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選 擇 性 必 修 一
學(xué)
化
J
S
第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向與限度
3 化學(xué)平衡常數(shù)
化學(xué)平衡狀態(tài)是在一定條件下可逆反應(yīng)進(jìn)行的最大限度。在生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，人們常常需要知道，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，有多少反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成了生成物，反應(yīng)物和生成物的濃度之間又有怎樣的定量關(guān)系。
二氧化氮、四氧化二氮的相互轉(zhuǎn)化是一個可逆反應(yīng)：
交流討論
如果用不同起始濃度的二氧化氮或四氧化二氮進(jìn)行反應(yīng)，平衡后得到以下實驗數(shù)據(jù)。
請根據(jù)表2-6中的已知數(shù)據(jù)填寫空格，并總結(jié)歸納平衡時反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系。
大量實驗事實表明，對于如下可逆反應(yīng)：
在一定溫度下，無論反應(yīng)物的起始濃度如何，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，將各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度代入以下表達(dá)式，得到的結(jié)果是一個定值。
我們把這個定值稱為該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)。平衡常數(shù)K的大小能說明反應(yīng)進(jìn)行的程度（也叫反應(yīng)的限度）。K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行得越完全；K值越小，表示反應(yīng)進(jìn)行得越不完全。
由表2-7中的數(shù)據(jù)可知，生成鹵化氫的平衡常數(shù)K值從上到下依次減小，反應(yīng)進(jìn)行的程度也依次減小。在上述反應(yīng)中，生成氟化氫的反應(yīng)進(jìn)行得最為完全。
閱讀表2-8和表2-9，思考可逆反應(yīng)平衡常數(shù)的特點和使用條件，總結(jié)書寫平衡常數(shù)表達(dá)式的注意事項。
觀察思考
平衡常數(shù)隨反應(yīng)溫度的變化而變化，在使用平衡常數(shù)時應(yīng)注明溫度。固體、純液體、水溶液中水的濃度可視為定值，其濃度不列入平衡常數(shù)表達(dá)式中。
在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正、逆反應(yīng)速率相等，平衡混合物中各組分的物質(zhì)的量或濃度不再隨時間發(fā)生變化，此時由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的量達(dá)到最大值，可用化學(xué)平衡常數(shù)K表示反應(yīng)的限度。因此，以化學(xué)平衡為“參照系”，可以判斷某溫度下該反應(yīng)的限度，可以通過改變溫度來改變平衡狀態(tài)，提高或降低反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的程度。
學(xué)科提煉
化學(xué)平衡——化學(xué)反應(yīng)研究的“參照系”
除化學(xué)平衡常數(shù)外，還可以運用平衡轉(zhuǎn)化率表示一定溫度下某反應(yīng)的限度。某一反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率α等于該物質(zhì)在反應(yīng)中已轉(zhuǎn)化的量（如物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度等）與該物質(zhì)起始總量的比值，可表示為：
反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率可以表示在一定溫度和一定起始濃度下反應(yīng)進(jìn)行的限度。利用化學(xué)平衡常數(shù)可求算一定溫度和起始濃度下反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。
分析下列兩則例題，請歸納解題思路和關(guān)鍵步驟，并思考問題1和問題2。
【例1】某溫度下，向10 L真空容器中注入1.00 mol H2 (g)和1.00mol I2(g)，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)后I2(g)的濃度為0.020 0 mol·L－1。試
求該溫度下H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)的平衡常數(shù)。
觀察思考
解：依據(jù)題意可知，起始時c (H2) = c (I2) =0.100 mol·L－1，平衡時c (H2) = c (I2) = 0.020 0 mol·L－1，生成的c (HI) = 0.160 mol·L－1。
H2(g) ＋I(xiàn) 2(g) 2HI(g)
答：該反應(yīng)的平衡常數(shù)為64.0。
【例2】在一密閉容器中，CO與H2O混合加熱到800 °C達(dá)到下列平衡：
CO(g)＋H2O(g) CO2 (g)＋H2(g) K = 1.00
若反應(yīng)開始時CO和H2O的濃度均為0.200 mol·L－1，求達(dá)到平衡時CO轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化率。
解：設(shè)達(dá)到平衡時被轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量濃度為x mol·L－1。
答：平衡時CO轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化率為50%。
請根據(jù)上述解題過程，回答如下問題：
問題1 若向例1的10 L真空密閉容器中注入2.00 mol HI，保持與例1相同的溫度，達(dá)到平衡時，容器中H2和I2的濃度是否也是0.020 0 mol·L－1？為什么？請利用例1的結(jié)果驗證你的結(jié)論。
問題2 若將例2中H2O的起始濃度增大至0.400 mol·L－1，其他條件不變，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率會發(fā)生什么變化？請參考例2，計算驗證你的結(jié)論。
化學(xué)平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率可以指導(dǎo)我們選擇反應(yīng)的條件，預(yù)測一定條件下反應(yīng)的限度，調(diào)控化學(xué)工藝過程，對提高化工生產(chǎn)的效益有直接的指導(dǎo)意義。
850 K時，在一密閉反應(yīng)器中充入一定量的SO2和O2，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后測得SO2、O2和SO3的濃度分別為6.0×10－3 mol·L－1、8.0×10－3 mol·L－1和4.4×10－2 mol·L－1。
（1）計算該溫度下反應(yīng)2SO2 (g)＋O2 (g) 2SO3 (g)的平衡常數(shù)。
（2）計算達(dá)平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率。
學(xué)以致用
Cr2O72- + H2O
2CrO42- + 2H+
Fe3O4(s)+4H2(g)
高溫
3Fe(s)+4H2O(g)
1.寫出下列可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式
課堂訓(xùn)練
②2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常數(shù) K=3.10×1026。則在該溫度下，兩個化學(xué)反應(yīng)程度之間的關(guān)系為（ ）
A．①＞② B．①＜②
C．①＝② D．不能確定
2.在相同的溫度下，已知反應(yīng)：
①N2(g)+O2(g) 2NO(g)的平衡常數(shù)K=3.84×10-31；
B
3.在某溫度下，可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)的平衡常數(shù)為K，下列說法中正確的是( )
A．K值越小，達(dá)到平衡時，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大
B．K值越大，達(dá)到平衡時，生成物的含量越大
C．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，達(dá)到平衡時，K值越大
D．溫度越高，達(dá)到平衡時，K值越大
B
4.下列有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的說法中正確的是( )
A．化學(xué)平衡發(fā)生移動，平衡常數(shù)必發(fā)生變化
B．平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡必發(fā)生移動
C．改變溫度，平衡常數(shù)一定改變
D．催化劑能改變達(dá)到平衡的時間，必引起平衡常數(shù)的改變
B、C
5.25 ℃時反應(yīng)N2(g)+O2(g) 2NO(g)的平衡常數(shù)K=1×10-30，下列說法中正確的是( )
A．由于反應(yīng)速率太慢，25 ℃時，幾乎不發(fā)生反應(yīng)
B．25 ℃時N2和O2基本上沒有進(jìn)行反應(yīng)
C．平衡時NO實際上幾乎全部分解為N2和O2
D．可以研究選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎谠摋l件下利用此反應(yīng)固定氮氣
B、C
看
觀
謝
謝

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