化學平衡常數(shù)及計算

關于化學平衡常數(shù)及計算第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三通過分析實驗數(shù)據(jù)得出：1、溫度不變時，為常數(shù)用K表示；2、常數(shù)K與反應的起始濃度大小無關；3、常數(shù)K與正向建立還是逆向建立平衡無關即與平衡建立的過程無關。其它平衡體系的數(shù)據(jù)進行分析，都有類似的關系。對于反應:aA+bBcC+dD第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三一、定義：一定溫度下，對于已達平衡的反應體系中，生成物以它的化學計量數(shù)為乘冪的濃度之積除以反應物以它的化學計量數(shù)為乘冪的濃度之積是個常數(shù)，這個常數(shù)叫做該反應的化學平衡常數(shù)第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三、平衡常數(shù)的單位濃度的單位為mol·L-1

∴K的單位為(mol·L-1)n；二、數(shù)學表達式：對于一般的可逆反應mA+nBpC+qD

{c(C)}p{c(D)}q

{c(A)}m{c(B)}n

K=第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三練習：試寫出下列反應的濃度平衡常數(shù)的數(shù)學表達式：

2SO2(g)+O2(g)2SO3C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)催化劑注意：反應中的固體或純?nèi)軇┎涣腥肫胶獬?shù)的表達式中！第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三1、如果反應中有固體和純液體參加，它們的濃度不應寫在平衡關系式中，因為它們的濃度是固定不變的，化學平衡關系式中只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度。如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Kc=[CO2]CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)Kc=[CO]/([CO2][H2])四、書寫平衡常數(shù)關系式的規(guī)則第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度也不必寫在平衡關系式中，如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Kc=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三非水溶液中的反應，如有水生成或有水參加反應，此時水的濃度不可視為常數(shù)，必須表示在平衡關系式中。如酒精和醋酸的液相反應C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=[CH3COOC2H5][H2O]/([C2H5OH][CH3COOH])第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2、同一化學反應，可以用不同的化學反應式來表示，每個化學方程式都有自己的平衡常數(shù)關系式及相應的平衡常數(shù)。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]1/3第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3、多重平衡規(guī)則若干方程式相加(減)，則總反應的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積(商)例1:2NO(g)+O2(g)2NO2

K1

2NO2(g)N2O4

K2

2NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1K2

第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三例2:

C(s)+CO2(g)2CO(g)K

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)K1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K2

K=K1/K2第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三返回播放解(1)Kc=[N2O4]/[NO2]2(2)Kc=[NO2]2/[N2O4](3)Kc=[CO2]課堂練習：1.寫出下列各反應的平衡常數(shù)K(1)2NO2（g）N2O4（g）(2)N2O4（g）2NO2（g）(3)CaCO3（g）CaO（s）+CO2（g）第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三4、平衡常數(shù)只表現(xiàn)反應進行的程度，即可能性問題，而不表現(xiàn)到達平衡所需的時間，即現(xiàn)實性問題.

5、平衡常數(shù)K與溫度有關，與濃度無關，由K隨溫度的變化可推斷正反應是吸熱反應還是放熱。若正反應是吸熱反應,升高溫度,K增大;若正反應是放熱反應,升高溫度,K減少;第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三(5)K值大小標志反應能達到的最大限度,K值大，反應完全。返回播放http:///upload/2003/7/12/20037121424166069.swfhttp:///flash/moreopen.asp?id=31175.小結(jié)：(1)平衡是有條件的、動態(tài)的。(2)K不隨起始濃度大而變。(3)K與溫度有關。(4)K與方程式寫法有關。第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

1.平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應進行的程度，估計反應的可能性。因為平衡狀態(tài)是反應進行的最大限度。如：N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=1×10-30(298K)這意味著298K時，N2和O2基本上沒有進行反應，反之NO分解的逆反應在該溫度下將幾乎完全進行，平衡時NO實際上全部分解為N2和O2。三、平衡常數(shù)的意義第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三2、平衡常數(shù)K值的大小，可推斷反應進行的程度。

K值越大，表示反應進行的程度越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越大；K值越小，表示反應進行的程度越小，反應物的轉(zhuǎn)化率越小。3、反應的平衡常數(shù)與反應可能進行的程度。一般來說，反應的平衡常數(shù)KC≥105，認為正反應進行得較完全；KC≤10-5則認為這個反應的正反應很難進行(逆反應較完全）。第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三例如：不同溫度時，反應:H2(g)+I2(g)2HI(g),的平衡常數(shù)與溫度的關系如下：△溫度623K698K763K濃度平衡常數(shù)66.954.445.9

通過改變溫度，平衡常數(shù)大小的變化趨勢可以判斷上面可逆反應的正方向是放熱反應.第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三4、另外還有兩點必須指出：①平衡常數(shù)數(shù)值的大小，只能大致告訴我們一個可逆反應的正向反應所進行的最大程度，并不能預示反應達到平衡所需要的時間。如：2SO2(g)+O2===2SO3(g)

298K時Kp很大，但由于速度太慢，常溫時，幾乎不發(fā)生反應。

②平衡常數(shù)數(shù)值極小的反應，說明正反應在該條件下不可能進行，如:N2+O22NO

Kc=10-30(298K)所以常溫下用此反應固定氮氣是不可能的。因此沒有必要在該條件下進行實驗，以免浪費人力物力?；蛘吒淖儣l件使反應在新的條件下進行比較好一些。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

對于可逆反應達到平衡后各物質(zhì)的濃度變化關系，在計算中注意：（2）生成物：平衡濃度=初始濃度+轉(zhuǎn)化濃度生成物D:[D]=c0(D)+△c(D)（3）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學方程式中相應的化學計量數(shù)之比。△c(A):△c(D)=a:d（1）反應物：平衡濃度=初始濃度-轉(zhuǎn)化濃度；反應物A:[A]=c0(A)-△c(A)5、與平衡常數(shù)有關的計算第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三例1:合成氨的反應N2+3H22NH3在某溫度下各物質(zhì)的濃度平衡是:[N2]=3mol·L-1,[H2]=9mol·L-1,[NH3]=4mol·L-1求該反應的平衡常數(shù)和N2、H2的初始濃度。解：①求平衡常數(shù)Kc

Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)=16/(3×93)=7.32×10-3

②求N2、H2的初始濃度。

N2+3H22NH3

反應1摩爾N2同時需3molH2生成2molNH3

N2+3H22NH3平衡3mol·L-19mol·L-14mol·L-1初始(3+2)(9+6)0即：5150答:Kc=7.32×10-3,初始[N2]、[H2]為5.15mol·L-1。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三播放返回課堂練習：

2、450K時往一空容器中通入氮N2和H2，反應達平衡后，測得[N2]=3mol/L，[H2]=9mol/L，[NH3]=4mol/L,求K、N2和H2的起始濃度3940426515∴Kc=[NH3]2/[N2][H2]3=42/（3×93）

=7.3×10-3解:N2+3H22NH3起始濃度/mol/L反應濃度/mol/L平衡濃度/mol/L第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三四、平衡轉(zhuǎn)化率

用平衡常數(shù)來表示反應的限度有時不夠直觀，常用平衡轉(zhuǎn)化率α來表示反應限度。對于可逆反應:

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反應物A的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三(a)已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率

例1：對于反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若在一定溫度下，將0.1mol的SO2(g)和0.06molO2(g)注入一體積為2L的密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中有0.088mol的SO3(g)試求在該溫度下（1）此反應的平衡常數(shù)。（2）求SO2(g)和O2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率。注：溫度一定時，對于一個化學反應，平衡常數(shù)雖然一定，但不同的反應物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同。不能脫離具體的反應物談平衡轉(zhuǎn)化率。第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三(b)已知平衡轉(zhuǎn)化率和初始濃度求平衡常數(shù)例2:反應SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),若在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中SO2(g)的轉(zhuǎn)化率為60%，試求：在該溫度下。（1）此反應的濃度平衡常數(shù)。（2）若SO2(g)的初始濃度均增大到3mol/L,則SO2轉(zhuǎn)化率變?yōu)槎嗌伲康?4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三（c）知平衡常數(shù)和初始濃度求平衡濃度及轉(zhuǎn)化率。例3、在1200℃時測得下列反應達平衡時,k=2.25.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。若反應從CO2(g)和H2(g)開始，且CO2(g)和H2(g)的初始濃度分別為A、B、C三種情況。試計算A情況下各物質(zhì)的平衡濃度及CO2(g)和H2(g)平衡轉(zhuǎn)化率。初始濃度ABCCo(H2)mol/L0.01000.01200.0080Co(CO2)mol/L0.01000.01000.0100將根據(jù)B、C組數(shù)據(jù)計算各物質(zhì)的平衡濃度和平衡轉(zhuǎn)化率(α),分析結(jié)果，得出什么結(jié)論？第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三播放返回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:設CO的轉(zhuǎn)化率為α，則

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始濃度/mol/L2.02.000變化濃度/mol/L(-2.0α)(-2.0α)(2.0α)(2.0α)平衡濃度/mol/L

2.0(1-α)2.0(1-α)2.0α2.0α例題、反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在749K達平衡，Kc=2.6