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2-2-3 化学平衡常数


2-2-3 化学平衡常数

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【交流与讨论】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 达到化学平衡状态时,究竟有多少反应物 转化成了生成物,平衡体系中各物质的物 质的量浓度之间是否有一定的关系?请大 家完成 P48页表2-6。

表2-6NO2(g)-N2O4(g)体系中各物质的物质的量 浓度(25℃)
起始浓度/mol· -1 平衡浓度/mol· -1 L L C(NO2) C(N2O4) C(NO2)
2.00×10-2 0 6.32×10-3

C(N2O4)
6.84×10-3

平衡浓度关系 /mol· -1 L C(N2O4) C(N2O4) C(NO2) C2(NO2)

1.08 1.38 1.61 3.89

1.71×102 1.72×102 1.70×102 1.70×102

3.00×10-2
0 0

0

8.00×10-3 1.10×10-2
1.52×10-2 8.86×10-2

2.00×10-2 9.46×10-3 0.100 2.28×10-2

?

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?

?

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 H2 + I2(g) 2HI,起始以及平衡 时各物质的浓度如下表所示。他们的 浓度间存在何种关系?

一、化学平衡常数
1.定义:在一定温度下,当一个可逆反应达到 平衡时,生成物浓度系数次方之积与反应物浓 度系数次方之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,用符号K表示。
如:aA+bB cC+dD 在某温度下达到的化学平衡状态

2.表达式

c (C ) ? c ( D) K ? a b c ( A) ? c ( B)
c d

温度一定,K为定值。

?

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。 2
N2+3H2 2NH3
1 3 N2 + 2 H2 2

2NH3 N2+ 3H2 NH3
高温

c ( NH 3 ) K1 ? c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 )

c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 ) K2 ? c 2 ( NH3 )
c( NH 3 ) K3 ? 1/ 2 c ( N 2 )? c3 / 2 ( H 2 )
c 4 ( H 2O ) K? 4 c ( H2 )

Fe3O4(s) + 4H2(g) Cr2O72- + H2O

3Fe(s) + 4H2O(g) 2CrO42- + 2H+

2 c 2 (CrO4 ? ) ? c 2 ( H ? ) K? 2? c(Cr2O7 )

?

分析表2-8和表2-9中的数据,总结平衡 常数的使用条件和书写平衡常数表达 式的注意事项。

3. 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。
(2)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,K值不一定大。 (3)在进行K值的计算时,固体不作考虑,表达式 中不需表达。

如:

高温

Fe3O4(s) + 4H2(g)
4

3Fe(s) + 4H2O(g)

一定温度下

c ( H 2O ) K? 4 c ( H2 )

3.使用平衡常数应注意的问题
(4)在进行K值的计算时,稀溶液中的H2O 的浓度可不表达。 如:Cr2O72- + H2O
一定温度下
2

2CrO42- + 2H+
2? 4 2 ?

c (CrO ) ? c ( H ) K? 2? c(Cr2O7 )

3.使用平衡常数应注意的问题
例如,在某温度下: N2+3H2 2NH3
c 2 ( NH 3 ) K1 ? c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 )

(5)平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关。

2NH3
1 3 N + H 2 2 2 2

N2+3H2
NH3

c( N 2 ) ? c 3 ( H 2 ) K2 ? c 2 ( NH3 )
c( NH 3 ) K3 ? 1/ 2 c ( N 2 )? c3 / 2 ( H 2 )

K1 = 1/K2 = K32

4、平衡常数的意义
平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度。

①K值越大,说明平衡体系中生成物所占 的比例越大,表示反应进行的程度越大, 反应物转化率也越大。

二、计算平衡转化率
A的起始浓度-A的平衡浓度 A的转化率= 反应前A的浓度 转化的A的浓度 = 反应前A的浓度 转化的A的物质的量 = ×100% ×100% ×100%

反应前A的物质的量

反应物的转化率越大,反应进行的程度越大

三、平衡常数和转化率的计算
【例1】某温度下,向10L真空容器中注入 1.00 mol H2(g) 和 1.00 mol I2(g),反应平 衡后I2(g)的浓度为0.020 0 mol· -1。试求 L 该温度下 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡 常数。

解:据题意可知,起始时c(H2)=c(I2)=0.100mol· -1, L 平衡时c(H2)=c(I2)=0.0200mol· -1,生成的c(HI) = L 0.160mol· -1 L
H2(g) +
起始时各物质的浓度/mol·L-1 0.100
变化的各物质的浓度/mol·L-1 0.0800 平衡时各物质的浓度/mol·L-1 0.0200

I2(g)
0.100 0.0800
0.0200

2HI(g)
0 0.160
0.160

c2(HI)

K=

c(H2) · 2) c(I

=

(0.160)2 (0.0200)2

= 64.0

答:平衡常数为64.0。

【例2】在一密闭容器中,CO与H2O混合
加热到800℃达到下列平衡:

CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g) K=1.00

若反应开始时CO和H2O的浓度分别为0.200 mol· -1 和1.00mol· -1,求达到平衡时CO转 L L 化为CO2转化率是多少?

解:设平衡时CO2和H2的浓度为x mol· -1 L
CO(g) + H2O(g)
c(始) /mol· -1 L c(变)/mol· -1 L 0.200 x 1.00 x 1.00-x

CO2(g) + H2(g)
0 x x x 0 x

c(平)/mol· -1 0.200-x L c(CO2) · 2) c(H

K=

c(CO) · 2O) c(H

=

x2 (0.200-x)(1.00-x)

= 1.00

解得: x = 0.166 0.166 ? = ×100%= 83.0%

0.200

答:平衡时CO转化为CO2转化率是83.0% 。

【练习 】1.在某温度下,可逆反应m A + n B

p C + q D的平衡常数为K,下列说法正确
的是( AD ) A.K越大,达到平衡时,反应进行的程度越大。 B.K越小,达到平衡时,反应物的转化率越大。 C.K随反应物浓度的改变而改变。 D.K随温度的改变而改变。 E.K越大,反应的速率越大。

作业:课本第50页“问题解决”
补充:将4mol SO2与2molO2放入4L的密闭 容器中,在一定条件下反应达到平衡: 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) 测得平衡时 混合物总的物质的量为5mol,求: (1)平衡时各物质的浓度; (2)该温度下的平衡常数; (3)平衡时SO2的转化率



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