化學(xué)平衡常數(shù)以及計(jì)算

1、關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)及計(jì)算第1頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：1、溫度不變時(shí)， 為常數(shù) 用K表示；2、常數(shù)K與反應(yīng)的起始濃度大小無關(guān)；3、常數(shù)K與正向建立還是逆向建立平衡無關(guān)即與平衡建立的過程無關(guān)。其它平衡體系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，都有類似的關(guān)系。對于反應(yīng): aA + bB cC + dD第2頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四一、定義： 一定溫度下，對于已達(dá)平衡的反應(yīng)體系中，生成物以它的化學(xué)計(jì)量數(shù)為乘冪的濃度之積除以反應(yīng)物以它的化學(xué)計(jì)量數(shù)為乘冪的濃度之積是個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)第3頁，共29頁，2022年，5月20

2、日，13點(diǎn)10分，星期四三、平衡常數(shù)的單位濃度的單位為molL-1 K的單位為(molL-1)n；二、數(shù)學(xué)表達(dá)式： 對于一般的可逆反應(yīng)mA+nB pC+qD c(C)pc(D)q c(A) mc(B) n K =第4頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四練習(xí)：試寫出下列反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)催化劑注意：反應(yīng)中的固體或純?nèi)軇┎涣腥肫胶獬?shù)的表達(dá)式中！第5頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四1、如果反應(yīng)中有固體和純液體參加，它們的濃度不應(yīng)寫在平衡關(guān)系式中，因?yàn)樗?/p>

3、們的濃度是固定不變的，化學(xué)平衡關(guān)系式中只包括氣態(tài)物質(zhì)和溶液中各溶質(zhì)的濃度。如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Kc=CO2CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)Kc=CO/(CO2H2)四、書寫平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則第6頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四 稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，如有水參加，水的濃度也不必寫在平衡關(guān)系式中，如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Kc=CrO42-2H+2/Cr2O72-第7頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四 非水溶液中的反應(yīng)，如有水生成或有水參加反應(yīng)，此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù)，必須表示在平衡

4、關(guān)系式中。如酒精和醋酸的液相反應(yīng)C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=CH3COOC2H5H2O/(C2H5OHCH3COOH)第8頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四2、同一化學(xué)反應(yīng)，可以用不同的化學(xué)反應(yīng)式來表示，每個(gè)化學(xué)方程式都有自己的平衡常數(shù)關(guān)系式及相應(yīng)的平衡常數(shù)。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/N2O41/3第9頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四3、多

5、重平衡規(guī)則 若干方程式相加(減)，則總反應(yīng)的平衡 常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積(商)例1: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 2NO2 (g) N2O4 K2 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K = K1 K2 第10頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四例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第11頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四返 回播 放解(

6、1) Kc=N2O4/NO22(2) Kc=NO22/N2O4(3) Kc= CO2課堂 練習(xí)：1.寫出下列各反應(yīng)的平衡常數(shù)K(1) 2NO2（g） N2O4（g） (2) N2O4（g） 2NO2（g） (3) CaCO3（g） CaO（s）+CO2（g） 第12頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四4、平衡常數(shù)只表現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的程度，即可能性問題，而不表現(xiàn)到達(dá)平衡所需的時(shí)間，即現(xiàn)實(shí)性問題. 5、平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)，由K隨溫度的變化可推斷正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱。 若正反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,K 增大;若正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,K 減少;第13頁，共29

7、頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四(5) K值大小標(biāo)志反應(yīng)能達(dá)到的最大限度, K值大，反應(yīng)完全。返 回播 放http:/upload/2003/7/12/20037121424166069.swf http:/flash/moreopen.asp?id=31175. 小結(jié)：(1) 平衡是有條件的、動(dòng)態(tài)的。(2) K不隨起始濃度大而變。(3) K與溫度有關(guān)。(4) K與方程式寫法有關(guān)。第14頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四1.平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，估計(jì)反應(yīng)的可能性。因?yàn)槠胶鉅顟B(tài)是反應(yīng)進(jìn)行的最大限度。如： N2(g)+O2(g)2NO(g

8、)Kc=110-30(298K)這意味著298K時(shí)，N2和O2基本上沒有進(jìn)行反應(yīng)，反之NO分解的逆反應(yīng)在該溫度下將幾乎完全進(jìn)行，平衡時(shí)NO實(shí)際上全部分解為N2和O2。三、平衡常數(shù)的意義第15頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四2、平衡常數(shù)K值的大小，可推斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。 K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；K值越小，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。3、反應(yīng)的平衡常數(shù)與反應(yīng)可能進(jìn)行的程度。一般來說，反應(yīng)的平衡常數(shù)KC105，認(rèn)為正反應(yīng)進(jìn)行得較完全；KC 10-5則認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)的正反應(yīng)很難進(jìn)行(逆反應(yīng)較完全）。第16頁，共29頁，2022年，5

9、月20日，13點(diǎn)10分，星期四例如：不同溫度時(shí)，反應(yīng):H2(g)+I2(g) 2HI(g),的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：溫度623K698K763K濃度平衡常數(shù)66 .954.445.9 通過改變溫度，平衡常數(shù)大小的變化趨勢可以判斷上面可逆反應(yīng)的正方向是放熱反應(yīng).第17頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四4、另外還有兩點(diǎn)必須指出：平衡常數(shù)數(shù)值的大小，只能大致告訴我們一個(gè)可逆反應(yīng)的正向反應(yīng)所進(jìn)行的最大程度，并不能預(yù)示反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。如：2SO2(g)+O2=2SO3(g)298K時(shí)Kp很大，但由于速度太慢，常溫時(shí)，幾乎不發(fā)生反應(yīng)。平衡常數(shù)數(shù)值極小的反應(yīng)，說明正反應(yīng)

10、在該條件下不可能進(jìn)行，如:N2+O22NOKc=10-30(298K)所以常溫下用此反應(yīng)固定氮?dú)馐遣豢赡艿?。因此沒有必要在該條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以免浪費(fèi)人力物力?；蛘吒淖儣l件使反應(yīng)在新的條件下進(jìn)行比較好一些。第18頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四 對于可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后各物質(zhì)的濃度變化關(guān)系，在計(jì)算中注意：（2）生成物：平衡濃度=初始濃度+轉(zhuǎn)化濃度 生成物D: D = c0(D) +c(D)（3）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們在化學(xué)方程式中相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。c(A):c(D)=a:d（1）反應(yīng)物：平衡濃度=初始濃度-轉(zhuǎn)化濃度； 反應(yīng)物A: A=c0(A) - c(A)5、

11、與平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算第19頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四例1:合成氨的反應(yīng)N2+3H22NH3在某溫度下各物質(zhì)的濃度平衡是:N2=3molL-1,H2=9molL-1,NH3 =4molL-1求該反應(yīng)的平衡常數(shù)和N2、H2的初始濃度。解：求平衡常數(shù)KcKc=NH32/(N2H23)=16/(393)=7.3210-3求N2、H2的初始濃度。N2+3H22NH3反應(yīng)1摩爾N2同時(shí)需3molH2生成2molNH3N2+3H22NH3平衡3molL-19molL-14molL-1初始(3+2)(9+6)0即：5150答:Kc=7.3210-3,初始N2、H2為5.15mo

12、lL-1。第20頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四播 放返 回課堂 練習(xí)： 2、 450K時(shí)往一空容器中通入氮N2和H2，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得N2=3mol/L，H2=9mol/L，NH3 =4 mol/L, 求K、N2和H2的起始濃度3 9 4042 65 15Kc= NH32/N2 H23 = 42/（393） =7.310-3解: N2 + 3H2 2NH3起始濃度/mol/L 反應(yīng)濃度/mol/L 平衡濃度/mol/L 第21頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四四、平衡轉(zhuǎn)化率 用平衡常數(shù)來表示反應(yīng)的限度有時(shí)不夠直觀，常用平衡轉(zhuǎn)化率來表示反應(yīng)限

13、度。對于可逆反應(yīng): mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：第22頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四(a)已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率 例1：對于反應(yīng)2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) ,若在一定溫度下，將0.1mol的SO2(g)和0.06mol O2(g)注入一體積為2L的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測得容器中有0.088mol的SO3(g)試求在該溫度下（1）此反應(yīng)的平衡常數(shù)。（2）求SO2(g)和O2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率。注：溫度一定時(shí)，對于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)雖然一定，但不同的

14、反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同。不能脫離具體的反應(yīng)物談平衡轉(zhuǎn)化率。第23頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四(b)已知平衡轉(zhuǎn)化率和初始濃度求平衡常數(shù)例2:反應(yīng)SO2(g)+ NO2(g) SO3(g)+NO(g) ,若在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測得容器中SO2(g)的轉(zhuǎn)化率為60%，試求：在該溫度下。（1）此反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)。（2）若SO2(g) 的初始濃度均增大到3mol/L,則SO2轉(zhuǎn)化率變?yōu)槎嗌?？?4頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四（c）知平衡常數(shù)和初始濃度求

15、平衡濃度及轉(zhuǎn)化率。例3、在1200時(shí)測得下列反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),k=2.25. CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 。若反應(yīng)從CO2(g)和H2(g)開始，且CO2(g)和H2(g)的初始濃度分別為A、B、C三種情況。試計(jì)算A情況下各物質(zhì)的平衡濃度及CO2(g)和H2(g)平衡轉(zhuǎn)化率。 初始濃度ABCCo(H2)mol/L0.01000.01200.0080Co(CO2)mol/L0.01000.01000.0100將根據(jù)B、C組數(shù)據(jù)計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度和平衡轉(zhuǎn)化率(),分析結(jié)果，得出什么結(jié)論？第25頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四播 放返 回K = CO2

16、H2 / COH2O =(2.0)(2.0) / 2.0(1-)2.0(1-) =2 / (1-)2 = 2.6 = 62 %解:設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為，則 CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)起始濃度/ mol/L 2.0 2.0 0 0變化濃度/ mol/L (-2.0) ( -2.0) ( 2.0) ( 2.0)平衡濃度/ mol/L 2.0(1-) 2.0(1-) 2.0 2.0例題、 反應(yīng)CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)在749K達(dá)平衡，Kc=2.60,求：當(dāng)CO、H2O (g)的起始濃度都為 2.0 mol/L達(dá)平衡后,CO的轉(zhuǎn)化率 。第26頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四練習(xí)1、在密閉容器中，將NO2加熱到某溫度時(shí)，可進(jìn)行如下反應(yīng)：2NO2 2NO+O2，在平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別是：NO2=0.06mol/L,NO=0.24mol/L,O2=0.12mol/L.試求：（1）該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)。（2）開始時(shí)NO2的濃度。（3） NO2的轉(zhuǎn)化率。第27頁，共29頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)10分，星期四練習(xí)2:在2L的容器中充入 1mol CO和 1mol H2O(g),發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,若k=1.求：（1