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第24讲化学平衡常数 化学反应的方向,一、化学平衡常数和与化学平衡有关的计算 1.化学平衡常数 (1)概念 在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,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,这个常数叫做该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号K表示。 (2)表达式 对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(s),K=。,教材研读,(3)影响因素 K只受温度的影响,与反应物和生成物的浓度无关。 (4)意义 K越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率也越大;K越小,正反应进行的程度越小,反应物的转化率也越小。 2.转化率 (1)表达式 对于化学反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),反应物A的转化率为:(A) =100%。,(2)规律 1)同一反应的不同反应物的转化率可能不同,当按照化学计量数之比投入反应物时,反应物的转化率相同。 2)相同条件下,增大某一反应物的浓度,可增大另一反应物的转化率,而增大浓度的反应物的转化率会减小。,自测1判断正误,正确的划“”,错误的划“”。 (1)平衡常数表达式中物质的浓度,可以是任意时刻的浓度() (2)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数() (3)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动() (4)化学平衡发生移动,平衡常数不一定发生变化( ) (5)对于反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),其平衡常数K= ( ),(6)H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数为K1,HI(g) H2(g)+I2(g)的平 衡常数为K2,则K1K2=1( ) (7)化学平衡常数越大,说明正反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物的转化率越大;化学平衡常数越小,说明正反应进行的程度越小,即该反应进行得越不完全,反应物的转化率就越小() (8)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关;温度越高,化学平衡常数越大(),自测2若反应N2+3H2 2NH3的化学平衡常数K1=a,则反应2NH3 N2+3H2的化学平衡常数K2和反应N2+H2 NH3的化学平衡 常数K3分别为多少?,答案K2=,K3=。,二、化学反应方向的判据 1.自发过程 (1)含义 在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。 (2)特点,2.化学反应方向的判据,自测3判断正误,正确的划“”,错误的划“”。 (1)放热过程有自发进行的倾向,但并不一定能自发进行;吸热过程没有自发进行的倾向,但在一定条件下也可自发进行() (2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响() (3)Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行( ),自测4下列说法正确的是() A.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小 B.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的 C.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的H0 D.常温下,反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自发进行,则该反应的H0,D,答案D反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的,若H0,则一定能自发进行;若H0、S0、S0,则反应能否自发进行和温度有关。,考点突破,考点一化学平衡常数及其应用,考点二化学平衡的计算方法“三段式”法,1.平衡常数的书写要求 (1)如果有固体或纯液体参加反应,它们的浓度不出现在平衡常数表达式中。 (2)平衡常数表达式的书写 对于一个可逆反应,平衡常数表达式不是唯一的,它与化学方程式的书写有关。化学方程式的书写不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数表达式就不同,但意义不变,如H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡 常数K1=,而H2(g)+I2(g)HI(g)的平衡常数K2= 。,考点一化学平衡常数及其应用,注意稀溶液中进行的反应,如有水参加或生成,由于水的浓度视为 常数而不出现在平衡常数表达式中。 非水溶液中进行的反应,若有水生成,则水应出现在平衡常数表达式中。 2.影响平衡常数的因素 K只受温度影响,当温度不变时,K值不变;温度升高时,对于H0的反应,K值变大。如果由于浓度、压强的改变而引起化学平衡的移动,但温度恒定,则K值一定不变。 3.化学平衡常数的应用 (1)判断可逆反应进行程度的大小,(2)判断可逆反应是否平衡及不平衡时反应进行的方向 对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时 刻: Qc= (3)判断反应的热效应,热效应 的判断 (4)计算反应物的转化率 依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。,典例1(2017北京朝阳二模,12)汽车发动机中生成NO的反应为:N2(g)+O2(g) 2NO(g),t 时,K=0.09。t 下在甲、乙、丙三个恒容密闭容 器中通入N2(g)和O2(g)模拟反应,起始浓度如下表所示。,下列判断的是() A.起始时,反应速率:丙甲乙 B.平衡时,c(NO):甲=丙乙 C.平衡时,N2的转化率:甲乙 D.平衡时,甲中c(N2)=0.4 molL-1,B,答案BA项,其他条件相同时,浓度越大,反应速率越快,所以起始时,反应速率为丙甲乙;B项,甲和丙容器中的平衡为等效平衡,达到平衡时丙中NO的浓度应该为甲中的2倍;C项,甲容器相当于在乙容器的基础上通入O2,化学平衡向正反应方向移动,N2的转化率增大;D项,利用化学平衡常数可计算出甲容器中达到平衡时,氮气的浓度减小了0.06 molL-1, 所以平衡时,甲中氮气的浓度为0.4 molL-1。,1-1反应物和生成物均为气态的平衡体系,平衡常数表达式为K=,有关该平衡体系的说法不正确的是() A.升高温度,该反应的平衡常数K的变化无法判断 B.增大压强,W的质量分数减小 C.该反应的化学方程式为3Z(g)+2W(g) X(g)+2Y(g) D.增大X气体浓度,平衡向正反应方向移动,D,答案DA项,由于不能确定该反应是吸热反应还是放热反应,故升高温度,无法判断化学平衡常数的变化;B项,增大压强,平衡向正反应方向移动,W的质量分数减小;C项,根据平衡常数表达式及所有反应物和生成物均为气态可知,该反应的化学方程式为3Z(g)+2W(g) X(g)+2Y(g); D项,增大X的浓度,平衡向逆反应方向移动。,1-2在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:,回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。 (2)该反应为反应(填“吸热”或“放热”)。 (3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)c(H2)=5c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为。 (4)若830 时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。,(5)830 时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积,平衡移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。 (6)若1 200 时,在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 molL-1、2 molL-1、4 molL-1、4 molL-1,则此时上述反应的平衡移动方向为(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。,答案(1)(2)吸热(3)700 (4)等于(5)不(6)逆反应方向 解析(1)根据反应方程式CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)可知该反 应的平衡常数表达式为K=。 (2)根据表格中的数据可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,则正反应为吸热反应。 (3)K=0.6,所以对应的温度为700 。 (4)化学平衡常数只与温度有关,所以830 时的平衡常数是1.0。 (5)该反应为气体体积不变的反应,减小压强,平衡不移动。,(6)Qc=4,而此温度下的平衡常数为2.6,所以平衡向逆反应 方向移动。,1.基本步骤 写出有关化学平衡的化学反应方程式。 确定反应物或生成物的起始加入量。 确定反应过程中各物质的变化量。 确定平衡量。 列比例式求解。 2.计算模式 反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol,达到平衡后,A的消耗量为mx mol,容器容积为V L。,考点二化学平衡的计算方法“三段式”法,起始(mol)a b 0 0 变化(mol)mx nx px qx 平衡(mol)a-mx b-nx px qx 则有:(1)平衡常数K=。 (2)反应物:n(平)=n(始)-n(变); 生成物:n(平)=n(始)+n(变)。 (3)平衡时A的物质的量浓度:c平(A)= molL-1。 (4)A的转化率:(A)=100%,A、B的转化率之比为(A)(B)= 。,mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),(5)平衡时A的体积分数:(A)=100%。 (6)平衡时和开始时的压强比:=。 (7)混合气体的密度:(混)= gL-1。 (8)混合气体的平均摩尔质量:= gmol-1。,典例2在容积可变的密闭容器中,2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数接近于() A.5%B.10%C.15%D.20%,C,答案C由题给数据知:参加反应的H2的物质的量为:8 mol25%= 2 mol。 N2+3H2 2NH3 始态:2 mol8 mol0 变化量: mol2 mol mol 平衡态: mol6 mol mol 平衡时N2的体积分数为:100%15%,故C正确。,2-1已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g)H0,请回答下列问 题: (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 molL-1,c(N)=2.4 molL-1;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为。 (2)若反应温度升高,M的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 molL-1,c(N)=a molL-1,达到平衡后,c(P)=2 molL-1,则a=。 (4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=b molL-1,达到平衡后,M的转化率为。,答案(1)25%(2)增大(3)6(4)41% 解析(1)M(g)+N(g)P(g)+Q(g) 始态/molL-112.400 变化/molL-1160%160% 因此N的转化率为100%=25%。 (2)H0说明该反应为吸热反应,升高温度,平衡右移,M的转化率增大。 (3)根据(1)可求出各物质的平衡浓度:c(M)=0.4 molL-1,c(N)=1.8 molL-1,c(P)=0.6 molL-1,c(Q)=0.6 molL-1,因此化学平衡常数K= =。 反应达到平衡后:c(P)=2 molL-1,c(Q)=2 molL-1,c(M)=2 molL-1,c(N)=(a-,2) molL-1,K=,解得a=6。 (4)设M的转化率为x,则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为:c(M)=b(1-x) molL-1,c(N)=b(1-x) molL-1,c(P)=bx molL-1,c(Q)=bx molL-1,K=,解得x41%。,2-2SO2常用于制硫酸,其中一步重要的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g)H0。若向一个2 L的密闭容器中充入0.4 mol SO2、0.2 mol O2和0.4 mol SO3,发生上述反应。 请回答下列问题: (1)当反应达到平衡时,各物质的浓度可能是(填序号)。 A.c(SO2)=0.3 mol/L、c(O2)=0.15 mol/L B.c(SO3)=0.4 mol/L C.c(O2)=0.2 mol/L或c(SO2)=0.4 mol/L D.c(SO3)=0.3 mol/L (2)任选上述一种可能的情况,计算其平衡常数:。 (3)某温度时,将4 mol SO2和2 mol O2通入2 L密闭容器中,10 min时反应,达到平衡,SO2的转化率为80%,则010 min内的平均反应速率v(O2)=,该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数K =。,答案(1)AD(2)(或180) (3)0.08 mol/(Lmin)80 解析(1)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始浓度(mol/L)0.20.10.2 正向进行到底(mol/L)000.4 逆向进行到底(mol/L)0.40.20 由此可知,A、D项可能。 (2)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始浓度(mol/L)0.20.10.2 转化浓度(mol/L)0.10.050.1 平衡浓度(mol/L)0.30.150.1,则K1=,同理可得出(1)中选项D的K2=180。 (3)v(SO2)=0.16 mol/(Lmin),则v(O2)=0.08 mol/(Lmin)。 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始浓度(mol/L)21 0 转化浓度(mol/L)1.60.81.6 平衡浓度(mol/L)0.40.21.6 则K=80。,
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