = 1/K2 = K32 某温度下：某温度下： K化学平衡常数化学平衡常数4、
7、使用平衡常数应注意的问题、使用平衡常数应注意的问题（6）多重平衡规则多重平衡规则若若干干方方程程式式相相加加(减减)，则则总总反反应应的的平平衡衡常常数数等等于于分步平衡常数之乘积分步平衡常数之乘积(商商)。例例1: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) K1 2NO2 (g) N2O4 (g) K2 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K = K1 K2 C (s) + CO2(g) 2CO(g) K C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 K化学平衡常数化学平衡常
8、数4、使用平衡常数应注意的问题、使用平衡常数应注意的问题（6）多重平衡规则多重平衡规则 若若干干方方程程式式相相加加( (减减) )，则则总总反反应应的的平平衡衡常常数数等等于于分步平衡常数之乘积分步平衡常数之乘积( (商商) )。例例2: K = K1/ / K2 K化学平衡常数化学平衡常数 练习：练习： 试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式：试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)催化剂催化剂注意：注意：反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！)(
9、)()(22232OcSOcSOcK= K化学平衡常数化学平衡常数5、应用：、应用：(1)(1)判断反应进行的程度判断反应进行的程度K K 值越大，说明平衡体系中生成物所占比例越大，值越大，说明平衡体系中生成物所占比例越大， 正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就 越小。越小。(2)(2)利用利用K K可判断反应的热效应可判断反应的热效应若升高温度，若升高温度，K K值增大，则正反应为吸热反应；值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，若升高温度，K K值
10、减小，则正反应为放热反应。值减小，则正反应为放热反应。例如：例如：不同温度时，反应不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),平衡常数与温度的关系如下平衡常数与温度的关系如下：温度温度623K698K763K平衡常数平衡常数66 .954.445.9 通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以 判断上面可逆反应的正方向是判断上面可逆反应的正方向是 K化学平衡常数化学平衡常数放热反应放热反应 K化学平衡常数化学平衡常数(3)(3)计算转化率计算转化率依据起始浓度依据起始浓度(或平衡浓度或平衡浓度)和平衡常数可以计算平和平衡常数可以计算平衡浓度衡浓
11、度(或起始浓度或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。，从而计算反应物的转化率。5、应用：、应用：K = C(CO2)C(H2) / C(CO)C(H2O) =(2.0)(2.0) / 2.0(1-)2.0(1-) =2 / (1-)2 = 2.6 = 62 %解解:设设CO的转化率为的转化率为，则，则 CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)起始浓度起始浓度/ mol/L 2.0 2.0 0 0转化浓度转化浓度/ mol/L 2.0 2.0 2.0 2.0平衡浓度平衡浓度/ mol/L 2.0(1-) 2.0(1-) 2.0 2.0例题：例题： 反应反应CO (g) +
12、 H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)在在749K达平衡，达平衡，K=2.60,求：当求：当CO、H2O (g)的起始浓度都为的起始浓度都为 2.0 mol/L达平衡达平衡后，后，CO的转化率的转化率 。课堂课堂 练习：练习： 450K时往一空容器中通入氮时往一空容器中通入氮N2和和H2，反应达平衡后，反应达平衡后，测得测得C(N2)=3mol/L，C(H2)=9mol/L，C(NH3) =4 mol/L, 求求K、N2和和H2的起始浓度。的起始浓度。3 9 4042 65 15 K= C(NH3)2/C(N2) (H2 ) 3 = 42/（393） =7.310-3解解: N2
13、+ 3H2 2NH3起始浓度起始浓度/mol/L 转化浓度转化浓度/mol/L 平衡浓度平衡浓度/mol/L K化学平衡常数化学平衡常数(4)(4)判断平衡移动方向判断平衡移动方向对于可逆反应，在对于可逆反应，在一定温度下的一定温度下的任意时刻，反应物的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：浓度和生成物的浓度有如下关系：叫该反应的浓度商叫该反应的浓度商（1）QCK ，反应向正方向进行，反应向正方向进行（2）QCK ，反应处于平衡状态，反应处于平衡状态（3）QCK ，反应向逆方向进行，反应向逆方向进行自学教材自学教材 P P29-3129-31，例，例1 1、例、例2 2。 K化学平衡
14、常数化学平衡常数 K化学平衡常数化学平衡常数 1、对于、对于3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)，反应，反应的化学平衡常数表达式为（的化学平衡常数表达式为（ ） D 2、在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：、在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应： CO2(g) + H2(g)=CO(g) +H2O(g)，其化学平衡常数，其化学平衡常数 K和温度和温度t的关系如下表：的关系如下表： 回答下列问题：回答下列问题：（1）该反应的化学平衡常数表达式）该反应的化学平衡常数表达式K= 。（2）该反应为）该反应为 反应（选填反应（选填“吸热吸热”、“放热放热”）。）。（3）
15、能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。 A. 容器中压强不变容器中压强不变 B. 混合气体中混合气体中c(CO)不变不变 C. V正正(H2)=V逆逆(H2O) D. c(CO2)=c(CO)（4）某温度下，平衡浓度符合下式：）某温度下，平衡浓度符合下式： c(CO2)c(H2) = c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为，试判断此时的温度为 。t70080083010001200K0.60.91.01.72.6吸热吸热BC8303、高炉炼铁中发生的基本反应如下、高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g
16、)Q。其其平平衡衡常常数数可可表表达为达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知，已知1100，K=0.263 (1)若若平平衡衡向向右右进进行行，高高炉炉内内CO2和和CO的的体体积积比比值值_，平平衡衡常常数数K值值_(填填“增增大大”“减减小小”或或“不变不变”) (2)1100时，测得高炉中时，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，在这种情况下该反应是否处于平衡状态态_(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
17、因是 。增大增大增大增大否否大于大于c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行且向正反应方向进行(5) K值大小标志反应能达到的最大限度值大小标志反应能达到的最大限度, K值大，反应完全。值大，反应完全。返 回播 放 课堂小结：课堂小结：(1) 平衡是有条件的、动态的。平衡是有条件的、动态的。(2) K不随起始浓度大而变。不随起始浓度大而变。(3) K与温度有关。与温度有关。(4) K与方程式写法有关。与方程式写法有关。基本模式基本模式“三段式三段式”转化：转化： mx nx px qx 平衡：平衡：a - mx b - nx px qx
18、 基本关系基本关系生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度 反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度 例：例： m A + n B p C + q D 起始：起始： a b 0 0化学平衡的相关计算化学平衡的相关计算转化率转化率化学平衡的相关计算化学平衡的相关计算气体的平均分子量气体的平均分子量化学平衡的相关计算化学平衡的相关计算 几点定律几点定律a、如果保持、如果保持P、T不变：不变：则气体的体积比等于物质的量之比，即则气体的体积比等于物质的量之比，即则气体的密度比等于摩尔质量之比，即则气体的密度比等于摩尔质量之比，即b、如果保持、如果保持V、
19、T不变：不变：则气体的压强比等于气体物质的量之比，即则气体的压强比等于气体物质的量之比，即 在一定温度下在一定温度下,容积为容积为20L的容器中充入的容器中充入2molSO2和和1molO2发生反应：发生反应： 2SO2 +O2 2SO3 ，达到平衡时，达到平衡时，容器内气体压强为开始时的容器内气体压强为开始时的70%。试求：。试求： SO2的转化率的转化率 平衡时的平衡时的O2浓度浓度SO3的体积分数的体积分数混合气体的平均相对分子量混合气体的平均相对分子量平衡时混合气体的密度平衡时混合气体的密度例题例题常规计算常规计算90%0.005mol/L85.7%76.28g/L 在一定温度和压强下
20、，将平均分子相对质量在一定温度和压强下，将平均分子相对质量为为8.5的的N2和和H2的混合气体，充入密闭容器中的混合气体，充入密闭容器中反应，达到平衡后，混合气体的平均分子量反应，达到平衡后，混合气体的平均分子量为为10.0，则，则N2的转化率为的转化率为_。 30%练一练一 练练 将固体将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应反应 NH4I(s) NH3(g)+HI(g) 2HI(g) H2(g)+I2(g) 当反应达到平衡时，当反应达到平衡时，c(H2)=0.5mol/L，c(HI)=4mol/L，则，则NH3的浓度为（的浓度为（ ） A. 3
21、.5mol/L B. 4mol/L C. 4.5mol/L D. 5mol/L D例题例题连续平衡连续平衡 一定条件下，在一定条件下，在2SO2+O2 2SO3的化学平衡体的化学平衡体系中，各物质的浓度分别是系中，各物质的浓度分别是2.0mol/L、0.8mol/L、2.4mol/L，则氧气在反应起始时的浓度可能是，则氧气在反应起始时的浓度可能是: （A）0.82mol/L (B) 02mol/L (C) 00.8mol/L (D) 无法确定无法确定B练一练一 练练 在密闭容器中进行如下反应：在密闭容器中进行如下反应：X2（气）气）+Y2（气）气） 2Z2（气），气），已知已知X2、Y2、Z2
22、的起始的起始浓度浓度0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L在一定条件下达到在一定条件下达到达平衡后达平衡后,各物质的浓度可能为各物质的浓度可能为: A、Z2为为0.3 mol/L B、Y2为为0.35mol/L C、X2为为0.2mol/L D、Z2为为0.4mol/LA B练一练一 练练一定条件下一定条件下,在容积为在容积为2L的密闭容器里加入一定的密闭容器里加入一定物质的量物质的量A,发生如下反应并建立平衡发生如下反应并建立平衡:A(g) 2B(g) , 2B(g) C(g) + 2D(g) 测得平衡时各物质的量浓度是测得平衡时各物质的量浓度是: A=0.3mol/L, B=
23、0.2mol/L, C= 0.05mol/L.最初向容器里最初向容器里加入加入A的物质的量是的物质的量是 ( )A.0.5mol B.0.8mol C.0.9mol D.1.2mol C练一练一 练练例题例题极端假设法极端假设法 在一定条件下，可逆反应在一定条件下，可逆反应 A2(g) + B2(g) 2C(g) 达平衡时，各物质的平衡浓达平衡时，各物质的平衡浓度分别为度分别为c(A2) =0.5mol/L，c(B2) = 0.1mol/L，c(C) = 1.6mol/L 。若用。若用a、b、c分别表示分别表示A2、B2、C的起始浓的起始浓度，则：度，则：（1）a、b应满足的关系应满足的关系（2）a、b的取值范围的取值范围 a=b+0.40.4mol/La1.3mol/L0mol/Lb0.9mol/L
