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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化学平衡常数第二单元 化学反应的方向和限度1n我们知道，化学平衡状态是可逆反应在我们知道，化学平衡状态是可逆反应在一定条件下反应达到的最大限度。那么，一定条件下反应达到的最大限度。那么，当达到化学平衡状态是，究竟有多少反当达到化学平衡状态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，平衡体系中各物应物转化成了生成物，平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定的关系？请大质的浓度之间是否有一定的关系？请大家完成家完成 P48页的问题解决。页的问题解决。c(N2O4)c2(NO2)是一个定值是一个定值我们知道，化学平衡状态是可逆反应在一定条件下反应达到的最大限2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(g32NO2(g)N2O4(g)c(N2O4)c2(NO2)平衡时物质的浓度代入平衡时物质的浓度代入是一个定值是一个定值n如果反应物或生成物不止一种，情况又如果反应物或生成物不止一种，情况又如何呢？如何呢？如在一定条件下，可逆反应如在一定条件下，可逆反应 H2+I2(g)2HI，起始以及平衡时，起始以及平衡时各物质的浓度如下表所示。他们的浓度间各物质的浓度如下表所示。他们的浓度间存在何种关系？存在何种关系？2NO2(g)N2O4(g)c 4序序号号起始时浓度起始时浓度mol/L698.6K平衡时浓度平衡时浓度mol/L698.6K平衡时平衡时c0(H2)c0(I2)c0(HI)H2I2HI10.010670.0119600.0018310.0031250.0176720.011350.00904400.003560.001250.0155930.011340.00751000.004570.000740.013544000.010690.001140.001140.00841I2(g)+H2(g)2HI(g)54.5754.6254.2154.42根据表中的数据计算出根据表中的数据计算出该温度该温度下，平衡时下，平衡时 的值，并分析的值，并分析其中规律。其中规律。序号起始时浓度mol/L平衡时浓度mol/L平衡时c0(H5 c 2(HI)c(H2)c(I2)是一个定值。是一个定值。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。I2(g)+H2(g)2HI(g)即：即：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓在一定温度下，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度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数 c 2(HI)c(H2)c(I2)是一个定值。问题：6一、化学平衡常数一、化学平衡常数K其中其中c为各组分的为各组分的平衡浓度平衡浓度，温度一定，温度一定，K为定值为定值。1.1.K的表达式的表达式 大量实验事实表明，对下列可逆反应：大量实验事实表明，对下列可逆反应：aA+bB cC+dD在在一定温度一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应下，无论反应物的起始浓度如何，反应达达到到平衡状态平衡状态后，将后，将各物质各物质的的物质的量浓度物质的量浓度满足下满足下面关系：面关系：一、化学平衡常数K其中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K7n分析分析教科书教科书P49表表2-8、2-9中的数据，你能中的数据，你能得出什么结论？得出什么结论？一、化学平衡常数一、化学平衡常数（1）K与温度有关与温度有关，对于一个具体的可逆反应，一定温，对于一个具体的可逆反应，一定温度下，度下，K一定。（必须指明温度）一定。（必须指明温度）(2)化学平衡常数表达式化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关与化学方程式的书写有关。同。同一个化学反应，由于书写的方式不同，各反应物和生成一个化学反应，由于书写的方式不同，各反应物和生成物的化学计量数不同，平衡常数就不同。物的化学计量数不同，平衡常数就不同。（3）化学平衡常数表达式中）化学平衡常数表达式中固体固体和稀溶液中的和稀溶液中的H2O的浓度，的浓度，不需表达不需表达 分析教科书P49表2-8、2-9中的数据，你能得出什么结论8Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+Fe3O4(s)+4H2(g)高温高温3Fe(s)+4H2O(g)n根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应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。的平衡常数表达式。一、化学平衡常数一、化学平衡常数Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+Fe9N2+3H2 2NH32NH3 N2+3H2 N2+H2 NH31232n根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应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。的平衡常数表达式。一、化学平衡常数一、化学平衡常数请写出上述请写出上述K1、K2、K3的关系的关系K1 =1/K2 =K32N2+3H2 2NH32NH3 102.2.平衡常数的意义平衡常数的意义aA+bB cC+dD(1)(1)平衡常数平衡常数K K值的大小，可推断反应进行的程度。值的大小，可推断反应进行的程度。K K 值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；率越大；反之反之，K K 值越小，表示反应进行的程度越小，值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。反应物的转化率越小。一般来说，反应的平衡常数一般来说，反应的平衡常数K10K105 5，认为正反应进行，认为正反应进行得较完全；得较完全；K 10K 10-5-5则认为这个反应的正反应很难进则认为这个反应的正反应很难进行行(逆反应较完全）。逆反应较完全）。n提出化学平衡常数的有什么意义？对我们提出化学平衡常数的有什么意义？对我们研究化学反应进行的程度有什么帮助呢？研究化学反应进行的程度有什么帮助呢？n分析教科书分析教科书P48页表页表2-7，你能找出规律吗？，你能找出规律吗？2.平衡常数的意义aA+bB cC11注意：注意：K K大致告诉我们一个可逆反应进行的程度，大致告诉我们一个可逆反应进行的程度，但但不能预示反应达到平衡所需要的时间。不能预示反应达到平衡所需要的时间。如：如：2SO2(g)+O2=2SO3(g)298K时，时，K很大，但由于速度太慢，常温很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。时，几乎不发生反应。注意：12(2)(2)平衡常数平衡常数K K与温度有关，与浓度无关，由与温度有关，与浓度无关，由K K随随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。例如：不同温度时，反应例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的浓度平衡常数与温度的关系如下：的浓度平衡常数与温度的关系如下：温度温度623K698K763K平衡常数平衡常数66.954.445.9若升高温度若升高温度,K 减小减小,说明正反应是放热反应说明正反应是放热反应;若升高温度若升高温度,K 增大增大,说明正反应是吸热反应说明正反应是吸热反应.2.2.平衡常数的意义平衡常数的意义(2)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的变化可推13某某温度下温度下可逆反应可逆反应: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，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：系如下：QC K，未达平衡，逆向进行。未达平衡，逆向进行。QC=K,达平衡，平衡不移动。达平衡，平衡不移动。QC K,未达平衡，正向移动。未达平衡，正向移动。2.2.平衡常数的意义平衡常数的意义（3 3）利用）利用K 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某温度下可逆反应:mA(g)+nB(g)14二、平衡转化率二、平衡转化率100%=该反应物的该反应物的起始浓度起始浓度该反应物的该反应物的平衡浓度平衡浓度该反应物的起始浓度该反应物的起始浓度 可可逆反应在一定条件下达到平衡时，逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率为：某一反应物的平衡转化率为：n除了化学平衡常数外，还可以用除了化学平衡常数外，还可以用反应物的反应物的平衡转化率平衡转化率表示化学反应进行的限度表示化学反应进行的限度阅读阅读P49二、平衡转化率100%=该反应物的起始浓度该反应物的15作业：教材P51 5 练习册P30 3、6-8 练习册 P31-32 2作业：教材P51 516（一）将起始浓度（一）将起始浓度,变化浓度变化浓度,平衡浓度表示清楚平衡浓度表示清楚 2、生成物：平衡浓度、生成物：平衡浓度=起始浓度起始浓度+转化浓度转化浓度（三）各物质的（三）各物质的转化量转化量之比等于它们在化学方程式中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（二）（二）1、反应物：平衡浓度、反应物：平衡浓度=起始浓度起始浓度-转化浓度；转化浓度；对于反应对于反应:aA+bB cC+dD三、平衡常数和转化率的计算三、平衡常数和转化率的计算（一）将起始浓度,变化浓度,平衡浓度表示清楚 17解：据题意可知，起始时解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100molL-1 平衡时平衡时c(I2)=0.0200molL-1H2(g)+I2(g)2HI(g)起始时各物质的浓度起始时各物质的浓度/molL-10.100 0.100 0变化的各物质的浓度变化的各物质的浓度/molL-1平衡时各物质的浓度平衡时各物质的浓度/molL-10.0800 0.160 0.0200 0.160 K=(0.160)2(0.0200)2=64.0 c2(HI)c(H2)c(I2)=答：平衡常数为答：平衡常数为64.0。平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算 0.0800 0.0200【例1】-P49解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100mo18 c(平平)/molL-1 0.200 x 0.200 x x x 解得:x=0.100解：设平衡时解：设平衡时CO转化浓度为转化浓度为x molL-1K=x2(0.200 x)(02.00 x)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)c(始始)/molL-1 0.200 0.200 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【例2】-P50已知：起始时已知：起始时c(CO)=0.200molL-1c(H2O)=0.0200molL-1800该反应该反应K=1.00 c(平)/molL-1 0.200 x 0.19答:平衡时平衡时CO转化为转化为CO2转化率转化率是50%。=100%=50%0.1000.200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CO转化为CO2转化率是50%。20【补例【补例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达达到下列平衡：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。求反应达到平衡时。求反应达到平衡时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%【补例2】在一密闭容器中，CO和H2O混合加热到800达到21某容器充入氮气和氢气发生反应某容器充入氮气和氢气发生反应N2+3H2 2NH3，在某温度下，在某温度下各物质的平衡浓度各物质的平衡浓度: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。=42 393 =0.0073解：解：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始浓度起始浓度(mol/l)变变化浓度化浓度(mol/l)平平衡浓度衡浓度(mol/l)a b0 2 6 4 3 9 4由题意可知：由题意可知：K=c(NH3)2 c(N2)c(H2)3 a=3mol/L+2mol/L=5mol/Lb=9mol/L+6mol/L=15mol/L【例3】平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算某容器充入氮气和氢气发生反应N2+3H2 221、850K时，在一密闭容器中充入一定量的时，在一密闭容器中充入一定量的SO2和和O2，当反应达到平衡后测得：，当反应达到平衡后测得：SO2、O2和和SO3的浓度分的浓度分别为别为6.010-3 molL-1、8.010-3 molL-1 和和 4.410-2 molL-1。计算：。计算：（1）该温度下反应）该温度下反应 的平的平衡常数。衡常数。（2）达平衡状态时，）达平衡状态时，SO2的转化率。的转化率。2SO2+O2 2SO3平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算1、850K时，在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2，当反232.在一定温度下，向容积不变的密闭容器中通入在一定温度下，向容积不变的密闭容器中通入8 mol SO2和和4 molO2后，容器中的压强为后，容器中的压强为3.03105 Pa，经一段时间后，反应达到平衡，测得容器中的压，经一段时间后，反应达到平衡，测得容器中的压强为强为2.22105Pa，试计算平衡时，试计算平衡时SO2的物质的量和的物质的量和转化率。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%2.在一定温度下，向容积不变的密闭容器中通入8 mol SO243、已知一氧化碳与水蒸气的反应为、已知一氧化碳与水蒸气的反应为CO +H2O(g)CO2 +H2催化剂催化剂高温高温在在773K时时的的平平衡衡常常数数是是9。如如果果反反应应开开始始时时，一一氧氧化化碳碳和和水水蒸蒸气气的的浓浓度度都都是是0.01mol/L，计计算算一一氧氧化化碳碳在在此此反反应应条条件件下下的转化率。的转化率。4、现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：、现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：2SO2+O2 2SO3已已知知C(SO2)始始=0.4mol/L，C(O2)始始=1mol/L经经测测定定该该反反应应在在该该温度下的平衡常数温度下的平衡常数K19，试判断，试判断，（1）当当SO2转转化化率率为为50时时，该该反反应应是是否否达达到到平平衡衡状状态态，若若未达到，向哪个方向进行？未达到，向哪个方向进行？（2）达平衡状态时，）达平衡状态时，SO2的转化率应为多少？的转化率应为多少？平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算3、已知一氧化碳与水蒸气的反应为CO +H2O(g)25平衡常数和转化率的计算平衡常数和转化率的计算【例【例4】高炉炼铁中发生的基本反应如下高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)Q。其其平平衡衡常常数数可可表表达为达为:K=c(CO2)/c(CO)，已知，已知1100，K=0.263 (1)若若要要使使反反应应向向右右进进行行，高高炉炉内内CO2和和CO的的体体积积比比值值_，平平衡衡常常数数K值值_(填填“增增大大”“减减小小”或或“不变不变”)(2)1100时，测得高炉中时，测得高炉中c(CO2)=0.025molL-1，c(CO)=0.1molL-1，在这种情况下该反应是否处于平衡状，在这种情况下该反应是否处于平衡状态态_(填填“是是”或或“否否”)，此时化学反应速率是，此时化学反应速率是V正正_V逆逆(填填“大于大于”、“小于小于”或或“等于等于”)，其原因，其原因是是 。减小减小不变不变否否大于大于c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行态，且向正反应方向进行 平衡常数和转化率的计算【例4】高炉炼铁中发生的基本反应如下:26作业：教材P51 6 练习册P31 9 练习册 P31 5、7、9、10作业：教材P51 627再见28
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