高二化学平衡常数

对于一般的可逆反应mA+nB pC+qD
K=
{c(C)}p{c(D)}q {c(A)} m{c(B)} n
三、平衡常数的单位 浓度的单位为mol· L-1
∴K的单位为(mol· L-1)n；
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) C(s)+H2O(g)
c 2 ( SO3 ) K 2 c ( SO2 ) c(O2 )
对于反应: aA + bB
cC + dD
c c (C )c d ( D) K a b c ( A) c ( B)
一、定义：
一定温度下，对于已达平衡的反应体
系中，生成物以它的化学计量数为乘幂的 浓度之积除以反应物以它的化学计量数为
乘幂的浓度之积是个常数，这个常数叫做
该反应的化学平衡常数
二、数学表达式：
初始浓度 Co(H2)mol/L A 0.0100 B 0.0120 0.0100 C 0.0080 0.0100
Co(CO2)mol/L 0.0100
将根据B、C组数据计算各物质的平衡浓度和平衡 转化率(α),分析结果，得出什么结论？
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例题、 反应CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)在749K达平衡， Kc=2.60,求：当CO、H2O (g)的起始浓度都为 2.0 mol/L达平 衡后,CO的转化率 。 解:设CO的转化率为α，则 CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) 起始浓度/ mol/L 2.0 2.0 0 0 变化浓度/ mol/L (-2.0α) ( -2.0α) ( 2.0α) ( 2.0α) 平衡浓度/ mol/L 2.0(1-α) 2.0(1-α) 2.0α 2.0α
[ HI ]2 [H 2 ] [I2 ]
平衡时
54.5 54.6 54.45 54.33
2 0.01135
3 0.01134 4 0
0.00904 4
0.00751 0 0
0
0
0.00356
0.00456 5
0.00125
0.0007378 0.001141
0.01559
0.01354 0.00841 0
0.01069 0.001141
[ HI ]2 根据表中的数据计算出平衡时 的值，并分析其中规律。 [H 2 ] [I2 ]
通过分析实验数据得出： 2
c ( HI ) 1、温度不变时，c( H 2 ) c( I 2 ) 为常数 用K表示；
2、常数K与反应的起始浓度大小无关； 3、常数K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。 其它平衡体系的数据进行分析，都有类似的关系。
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-+H2O2CrO42-+2H+ Kc=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]
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，
必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸 的液相反应
C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O K=[CH3COOC2H5][H2O]/([C2H5OH][CH3COOH])
5、与平衡常数有关的计算
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： （1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度； 反应物A: [A]=c0(A) - △c(A) （2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度 生成物D: [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 中相应的化学计量数之比。△c(A):△c(D)=a:d
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5. 小结： (1) 平衡是有条件的、动态的。 (2) K不随起始浓度大而变。 (3) K与温度有关。 (4) K与方程式写法有关。 (5) K值大小标志反应能达到的最大限度, K值大，反应完全。
3、多重平衡规则 若干方程式相加(减)，则总反应的平衡 常数等于分步平衡常数之乘积(商) 例1: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 2NO2 (g) 2NO (g) +O2(g) N 2O 4 N2O4 (g) K2 K = K1 K2
例2:
C (s) + CO2(g) C (s) + H2O (g)
Kc=[N2O4]/[NO2]2 Kc=[NO2]2/[N2O4] Kc= [CO2]
4、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 时间，即现实性问题.
5、平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度 的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。 若正反应 是吸热反应,升高温度,K 增大;若正反应是放热反应,升 高温度,K 减少;
(a)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平 衡转化率
例1：对于反应2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) ,若在 一定温度下，将0.1mol的SO2(g)和0.06mol O2(g)注 入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测 得容器中有0.088mol的SO3(g)试求在该温度下
（1）此反应的平衡常数。
（c）知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。
例3、在1200℃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 CO2(g)和H2(g)开始，且CO2(g)和H2(g)的初始浓度 分别为A、B、C三种情况。试计算A情况下各物质 的平衡浓度及CO2(g)和H2(g)平衡转化率。
2、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 的平衡常数关系式及相应的平衡常数。
例：N2O4（g） 2NO2（g）
Kc = [NO2]2/[N2O4]
1/2N2O4（g）
1/3N2O4（g）
NO2（g）
2/3NO2（g）
Kc = [NO2]/[N2O4]1/2 Kc = [NO2]2/3/[N2O4]1/3
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 %
练习1、在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进 行如下反应：2NO2 2NO+O2，在平衡时各物 质的浓度分别是：[NO2]=0.06mol/L,[NO]=0.24mol/L, [O2]=0的反应N2+3H22NH3在某温度下各物质的 浓度平衡是:[N2]=3mol· L-1,[H2]=9mol· L-1,[NH3] =4mol· L-1求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。 解：①求平衡常数Kc Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)=16/(3×93)=7.32×10-3 ②求N2、H2的初始浓度。 N2+3H22NH3 反应1摩尔N2同时需3molH2生成2molNH3 N2 + 3H2 2NH3 平衡3mol· L-1 9mol· L-1 4mol· L-1 初始(3+2) (9+6) 0 即： 5 15 0 答:Kc=7.32×10-3,初始[N2]、[H2]为5.15mol· L-1。
例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 的平衡常数与温度的关系如下： 温度 浓度平衡常数 623K 66 .9 698K 54.4
△
2HI(g),
763K 45.9
通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断 上面可逆反应的正方向是放热反应.
4、另外还有两点必须指出：
①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，并不能预 示反应达到平衡所需要的时间。如： 2SO2(g)+O2===2SO3(g) 298K时Kp很大，但由于速度太慢，常温时，几 乎不发生反应。 ②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，如: N2+O22NO Kc=10-30(298K)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。
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课堂 练习：
2、 450K时往一空容器中通入氮N2和H2，反应达平 衡后，测得[N2]=3mol/L，[H2]=9mol/L，[NH3] =4 mol/L, 求K、N2和H2的起始浓度 解: N2 + 起始浓度/mol/L 5 反应浓度/mol/L 2 平衡浓度/mol/L 3 3H2 15 6 9 2NH3 0 4 4
（2）求SO2(g)和O2(g)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 一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能 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
例2:反应SO2(g)+ NO2(g) SO3(g)+NO(g) ,若 在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的 SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状 态时，测得容器中SO2(g)的转化率为60%，试求： 在该温度下。 （1）此反应的浓度平衡常数。 （2）若SO2(g) 的初始浓度均增大到3mol/L,则SO2 转化率变为多少？
∴Kc= [NH3]2/[N2] [H2]3 = 42/（3×93） =7.3×10-3
四、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 平衡转化率α来表示反应限度。
对于可逆反应: mA(g)+nB (g)