化学平衡---化学平衡常数

化学平衡——化学平衡常数化学平衡特点(1)逆：(2)等：(3)动：(4)定：(5)变:(6)同：动态平衡（正逆反应仍在进行）条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。正反应速率=逆反应速率反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。可逆反应；条件相同，某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始，最终均可达到同一平衡状态。首先，让我们以氢气和碘蒸气的反应为例，研究化学平衡的性质。根据学案表中的数据计算平衡时的值并分析讨论表中数据2c(HI)c(H2)·c(I2)通过分析实验数据得出：(1)温度不变时，为常数用K表示,K=54.47；(2)常数K与反应的起始浓度大小无关；(3)常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立的过程无关。2c(HI)c(H2)·c(I2)对其它平衡体系的数据进行分析，都有类似的关系。对于反应:aA+bBcC+dD)()()()(BcAcDcCcKbadc一、定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数）符号K表示三、平衡常数的单位浓度的单位为mol·L-1∴K的单位为(mol·L-1)n；称经验平衡常数当浓度的单位为mol·L-1，一般不写单位二、数学表达式：对于一般的可逆反应mA+nBpC+qDc(C)·c(D)pqc(A)·c(B)mnK=练习：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(g)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)催化剂)()()(22232OcSOcSOcK)()()(22OHcHcCOcK注意：反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！1、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。如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K=[CO2]CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)K=[CO]/([CO2][H2])四、书写平衡常数关系式的规则2、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，如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Kc=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]3、非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=[CH3COOC2H5][H2O]/([C2H5OH][CH3COOH])4、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系式及相应的平衡常数。例：N2O4（g）2NO2（g）Kc=[NO2]2/[N2O4]1/2N2O4（g）NO2（g）Kc=[NO2]/[N2O4]1/21/3N2O4（g）2/3NO2（g）Kc=[NO2]2/3/[N2O4]1/35、多重平衡规则若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)例1:2NO(g)+O2(g)2NO2K12NO2(g)N2O4K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1K2例2:C(s)+CO2(g)2CO(g)KC(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)K1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K2K=K1/K2返回播放解(1)Kc=[N2O4]/[NO2]2(2)Kc=[NO2]2/[N2O4](3)Kc=[CO2]课堂练习：1.写出下列各反应的平衡常数K(1)2NO2（g）N2O4（g）(2)N2O4（g）2NO2（g）(3)CaCO3（g）CaO（s）+CO2（g）6、平衡常数只表现反应进行的程度，即可能性问题，而不表现到达平衡所需的时间，即现实性问题.7、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;(5)K值大小标志反应能达到的最大限度,K值大，反应完全。返回播放8.小结：(1)平衡是有条件的、动态的。(2)K不随起始浓度大小而变。(3)K与温度有关。(4)K与方程式写法有关。1.平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度，估计反应的可能性。因为平衡状态是反应进行的最大限度。如：N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=1×10-30(298K)这意味着298K时，N2和O2基本上没有进行反应，反之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡时NO实际上全部分解为N2和O2。五、平衡常数的意义2、平衡常数K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。3、反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说，反应的平衡常数KC≥105，认为正反应进行得较完全；KC≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的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可逆反应的正方向是放热反应.4、另外还有两点必须指出：①平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如：2SO2(g)+O2===2SO3(g)298K时K很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行，如:N2+O22NOK=10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能的。因此没有必要在该条件下进行实验，以免浪费人力物力。或者改变条件使反应在新的条件下进行比较好一些。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:c(D)=c0(D)+△c(D)（3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。△c(A):△c(D)=a:d（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度；反应物A:c(A)=c0(A)-△c(A)5、与平衡常数有关的计算例1:合成氨的反应N2+3H22NH3在某温度下各物质的平衡浓度是:c(N2)=3mol·L-1,c(H2)=9mol·L-1,c（NH3）=4mol·L-1求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。答:K=7.32×10-3,初始c(N2)、c(H2)为5.15mol·L-1。播放返回课堂练习：2、450K时往一空容器中通入氮N2和H2，反应达平衡后，测得c(N2)=3mol/L，c(H2)=9mol/L，c(NH3)=4mol/L,求K、N2和H2的起始浓度3940426515∴K=c(NH3)2/c(N2)c(H2)=3=42/（3×93）=7.3×10-3解:N2+3H22NH3起始浓度/mol/L反应浓度/mol/L平衡浓度/mol/L六、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)反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：%100)(][)(%100)%(00AcAAcAAAA的初始浓度的平衡浓度的初始浓度%100%100)%(始平始初始的物质的量的平衡物质的量初始的物质的量nnnAAAA(a)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率例1：对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若在一定温度下，将0.1mol的SO2(g)和0.06molO2(g)注入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.088mol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。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。(b)已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数例2: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60%，试求：在该温度下。（1）此反应的浓度平衡常数。（2）若SO2(g)和NO2的初始浓度均增大到3mol/L,则SO2转化率变为多少？（c）知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。例3、在1200℃时测得下列反应达平衡时,k=2.25.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。若反应从CO2(g)和H2(g)开始，且CO2(g)和H2(g)的初始浓度分别为A、B、C三种情况。试计算A情况下各物质的平衡浓度及CO2(g)和H2(g)平衡转化率。初始浓度ABCCo(H2)mol/L0.01000.01200.0080Co(CO2)mol/L0.01000.01000.0100将根据B、C组数据计算各物质的平衡浓度和平衡转化率(α),分析结果，得出什么结论？播放返回K=[CO2][H2]/[CO][H2O]=[(2.0α)(2.0α)]/[2.0(1-α)×2.0(1-α)]=α2/(1-α)2=2.6∴α=62%解:设CO的转化率为α，则CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度/mol/L2.02.000变化浓度/mol/L(-2.0α)(-2.0α)(2.0α)(2.0α)平衡浓度/mol/L2.0(1-α)2.0(1-α)2.0α2.0α例题、反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在749K达平衡，Kc=2.60,求：当CO、H2O(g)的起始浓度都为2.0mol/L达平衡后,CO的转化率。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。练习2:在2L的容器中充入1molCO和1molH2O(g),发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)800℃时反应达平衡,若k=1.求：（1）CO的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入的是1molCO和2molH2O(g)，CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（3）若温度不变，上容器中充入的是1molCO和4molH2O(g)，CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（4）若温度不变，要使CO的转化率达到90%，在题干的条件下还要充入H2O(g)物质的量为多少。