第二章 化学反应速率与化学平衡

第三节化学平衡化学平衡常数

平衡常数的推导序 号

I2(g) + H2(g)平衡时浓度mol/L 698.6K

2HI(g)平衡时

起始时浓度mol/L 698.6K

c 2(HI)C(HI)

c (H2)1 0.01067

c( I2)0.01196

c (HI)0

C(H2)0.001831

C( I2)0.003129

c(H2) · c(I2)

0.01767

54.523 4

0.011350.01134 0

0.0090440.007510 0

00 0.01069

0.003560.004565 0.001141

0.001250.0007378 0.001141

0.015590.01354

54.6 54.45

0.008410

54.33

根据表中的数据计算出平衡时

c 2(HI)

c(H2) · c(I2)

的值，并分析其中规律。

通过分析实验数据得出： (1)温度不变时，[ HI ]2 [H 2 ] [I2 ]

为常数 用K表示,K = 54.5;

(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。

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)

2.数学表达式：对于一般的可逆反应： aA+bB d cC+dD

K=

c (C)· c (D) c (A)· c (B)ab

c

化学平衡常数的书写注意事项①如果反应中有固体或纯液体参加时，不写它们的浓度 K = c(CO2) 例如：CaCO (s) CaO(s) + CO (g)3 2

C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ②稀溶液中有水参加反应时，不写水的浓度

c(CO) · c(H2) K= c(H2O)

Cl2 + H2O

HCl + HClO

c(HCl) · c(HClO) K= c(Cl2)

③同一可逆反应，可以用不同的化学方程式表示，例：

N2O4(g)

{c(NO2) } K= c(N2O4)

2

2NO2(g)

2NO2(g)K’

K = 1/K’

c(N2O4)

N2O4(g)

=

2 {c(NO2) }

3.影响平衡常数的因素①与反应物的浓度无关；②与压强的大小无关； ③与反应有无催化剂无关； ④只与温度有关。

升高温度， 放热反应K减小， 吸热反应K增大

N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g)(正反应放热)的平衡常数与 温度的关系 T/K 373 473 573 676 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103CO(g)+H2O (g) CO2 (g)+ H2 (g) (正反应吸热)的平衡常数与温度的关系

T/K K

373

473

573

676

1.86×10-5 2.2 ×10-4 3.8 ×10-3 3.27×10-2

773 0.15

注意：使用平衡常数时必须指明是在哪一温度下进行的可逆反应

4.平衡常数意义(1)表示可逆反应进行的程度(即反应的限度) K值越大，反应进行的程度越大(越完全)。 当K>105时，可以认为反应完全; K值越小，反应进行的程度越小(越不完全) 。 当K<10-5时，可以认为反应很难进行卤化氢生成反应的平衡常数(25℃)化学方程式 H2+F2 2HF H2+Cl2 2HCl H2+Br2 2HBr H 2 + I2 2HI 平衡常数K 6.5×1095 2.57×1033 1.91×1019 8.67×102

(2)判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行 对于可逆反应，在一定的温度的任意时刻，反应物 的浓度和生成物的浓度有如下关系： a

A+bB cC+dD c d

QC =

c (C)· c (D)ab

c (A)· c (B)

QC称为浓度商

QC<K ,反应向正方向进行 QC=K ,反应处于平衡状态 QC>K ,反应向逆方向进行

(3)利用K可判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应 若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应

5、有关化学平衡的计算(1) 反应物的平衡浓度 = 起始浓度 – 消耗浓度

计 (2) 生成物的平衡浓度 = 起始浓度 + 生成浓度 算 该反应物已转化的量 常 (3) 某反应物的转化率(α)= 用 该反应物的起始总量 关 n平 P平 (4)恒温恒容下： 系 n始 P始 式 n V(5)恒温恒压下：平

×100%

V始

n始

平

(6)克拉贝龙方程： PV = nRT m总 (7)混合气体平衡相对分子质量： M = n 总

有关化学平衡计算的解题模式思路和方法： 建立模式、确定关系、依照题意、列出方程对于可逆反应：mA(g)平 衡 三 步 曲

+ nB(g)b nx b- nx

pC(g) + qD(g)0 px px 0 qx qx

n起始(mol) a n变化(mol) mx n平衡(mol) a-mx

①若已知A 的转化率为α,则有：

qx ②若已知D 的体积分数为β%,则有： a-mx+b-nx+px+qx ×100% = β% P起 a+b ③若已知起始和平衡时的压強，则有： a-mx+b-nx+px+qx = P平④若已知平衡时混合气体的平均相对分子质量，则有： M =

mx ×100% = α a

aMA+bMB a-mx+b-nx+px+qx

【例1】某温度下，向10L真空容器中注入1.00mol H2和 1.00mol I2(g),反应平衡后I2(g)的浓度为0.0200mol/L。试 求该温度下反应H2 (g) + I2(g) 2HI (g) 的平衡常数。 解：各物质的起始浓度(mol/L)各物质的平衡浓度(mol/L)

H2 (g) + I2(g)

2HI (g)

0.100

0.100

00.160

0.0200 0.0200

(0.160)2 c2 (HI) = K= =64.0 c (H2) · c (I2) (0.0200)2 答：平衡常数为64.0

【例2】在一密闭容器中，CO和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0.200mol/L和1.00 mol/L 。求反应达到平衡时CO转化为CO2的转化率。 解： 设达到平衡时被转化的CO的浓度为x mol/L CO(g)+H2O (g) 各物质的起始浓度(mol/L) 0.200 1.00 各物质的平衡浓度(mol/L) 0.200-x 1.00-x CO2 (g)+ H2 (g) 0 0 x x

c(CO2)· c(H2) x2 = = 1.00 K= c (CO)· c (H2O) (0.200-x)(1.00-x) 解方程得 x=0.166 CO转化为CO2的转化率为 0.166 ×100% =83.0% 0.200 答：平衡时CO转化为CO2的转化率为83.0%

【巩固练习】1.在一定温度下，将等物质的量A和B充入一密 闭容器中，发生如下反应：A(g)+2B(g) 2C(g),反应达到平衡时，若A和B的物质的量 之和与C相等，则此时A的转化率为( C ) A.50 % B.60 % C.40 % D.70 % 2.将气体A放入密闭容器中，在一定温度时反 应： 2A(g) B(g)+nC(g)达到平衡时，压 强增大m%,测得A的转化率也为m%,则n的 值为( C ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

3.在一个固定体积的密闭容器中，放入3LX和2

LY,,在 一定条件下反应： 4X(气)+3Y(气) 2Q(气)+nR(气)达到平衡后，容器 内温度不变，容器内压强比原来增加5%,X的浓度减小 1/3,则反应方程中的n值为( C ) A. 5 B.3 C. 6 D. 2 4.在一定体积的密闭容器中加入1molA气体和nmolB 气体，按下式反应生成气体C:A(g) + nB(g) mC(g),反应达到平衡时测得A的转 化率为50%,在同温同压下平衡时气体的密度是反应 前的4/3,则n和m的数值可能是( CD ) A.n=3,m=3; B.n=2,m=3; C.n=3,m=2; D.n=1,m=1

5.在一定温度下，向容积不变的密闭容 器中通入8 mol SO2和4 molO2后，容器 中的压强为3.03×105 Pa,经一段时间后， 反应达到平衡，测得容器中的压强为 2.22×105Pa,试计算平衡时SO2的物质 的量和转化率。

1.6mol,80%

6. 在标准状况下， l molA 气体发生如下反应： 2A(g) B(g)+xC(g);达到平衡时，在混合气中 A的体积分数为58.6%,混合气的总质量为46 g,密 度为1.772 g· L-1,试计算： (1)达平衡后，混合气的平均相对分子质量

39.7

(2)达平衡后，A的转化率

32%x= 2

(3)C气体的化学计量数x的数值

( 4 ) 相同条件下，反应前 A 的压强是平衡混合气 体压强的几倍。 0.86