化学平衡---化学平衡常数.ppt

化学平衡化学平衡化学平衡常数化学平衡常数化学平化学平衡特点衡特点(1)逆：逆：(2)等：等：(3)动：动：(4)定：定：(5)变变:(6)同：同：同：同：动态平衡（正逆反应仍在进行）动态平衡（正逆反应仍在进行）条件改变，原平衡被破坏，在新的条条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。件下建立新的平衡。正反应速率正反应速率=逆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，反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。各组分的含量一定。可逆反应；可逆反应；条件相同，某一可逆反应无论是从正反条件相同，某一可逆反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始，最终均可达应开始还是从逆反应开始，最终均可达到同一平衡状态。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。学平衡的性质。根据学案表中的数据计算平衡时根据学案表中的数据计算平衡时 的值的值并分析讨论表中数据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：通过分析实验数据得出：(1)温度不变时，温度不变时，为常数为常数 用用K表示表示,K=54.47；(2)常数常数K与反应的起始浓度大小无关；与反应的起始浓度大小无关；(3)常数常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立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。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，对其它平衡体系的数据进行分析，都有类似的关系都有类似的关系。对于反应对于反应:aA+bB cC+dD一、定义：一、定义：在在一定温度下，当一个可逆反应一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物与反应物浓度幂之积浓度幂之积的比值是一个常的比值是一个常数，这个常数就是该反应的数，这个常数就是该反应的 化学平衡常数化学平衡常数（简称平衡常数）（简称平衡常数）符号符号K表示表示三、平衡常数的单位浓度的单位为molL-1 K的单位为(molL-1)n；称经验平衡常数称经验平衡常数当浓度的单位为当浓度的单位为molL-1，一般不写单位一般不写单位二、数学表达式：二、数学表达式：对于一般的可逆反应对于一般的可逆反应mA+nB pC+qD c (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：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)催化剂催化剂注意：注意：反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！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=CO2CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)K=CO/(CO2H2)四、书写平衡常数关系式的规则四、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-+H2O 2CrO42-+2H+Kc=CrO42-2H+2/Cr2O72-3、非水溶液中的反应，如有水生成或有非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，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。如酒精和醋酸必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应的液相反应C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2OK=CH3COOC2H5H2O/(C2H5OHCH3COOH)4、同一化学反应，可以用不同的化学反同一化学反应，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。的平衡常数关系式及相应的平衡常数。例：例：N2O4（g）2NO2（g）Kc=NO22/N2O4 1/2N2O4（g）NO2（g）Kc=NO2/N2O41/2 1/3N2O4（g）2/3NO2（g）Kc=NO22/3/N2O41/35、多重平衡规则多重平衡规则 若干方程式相加若干方程式相加(减减)，则总反应的平衡，则总反应的平衡 常数等于分步平衡常数之乘积常数等于分步平衡常数之乘积(商商)例1:2NO(g)+O2(g)2NO2 K1 2NO2(g)N2O4 K2 2NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1 K2 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返 回播 放解解(1)Kc=N2O4/NO22(2)Kc=NO22/N2O4(3)Kc=CO2课堂课堂 练习：练习：1.写出下列各反应的平衡常数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可能性问题，而不表现到达平衡所需的时间，即现实性问题时间，即现实性问题.7、平衡常数平衡常数K K与温度有关，与浓度无关与温度有关，与浓度无关，由由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。是放热。若正反应是吸热反应若正反应是吸热反应,升高温度升高温度,K 增大增大;若正若正反应是放热反应反应是放热反应,升高温度升高温度,K 减少减少;(5)K值大小标志反应能达到的最大限度值大小标志反应能达到的最大限度,K值大，反应完全。值大，反应完全。返 回播 放8.小结：小结：(1)平衡是有条件的、动态的。平衡是有条件的、动态的。(2)K不随起始浓度大小而变。不随起始浓度大小而变。(3)K与温度有关。与温度有关。(4)K与方程式写法有关。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，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：限度。如：N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=110-30(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、平衡常数的意义五、平衡常数的意义2、平衡常数平衡常数K K值的大小，可推断反应进行的程值的大小，可推断反应进行的程度。度。K值越大，值越大，表示反应表示反应进行的程度越大，进行的程度越大，反应反应物的物的转化率越大；转化率越大；K值越小，值越小，表示反应表示反应进行的进行的程度越小，程度越小，反应物的反应物的转化率越小。转化率越小。3、反应的平衡常数与反应可能进行的程度。反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一一般来说，反应的平衡常数般来说，反应的平衡常数KC105，认为，认为正反应正反应进行得较完全；进行得较完全；KC 10-5则认为这个反应的则认为这个反应的正正反应很难进行反应很难进行(逆反应较完全）。逆反应较完全）。例如：例如：不同温度时，反应不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的的平衡常数与温度平衡常数与温度的关系如下：的关系如下：温度温度623K698K763K浓度平衡常数浓度平衡常数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上面可逆反应的正方向是放热反应正方向是放热反应.4、另外还有两点必须指出：、另外还有两点必须指出：平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反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，应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平并不能预示反应达到平衡所需要的时间。衡所需要的时间。如：如：2SO2(g)+O2=2SO3(g)298K时时K很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。反应。平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不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，可能进行，如如:N2+O22NOK=10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可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。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，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：在计算中注意：（2）生成物：平衡浓度）生成物：平衡浓度=初始浓度初始浓度+转化浓度转化浓度 生成物生成物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）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。相应的化学计量数之比。c(A):c(D)=a:d（1）反应物：平衡浓度）反应物：平衡浓度=初始浓度初始浓度-转化浓度；转化浓度；反应物反应物A:c(A)=c0(A)-c(A)5、与平衡常数有关的计算、与平衡常数有关的计算例例1:合成氨的反应合成氨的反应N2+3H22NH3在某温度下各在某温度下各物质的平衡浓度是物质的平衡浓度是:c(N2)=3molL-1,c(H2)=9molL-1,c（NH3）=4molL-1求该反应的平衡常数和求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。的初始浓度。答:K=7.3210-3,初始c(N2)、c(H2)为5.15molL-1。播 放返 回课堂课堂 练习：练习：2、450K时往一空容器中通入氮时往一空容器中通入氮N2和和H2，反应达平，反应达平衡后，测得衡后，测得c(N2)=3mol/L，c(H2)=9mol/L，c(NH3)=4 mol/L,求求K、N2和和H2的起始浓度的起始浓度3 9 4042 65 15 K=c(NH3)2/c(N2)c(H2)=3=42/（393）=7.310-3解解:N2+3H2 2NH3起始浓度起始浓度/mol/L 反应浓度反应浓度/mol/L 平衡浓度平衡浓度/mol/L 六、平衡转化率六、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，常用平衡转化率平衡转化率来表示反应限度。来表示反应限度。对于可逆反应对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应物反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：(a)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率转化率 例例1：对于反应：对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若在若在一定温度下，将一定温度下，将0.1mol的的SO2(g)和和0.06mol O2(g)注注入一体积为入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有得容器中有0.088mol的的SO3(g)试求在该温度下试求在该温度下（1）此反应的平衡常数。）此反应的平衡常数。（2）求）求SO2(g)和和O2(g)的平衡转化率。的平衡转化率。注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。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已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数例例2:反应反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),若若在一定温度下，将物质的量浓度均为在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的的SO2(g)和和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中态时，测得容器中SO2(g)的转化率为的转化率为60%，试求：，试求：在该温度下。在该温度下。（1）此反应的浓度平衡常数。）此反应的浓度平衡常数。（2）若）若SO2(g)和和NO2的初始浓度均增大到的初始浓度均增大到3mol/L,则则SO2转化率变为多少？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。）知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。例例3、在、在1200时测得下列反应达平衡时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。若反应从CO2(g)和和H2(g)开始，且开始，且CO2(g)和和H2(g)的初始浓度的初始浓度分别为分别为A、B、C三种情况。试计算三种情况。试计算A情况下各物质情况下各物质的平衡浓度及的平衡浓度及CO2(g)和和H2(g)平衡转化率。平衡转化率。初始浓度初始浓度ABCCo(H2)mol/L0.01000.01200.0080Co(CO2)mol/L 0.01000.01000.0100将根据将根据B、C组数据计算各物质的平衡浓度和平衡组数据计算各物质的平衡浓度和平衡转化率转化率(),分析结果，得出什么结论？分析结果，得出什么结论？播 放返 回K=CO2H2 /COH2O =(2.0)(2.0)/2.0(1-)2.0(1-)=2/(1-)2 =2.6 =62%解解:设设CO的转化率为的转化率为，则，则 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度起始浓度/mol/L 2.0 2.0 0 0变化浓度变化浓度/mol/L (-2.0)(-2.0)(2.0)(2.0)平衡浓度平衡浓度/mol/L 2.0(1-)2.0(1-)2.0 2.0例题、例题、反应反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在在749K达平衡，达平衡，Kc=2.60,求：当求：当CO、H2O(g)的起始浓度都为的起始浓度都为 2.0 mol/L达平达平衡后衡后,CO的转化率的转化率。练习练习1、在密闭容器中，将、在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进加热到某温度时，可进行如下反应：行如下反应：2NO2 2NO+O2，在平衡时各物质的在平衡时各物质的浓度分别是：浓度分别是：NO2=0.06mol/L,NO=0.24mol/L,O2=0.12mol/L.试求：试求：（1）该温度下反应的）该温度下反应的平衡常数。平衡常数。（2）开始时）开始时NO2的浓度。的浓度。（3）NO2的转化率。的转化率。练习练习2:在在2L的容器中充入的容器中充入 1mol CO和和 1mol H2O(g),发生反应：发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)800时反应达平衡时反应达平衡,若若k=1.求：求：（1）CO的平衡浓度和转化率。的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入）若温度不变，上容器中充入 的是的是1mol CO和和 2mol H2O(g)，CO和和H2O(g),的平衡浓度和转化率是的平衡浓度和转化率是多少。多少。（3）若温度不变，上容器中充入）若温度不变，上容器中充入 的是的是1mol CO和和 4mol H2O(g)，CO和和H2O(g),的平衡浓度和转化率是的平衡浓度和转化率是多少。多少。（4）若温度不变，要使）若温度不变，要使CO的转化率达到的转化率达到90%，在题，在题干的条件下还要充入干的条件下还要充入 H2O(g)物质的量为多少物质的量为多少。