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第2節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的限度 課時(shí)1
第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率
1.認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡常數(shù)是表征反應(yīng)限度的物理量，知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能書寫平衡常數(shù)表達(dá)式，能進(jìn)行平衡常數(shù)的簡單計(jì)算；
2.能利用平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡及平衡移動(dòng)的方向。
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
聯(lián)想 · 質(zhì)疑
在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中，人們會(huì)遇到各種各樣的可逆反應(yīng)，如合成氨的反應(yīng)：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
高溫、高壓
催化劑
該反應(yīng)在一定條件下不可能進(jìn)行完全，即存在一定的限度，而反應(yīng)限度的大小對(duì)于生產(chǎn)和生活實(shí)際有著直接的影響。
如何定量地描述化學(xué)反應(yīng)的限度呢？
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表中所列為測(cè)量反應(yīng)I2(g) +H2(g) 2HI(g)在698.6K時(shí)各物質(zhì)的初始濃度和平衡濃度所獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算填寫表中的空格。
初始濃度×10-2 mol/L 平衡濃度×10-2 mol/L
c始(H2) c始(I2) c始(HI) c平(H2) c平(I2) c平(HI)
1.067 1.196 0 0.183 0.313 1.767
1.135 0.904 0 0.356 0.125 1.559
1.134 0.751 0 0.457 0.074 1.354
0 0 1.069 0.114 0.114 0.841
0 0 0.449 0.048 0.048 0.353
c平2(HI)
c平(H2)c平(I2)
54.5
54.6
54.2
54.1
54.4
在一定溫度下，反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)， 的數(shù)值與H2(g)、I2(g)、HI(g)的初始濃度大小有關(guān)嗎？
c平2(HI)
c平(H2)c平(I2)
無關(guān)
數(shù)值相同
一、化學(xué)平衡常數(shù)
1.定義：
溫度一定時(shí)，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物平衡濃度的冪之積與反應(yīng)物平衡濃度的冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)稱為化學(xué)平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)。
化學(xué)平衡狀態(tài)
①相同條件下；
②正、逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行；
③反應(yīng)物與生成物同時(shí)存在。
對(duì)于： a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)
c平(A) c平(B)
K＝
c
c平(C) c平(D)
d
a
b
注意：對(duì)于有純固體或純液體參與的反應(yīng)，純固體或純液體不列入平衡常數(shù)的表達(dá)式中。
2.影響因素：
(1)內(nèi)因：反應(yīng)物本身的性質(zhì)
(2)外因：只受溫度影響
與濃度、壓強(qiáng)等外界因素?zé)o關(guān)
與反應(yīng)的過程無關(guān)
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寫出下表中各反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式，并討論下面問題。
反應(yīng) K 單位
① N2(g)+ H2 (g) NH3(g) (mol·L-1)-1
② N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) (mol·L-1)-2
③ 2NH3(g) N2(g)+3H2 (g) (mol·L-1)2
K2＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K3＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K1＝
c (NH3)
c (N2) c (H2)
Ⅰ.對(duì)于一個(gè)反應(yīng)，其平衡常數(shù)的表達(dá)式是唯一的嗎？
不唯一，平衡常數(shù)的表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。
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寫出下表中各反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式，并討論下面問題。
反應(yīng) K 單位
① N2(g)+ H2 (g) NH3(g) (mol·L-1)-1
② N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) (mol·L-1)-2
③ 2NH3(g) N2(g)+3H2 (g) (mol·L-1)2
K2＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K3＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K1＝
c (NH3)
c (N2) c (H2)
Ⅱ.①×2=②，K1和K2有什么關(guān)系？
= K2
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寫出下表中各反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式，并討論下面問題。
反應(yīng) K 單位
① N2(g)+ H2 (g) NH3(g) (mol·L-1)-1
② N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) (mol·L-1)-2
③ 2NH3(g) N2(g)+3H2 (g) (mol·L-1)2
K2＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K3＝
c2 (NH3)
c(N2) c3 (H2)
K1＝
c (NH3)
c (N2) c (H2)
Ⅲ.對(duì)于一可逆反應(yīng)，其正反應(yīng)和逆反應(yīng)的平衡常數(shù)之間有什么關(guān)系？
互為倒數(shù)，單位不同。 K2·K3 = 1
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如果濃度的單位是mol L-1，將濃度單位代入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，可得到K的單位。寫出下列三個(gè)反應(yīng)的K 的單位。
反應(yīng) K 單位
④ NH3·H2O(aq) (aq)+OH-(aq)
⑤ FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)
⑥ AgCI(s) Ag+(aq)+CI—(aq)
(mol·L-1)2
mol·L-1
1
K5＝
c (CO)
c (CO2 )
K4＝
c (NH3 H2O)
c (NH4) c (OH )
+
K6＝
c (Ag+ ) c (Cl )
平衡常數(shù)的單位與化學(xué)方程式的表示形式相對(duì)應(yīng)
分析不同反應(yīng)的K 值，你認(rèn)為K 值大小與反應(yīng)進(jìn)行的程度存在怎樣的關(guān)系？
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化學(xué)反應(yīng) K
2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g) (570 K) 約為1059 mol 1 L
PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g) (470 K) 約為1 mol 1 L
2HCl(g) H2(g) + Cl2(g) (300 K) 10－17
資料在線
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，如果一個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值大于105（或106），通常認(rèn)為該反應(yīng)可以進(jìn)行得較完全；相反，如果一個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值小于10-5（或10-6），則認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)很難進(jìn)行。
3.化學(xué)平衡常數(shù)的意義
（1）判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度：
平衡常數(shù)的數(shù)值越大，說明反應(yīng)進(jìn)行得越完全。
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1473 K 時(shí)，密閉容器內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
如果按②和③的起始濃度投料，對(duì)應(yīng)的狀態(tài)是平衡狀態(tài)嗎？如果不是，請(qǐng)分別判斷反應(yīng)將向哪個(gè)方向進(jìn)行？
實(shí)驗(yàn) 初始濃度 /(mol·L-1) 平衡濃度 /(mol·L-1)
CO2 H2 CO H2O CO2 H2 CO H2O
① 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006
② 0.002 0.008 0.004 0.009
③ 0.005 0.002 0.006 0.005
對(duì)于： a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)
c平(A) c平(B)
K＝
c
c平(C) c平(D)
d
a
b
平衡時(shí)：
溫度一定，K 為常數(shù)
任意時(shí)刻：
c (A) c (B)
Q＝
c
c (C) c (D)
d
a
b
濃度商
比較Q 與K的大小
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1473 K 時(shí)，密閉容器內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
實(shí)驗(yàn) 初始濃度 /(mol·L-1) 平衡濃度 /(mol·L-1)
CO2 H2 CO H2O CO2 H2 CO H2O
① 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006
② 0.002 0.008 0.004 0.009
③ 0.005 0.002 0.006 0.005
c平(CO2) c平(H2)
K＝
c平(CO) c平(H2O)
＝2.25
c(CO2) c(H2)
Q＝
c(CO) c(H2O)
＝2.25
由②得
Q ＝K
化學(xué)平衡狀態(tài)
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1473 K 時(shí)，密閉容器內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
實(shí)驗(yàn) 初始濃度 /(mol·L-1) 平衡濃度 /(mol·L-1)
CO2 H2 CO H2O CO2 H2 CO H2O
① 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006
② 0.002 0.008 0.004 0.009
③ 0.005 0.002 0.006 0.005
c平(CO2) c平(H2)
K＝
c平(CO) c平(H2O)
＝2.25
c(CO2) c(H2)
Q＝
c(CO) c(H2O)
＝3.0
由③得
Q＞K
化學(xué)反應(yīng)逆向進(jìn)行
3.化學(xué)平衡常數(shù)的意義
（2）判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)
Q 與 K Q＜K Q＝K Q＞K
反應(yīng)進(jìn)行的方向
（3）預(yù)測(cè)反應(yīng)進(jìn)行的方向
正向
平衡狀態(tài)
逆向
【練一練】
1.判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。
(1)平衡常數(shù)表達(dá)式中,可以是物質(zhì)的任一濃度。(　　)
(2)催化劑既能改變速率常數(shù),也能改變化學(xué)平衡常數(shù)。(　　)
(3)對(duì)于同一可逆反應(yīng),升高溫度,則化學(xué)平衡常數(shù)增大。(　　)
(4)增大反應(yīng)物的濃度,平衡正向移動(dòng),化學(xué)平衡常數(shù)增大。(　　)
(5)可逆反應(yīng)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到100%。(　　)
2.下列關(guān)于某一化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)的說法中,正確的是 (　　)
A.與該反應(yīng)的壓強(qiáng)有關(guān)
B.與反應(yīng)的溫度有關(guān),還與反應(yīng)本身有關(guān)
C.與化學(xué)反應(yīng)本身和溫度有關(guān),并且會(huì)受到起始濃度的影響
D.只與化學(xué)反應(yīng)本身有關(guān),與其他條件都無關(guān)
B
3.1000 K時(shí)，已知反應(yīng)Ni(s)＋H2O(g) ? NiO(s)＋H2(g)的平衡常數(shù)K＝0.0059。當(dāng)水蒸氣和氫氣的物質(zhì)的量濃度相等時(shí)，下列說法正確的是(　　)
A．該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
B．該反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進(jìn)行
C．該反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)逆向進(jìn)行
D．無法確定該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)
C
4.在0.5 L的密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)：
X(g)＋3Y(g)? 2Z(g) ΔH＝a kJ·mol－1，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系如下。
溫度/℃ 200 300 400
K/mol－2·L2 1.0 0.86 0.5
請(qǐng)回答下列問題：
(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：____________，a_____(填“大于”“小于”或“等于”)0。
(2)400 ℃時(shí)，2Z(g)? X(g)＋3Y(g)的化學(xué)平衡常數(shù)為_____，測(cè)得X、Y、Z的物質(zhì)的量分別為3 mol、2 mol、1 mol時(shí)，該反應(yīng)的v正(X)_____(填“大于”“小于”或“等于”)v逆(Y)。
小于
2
大于
符號(hào)表達(dá)
影響因素
溫度
定量
表征
化學(xué)反應(yīng)限度
意義
判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度
判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)平衡
通過Q與K的關(guān)系預(yù)測(cè)反應(yīng)進(jìn)行的方向
c平(A) c平(B)
K＝
c
c平(C) c平(D)
d
a
b
化
學(xué)
平
衡
常
數(shù)

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