1、新课标人教版选修四第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡（第三课时）平衡常数的推导序号起始时浓度mol/L平衡时浓度mol/L平衡时c(H2)c(I2)c(HI)C(H2)C(I2)C(HI)10.010670.0119600.0018310.0031290.0176720.011350.00904400.003560.001250.0155930.011340.00751000.0045650.00073780.013544000.010690.0011410.0011410.008410I2(g)+H2(g)2HI(g)54.554.654.4554.33根据表中的数据计算出平衡
2、时的值，并分析其中规律。c (HI)2c(H2)c(I2)2c (HI)c(H2)c(I2)温度为698.6K时，一定温度下，对于已达平衡的反应体系中，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积比值是个常数。一、化学平衡常数的定义1、定义：在一定温度下，当一个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。这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数）2、表达式：K=c (C)c (D)pqc (A)c (B)mn3.单位 K的单位为(molL-1)n；n=(p+q)-(m+n)浓度的单位为molL-1(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)化学平衡
3、常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度值。(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数而不写入表达式。二、使用平衡常数应注意的几个问题：例如：(4)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关 例如：N2+3H22NH3 的 K1 值 与 1/2N2+3/2H2NH3 的 K2 值 不一样CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)K=c(CO2)K=c(CO)/c(CO2)c(H2)K1=K22C(NH3)2C(N2)C(H2)3k1=C(NH3)C(N2)C(H2)3/2k2=1/2(5)同一条件下
4、,正、逆反应的平衡常数互成倒数关系。例如：N2+3H22NH3 的K1值与N2+3H2 的K2值关系2NH3K1=1/K2C(NH3)2C(N2)C(H2)3k1=23k2=C(N2)C(H2)C(NH3)2NO(g)+O2(g)N2O4(g)K?（6）若干方程式相加，则总反应的平衡常数等于分步 平衡常数之乘积 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K12NO2(g)N2O4(g)K2例：=K1 K2Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)练习：写出下列反应平衡常数的表达式（1）K值越大，表示反应进
5、行的程度越大，反应物转化率也越大。1、定量的衡量化学反应进行的程度（2）一般当K105时，该反应进行得基本完全。2、判断正在进行的可逆是否平衡及不平衡向何方向进行 对于可逆反应，在一定的温度的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：叫该反应的浓度商（1）QCK，反应向正方向进行（2）QCK，反应处于平衡状态（3）QCK，反应向逆方向进行三、化学平衡常数的应用3、利用可判断反应的热效应（）若升高温度，值增大，则正反应为吸热反应（）若升高温度，值减小，则正反应为放热反应例如：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：温度623K698K763K浓
6、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 上可逆反应的正方向是放热反应.例题:高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)；H0其平衡常数可表达为:K=c(CO2)/c(CO)，已知1100，K=0.2631100时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时化学反应向方向进行，其原因是。否正向2运用“三段式”解法，将“起始量、变化量、平衡量”依次排列，然后根据题目给定关系列式计算。如：浓度(或物质的量)aA(g)bB(g)cC
7、(g)dD(g)起始量 m n 0 0变化量 ax bx cx dx平衡量 max nbx cx dx各物质的转化量（浓度或物质的量的变化）之比等于化学方程式中的各物质的计量系数之比。注意：1写出有关化学平衡的化学方程式。转化率四、有关化学平衡常数的计算例1：在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得C(H2)=0.0080mol/L（1）求该反应的平衡常数。（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.2mol,试求达到化学平衡状态时各物质的浓度,及此时I2的转化率 H2(g)+I2(g)2HI(g)起始量变化量平衡量0.0
8、1 0.01 00.0080.0020.0020.0040.0080.004C(HI)2C(H2)C(I2)K=(0.004)2(0.008)=2=0.25浓度(mol/L)(2)依据题意，对于同一个反应，温度不变，平衡常数 不变，K=0.25。H2(g)+I2(g)2HI(g)起始量变化量平衡量0.02 0.02 0 XX2X0.02X0.02X2X设H2的变化浓度为Xmol/L浓度(mol/L)C(HI)2C(H2)C(I2)K=(2X)2(0.02X)=2=0.25X=0.004mol/L平衡时C(H2)=C(I2)=0.016mol/LC(HI)=0.008mol/L 2、已知平衡常数
9、和初始浓度求平衡浓度及转化率 例2:在密闭容器中,将2.0molCO与10molH2O混合加热到800,达到下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K=1.0求CO转化为CO2的转化率.解:设达到平衡时CO转化为CO2的物质的量为x,V为容器容积 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始浓度:2.0V10V0V0V2.0V平衡浓度:2.0V10-xVxVxV2.0-xVK=c(CO2)c(H2)C(CO)C(H2O)=1.0X=1.66CO转化为CO2的转化率为83%.答:略练习1：对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若在一定温度下，将初始浓度为0.
10、4mol/L的SO2(g)和1.0mol/LO2(g)混合注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为80%,试求在该温度下（1）此反应的平衡常数。（2）求SO2(g)、O2(g)、SO3(g)的平衡浓度。解：由题意可得：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始浓度:0.4 1.0 0 转化浓度:0.4 x 80 平衡时浓度:0.08 0.84 0.32 0.16 0.32 K=C(SO3)2C(SO2)2 C(O2)=19答:略2将4mol SO2与2mol O2放入4L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5m
11、ol/L。则此条件下的平衡常数K为()4解：A(g)+2B(g)2C(g)起变平nn0 x2x2xn-xn-2x2x由题意可知：n-x +n-2x=2 x x=0.4n%80%1008.0%100nnnnB起变解题的一般步骤：列出三栏数据根据题意列方程求解例1、在密闭容器中，用等物质的量的 A 和 B 发生下列反应：A(g)+2B(g)2C(g)反应达到平衡时，若混合气体中A 和 B 的物质的量之和与C的物质的量相等，求B的转化率。c(CO):c(H2O)=1:1 时CO+H2O CO2+H2起始c1 1 0 0转化c x x x x平衡c 1-x1-x x x解得 x=0.5 (CO)=50
12、%(H2O)=50%c(CO):c(H2O)=1:4 时CO+H2O CO2+H2起始c 1 4 0 0转化cx x x x平衡c 1-x4-x x x解得x=0.8 (CO)=80%(H2O)=20%例3:已知CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)800 K=1.0；求恒温恒容体系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4开始，达到平衡时CO和H2O(g)的转化率。(1-x)(1-x)x2K=1(1-x)(4-x)x2K=1 有多种反应物，增大一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，而本身的转化率减小结论：1判断正误(正确打“”号，错误打“”号)。(1)化学平衡常数等于某
13、一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。(2)化学平衡常数与浓度有关，与温度无关。(3)升高温度，K 值增大，则正反应为吸热反应。(4)在任何条件下，一个可逆反应的化学平衡常数都是一个恒定值。(5)K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大。【能力训练】2对于 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()AKcFe3O4cH2cFecH2O BKcFe3O4c4H2cFec4H2OCKc4H2Oc4H2DK c4H2c4H2O【分析】平衡常数表达式中只表示出气体或溶液中溶质的浓度而固体或纯液体不表示出来。【答案】D2关于化学平衡常数的叙述正确的
14、是()A温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个 常数 B两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平 衡常数不变 C温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反 应的平衡常数互为倒数 D浓度商QK时，v正v逆【解析】K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数。浓度商Q v逆。【答案】C 3当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O42NO2平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其c(NO2)2/c(N2O4)值()A变大 B不变 C变小 D无法确定【解析】温度不变，K不变。【答案】B4在相同的温
15、度下，测得反应：N2(g)O2(g)2NO(g)的平衡常数K3.841031；2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常数K3.101026。则在此温度下，两个化学反应的反应程度之间的关系是()A B。【答案】B5X、Y、Z为三种气体，把amol X和bmol Y充入一密闭容器中，发生反应X2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)n(Y)n(Z)，则Y的转化率为()【解析】X 2Y2Z起始物质的量/mol a b 0转化物质的量/mol x 2x 2x平衡物质的量/mol ax b2x 2x据题意：(ax)(b2x)2x解得x(a+b)/5，2(a+b)/5b 100%(1)平衡常数只受温度影响，与其他外界条件无关；计算平衡常数时一定要使用平衡浓度，不能用物质的量，也不能用某一时刻的浓度。(2)平衡常数可用于判断可逆反应的热效应，升温时，K值变大，该反应为吸热反应，反之为放热反应。(3)利用 K 与 Q 的相对大小判断反应方向：QK，反应逆向进行QK，反应正向进行QK，反应达到平衡(4)反应物的转化率变化，平衡常数不一定变化，但平衡常数变化，反应物的转化率一定改变。(5)化学平衡常数K与Q的表达式相同，但各物质的浓度不同，K中各物质的浓度必须是平衡浓度，而Q 中是任一时刻的浓度。(6)化学平衡常数不表示反应的快慢，即K值大，化学反应速率不一定大。