化学平衡常数刘建.pptx

第二单元第二单元 化学反应的方向和限度化学反应的方向和限度第第3课时课时 化学平衡常数化学平衡常数专题专题2 2 化学反应速率与化学平化学反应速率与化学平衡衡刘刘 建建化学平衡状态时各反应物和生成物的浓度间的定量关系化学平衡状态时各反应物和生成物的浓度间的定量关系2NO2(g)N2O4(g)表表2-6 NO2(g)N2O4(g)平衡体系中各物质的物质的量浓度（平衡体系中各物质的物质的量浓度（25）起始浓度起始浓度(mol/L)平衡浓度平衡浓度(mol/L)平衡浓度关系平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)2.0010-206.3210-36.8410-33.0010-208.0010-31.1010-202.0010-29.4610-31.5210-200.1002.2810-28.8610-2c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)c(NO2)21.081.381.721021.711021.611.701023.891.701021.填写下表中的空格填写下表中的空格2.分析表中数据，总结归纳化学平衡状态时各反应物分析表中数据，总结归纳化学平衡状态时各反应物和生成物的浓度间的定量关系和生成物的浓度间的定量关系 讨论、小结：讨论、小结：是一个定值。是一个定值。即：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积即：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数。与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数。问题：问题：请大家阅读教科书请大家阅读教科书P48页关于平衡常数的页关于平衡常数的定义，并找出其中的关键词。定义，并找出其中的关键词。c(N2O4)c 2(NO2)2.数学表达式：数学表达式：化学平衡常数化学平衡常数1.定义：定义：在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物以反应分子在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物以反应分子数为次幂的浓度的乘积与反应物以反应分子数为次幂的浓度的数为次幂的浓度的乘积与反应物以反应分子数为次幂的浓度的乘积之比为一个常数，这个常数叫化学平衡常数乘积之比为一个常数，这个常数叫化学平衡常数对于一般的可逆反应对于一般的可逆反应：aA+bB cC+dDK=c(C)c(D)cdc(A)c(B)abCr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+Fe3O4(s)+4H2(g)高温高温3Fe(s)+4H2O(g)N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H2 N2+H2 NH31232 根据平衡常数的定义，请大家写出下列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。可逆反应的平衡常数表达式。化学平衡常数化学平衡常数2.2.使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题化学平衡常数化学平衡常数（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，不表示反应的）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，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，表达式值的计算时，固体不作考虑，表达式 中不需表达中不需表达如：如：一定温度下一定温度下Fe3O4(s)+4H2(g)高温高温3Fe(s)+4H2O(g)2.2.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的浓的浓 度可不表达度可不表达一定温度下一定温度下Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+如：如：化学平衡常数化学平衡常数（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关K1 =1/K2 =K322.2.使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题例如，在某温度下：例如，在某温度下：N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H2 N2+H2 NH31232化学平衡常数化学平衡常数K1 与与K2 =K3的关系？的关系？多重平衡规则例1:2NO(g)+O2(g)2NO2 K1 2NO2(g)N2O4 K2 2NO(g)+O2(g)N2O4(g)KK=K1 K2 若干方程式相加若干方程式相加(减减)，则总反应的平衡常数，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积等于分步平衡常数之乘积(商商)K 与与 K1、K2的关系？的关系？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/K2K 与与 K1、K2的关系？的关系？（6）利用）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态值可判断某状态是否处于平衡状态2.2.使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题 K K，v正正 v逆逆，反应向正方向进行反应向正方向进行K K，v正正 v逆逆，反应处于平衡状态反应处于平衡状态KK，v正正 v逆逆，反应向逆方向进行反应向逆方向进行则：则：如某温度下，可逆反应如某温度下，可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡常数为平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：下：化学平衡常数化学平衡常数（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，不表示反应的的 快慢，即速率大，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，表达式值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达中不需表达（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（5）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关（6）利用）利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态值可判断某状态是否处于平衡状态小小 结结2.2.使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题3.3.影响平衡常数的因素影响平衡常数的因素与反应物的与反应物的浓度浓度浓度浓度无关；无关；与与压强压强压强压强的大小无关；的大小无关；与反应有无与反应有无催化剂催化剂催化剂催化剂无关；无关；只与只与温度温度温度温度有关。有关。注意：注意：注意：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表表2-8 N2(g)3H2(g)2NH3(g)(正反应正反应放热放热)的平衡常数与温度的关系的平衡常数与温度的关系T/K373473573676773K3.351091.001072.451051.881042.99103 CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)(正反应正反应吸热吸热)的平衡常数与温度的关系的平衡常数与温度的关系T/K373473573676773K1.8610-52.2 10-43.8 10-33.2710-20.15升高温度，放热反应升高温度，放热反应K K减小，吸热反应减小，吸热反应K K增大增大4.4.平衡常数平衡常数意义意义K值越大，反应进行的程度越大（越完全）。值越大，反应进行的程度越大（越完全）。当当K107 时，可以认为反应完全，反应为时，可以认为反应完全，反应为不可逆反应不可逆反应K值越小，反应进行的程度越小（越不完全）值越小，反应进行的程度越小（越不完全）。当当K10-7 时，可以认为未发生反应，反应不能进行时，可以认为未发生反应，反应不能进行表示可逆反应进行的程度表示可逆反应进行的程度(即反应的限度即反应的限度)表表2-7 2-7 卤化氢生成反应的平衡常数卤化氢生成反应的平衡常数(25)(25)8.67102H2I22HI1.911019H2Br22HBr2.571033H2Cl22HCl6.51095H2F22HF平衡常数平衡常数K化学方程式化学方程式5.反应物的反应物的平衡平衡转化率转化率某反应物的转化率某反应物的转化率()=该反应物已转化的量该反应物已转化的量该反应物的起始总量该反应物的起始总量100%该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度该反应物的起始浓度100%反应的反应的平衡平衡平衡平衡转化率转化率转化率转化率能表示在能表示在能表示在能表示在一定温度一定温度一定温度一定温度、一定起一定起一定起一定起始浓度始浓度始浓度始浓度下反应进行的限度。下反应进行的限度。反应的反应的化学平衡常数化学平衡常数化学平衡常数化学平衡常数则表示在则表示在一定温度一定温度一定温度一定温度、各种各种各种各种起始浓度起始浓度起始浓度起始浓度下反应进行的限度。下反应进行的限度。6.6.有关有关有关有关平衡常数、平衡常数、平衡常数、平衡常数、转化率的简单计算转化率的简单计算转化率的简单计算转化率的简单计算【例例1】某温度下，向某温度下，向10L真空容器中注入真空容器中注入1.00mol H2和和1.00mol I2(g)，反应，反应平衡后平衡后I2(g)的浓度为的浓度为0.0200mol/L。试求该温度下反应。试求该温度下反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数。的平衡常数。H2(g)I2(g)2HI(g)解：解：各物质的起始浓度各物质的起始浓度(mol/L)0.1000.1000各物质的平衡浓度各物质的平衡浓度(mol/L)0.02000.02000.160K c2(HI)c(H2)c(I2)(0.160)2(0.0200)264.0答：答：平衡常数为平衡常数为64.0【例例2】在一密闭容器中，在一密闭容器中，CO和和H2O混合加热到混合加热到800达到下列平衡：达到下列平衡：CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.00若反应开始时若反应开始时CO和和H2O的浓度分别为的浓度分别为0.200mol/L和和1.00 mol/L。求反应达到平。求反应达到平衡时衡时CO转化为转化为CO2的转化率。的转化率。CO(g)H2O(g)CO2(g)+H2(g)解：解：各物质的起始浓度各物质的起始浓度(mol/L)0.2001.000 0各物质的平衡浓度各物质的平衡浓度(mol/L)1.00-x0.200-xx x1.00答：答：平衡时平衡时CO转化为转化为CO2的转化率为的转化率为83.0%设达到平衡时被转化的设达到平衡时被转化的CO的浓度为的浓度为x mol/LK c(CO2)c(CO)c(H2O)c(H2)x2(0.200-x)(1.00-x)解方程得解方程得 x x0.1660.166CO转化为转化为CO2的转化率为的转化率为0.1660.1660.2000.200100%83.0%有关化学平衡的计算有关化学平衡的计算计计算算常常用用关关系系式式(1)反应物的平衡浓度反应物的平衡浓度=起始浓度起始浓度 消耗浓度消耗浓度(2)生成物的平衡浓度生成物的平衡浓度=起始浓度起始浓度+生成浓度生成浓度某反应物的转化率某反应物的转化率()=该反应物已转化的量该反应物已转化的量该反应物的起始总量该反应物的起始总量100%(3)（4）恒温恒容下：）恒温恒容下：P平平P始始n平平n始始（5）恒温恒压下：）恒温恒压下：V平平V始始n平平n始始(6)克拉贝龙方程：克拉贝龙方程：PV=nRT(7)混合气体平衡相对分子质量：混合气体平衡相对分子质量：M=m总总n总总有关化学平衡计算的解题模式有关化学平衡计算的解题模式思路和方法：思路和方法：建立模式、确定关系、依照题意、列出方程建立模式、确定关系、依照题意、列出方程建立模式、确定关系、依照题意、列出方程建立模式、确定关系、依照题意、列出方程对于可逆反应对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)n起始起始(mol)n变化变化(mol)n平衡平衡(mol)a b 0 0mx nx px qxa-mx b-nx px qx若已知若已知A 的的转化率转化率为为，则有：，则有：mxa100%=若已知若已知D 的的体积分数体积分数为为%，则有：，则有：qxa-mx+b-nx+px+qx100%=%若已知起始和平衡时的若已知起始和平衡时的压強压強，则有：，则有：a+ba-mx+b-nx+px+qxP起起P平平=若已知平衡时混合气体的若已知平衡时混合气体的平均相对分子质量平均相对分子质量，则有：，则有：aMA+bMBa-mx+b-nx+px+qxM=平平衡衡三三步步曲曲1.在一定温度下，将等物质的量在一定温度下，将等物质的量A和和B充入一密充入一密闭容器中，发生如下反应：闭容器中，发生如下反应：A(g)+2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若，反应达到平衡时，若A和和B的物质的量的物质的量之和与之和与C相等，则此时相等，则此时A的转化率为的转化率为()A50%B60%C40%D70%【巩固练习巩固练习】2.在一个固定体积的密闭容器中，放入在一个固定体积的密闭容器中，放入3LX和和2LY,在在一定条件下反应：一定条件下反应：4X(气气)+3Y(气气)2Q(气气)+nR(气气)达到平衡后，容器达到平衡后，容器内温度不变，容器内压强比原来增加内温度不变，容器内压强比原来增加5%,X的浓度减小的浓度减小1/3，则反应方程中的，则反应方程中的n值为值为()A.5 B.3 C.6 D.2CC3.在一定温度下，向容积不变的密闭容在一定温度下，向容积不变的密闭容器中通入器中通入8 mol SO2和和4 molO2后，容器后，容器中的压强为中的压强为3.03105 Pa，经一段时间后，经一段时间后，反应达到平衡，测得容器中的压强为反应达到平衡，测得容器中的压强为2.22105Pa，试计算平衡时，试计算平衡时SO2的物质的的物质的量和转化率。量和转化率。注意解题过程的规范性，包括严密、注意解题过程的规范性，包括严密、简明、有条理和准确性简明、有条理和准确性 。1.6mol，80%4.在一密闭容器中，在一密闭容器中，CO与与H2O混合加热到混合加热到800达到下列平衡：达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.00若反应开始时若反应开始时CO和和H2O的浓度分别为的浓度分别为0.200 molL-1 和和1.00molL-1，求达到平衡时，求达到平衡时CO转转化为化为CO2转化率是多少？转化率是多少？平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算 c(平平)/molL-1 0.200 x 1.00 x x x 解得:x=0.166解：设平衡时解：设平衡时CO2和和H2的浓度为的浓度为x molL-1K=x2(0.200 x)(1.00 x)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c(始始)/molL-1 0.200 1.00 0 0c(变变)/molL-1 x x x x=1.00c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算答:平衡时平衡时CO转化为转化为CO2转化率转化率是83.0%。（CO）=100%=83.0%0.1660.200平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算