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(共30張PPT)
第二章 化學反應速率與化學平衡
第二節 化學平衡
第二課時 化學平衡常數
【思考】在一定溫度下，化學平衡體系中反應物濃度與生成物濃度之間有什么關系呢？在457.6℃時反應體系I2(g) + H2(g) 2HI(g)中各物質的濃度如圖所示
序號 起始時濃度mol/L 平衡時濃度mol/L 平衡時
c0(H2) c0(I2) c0(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0.01197 0.006944 0 0.005617 0.0005936 0.01270 48.37
2 0.01228 0.009964 0 0.003841 0.00125 0.01687 48.62
3 0.01201 0.008403 0.0 0.004580 0.0009733 0.01486 49.54
4 0 0 0.01520 0.001696 0.001696 0.01181 48.49
5 0 0 0.01287 0.001433 0.001433 0.01000 48.70
6 0 0 0.03777 0.004213 0.004213 0.02934 48.50
平均值 48.70
從正反應開始
從逆反應開始
計算公式
幾乎相等
新課導入
（2）無論反應物或生成物的濃度如何改變，平衡時只要溫度一定，
的值也 。
（1）無論該反應從正向進行還是從逆向進行，平衡時只要溫度一定，
的值 。
近似相等
近似相等
（3）分析上表數據可知，該反應在457.6℃達到平衡時，
是一個 。
常數
化學平衡狀態時濃度數據分析：
濃度商的概念與表達式
1 濃度商的概念與表達式
(2) 表達式
對于可逆反應mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)，濃度商Qc ＝
(1) 濃度商的概念:在任意時刻，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值，稱為濃度商，常用Qc表示。
化學平衡常數的概念與表達式
二、化學平衡常數的概念與表達式
1．化學平衡常數的概念
在一定溫度下，當一個可逆反應達到平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數，該常數就是該反應的化學平衡常數（簡稱平衡常數），用符號K表示。
2．表達式
例如：mA + nB pC + qD
=
生成物濃度冪之積
反應物濃度冪之積
=
cp(C)·cq(D)
cm(A)·cn(B)
其中c為各組分的平衡時濃度
【注意】固體或液體純物質一般不列入濃度商和平衡常數。
H2O： 液態時，不能代入平衡常數表達式；
氣態時，需要代入平衡常數表達式。
化學平衡常數的概念與表達式
3.化學平衡常數表達式和任意時刻濃度熵的區別
K=
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
化學平衡常數：
濃度商：
c 為平衡濃度
c 為任一時刻濃度
①在任意時刻，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值，都為濃度商，而化學平衡常數，是在一定溫度下，可逆反應達到平衡時的濃度商。
②當反應中有關物質的濃度商等于平衡常數時，表明該反應已達到化學平衡狀態。
化學平衡常數的概念與表達式
練習1：寫出下列反應的平衡常數K的表達式。
① C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)
② FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)
③ 2KClO3(s) KCl(s) + 3O2(g)
④ Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+
化學平衡常數的概念與表達式
練習2：寫出下列反應的平衡常數K的表達式
① N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
② N2(g) + H2(g) NH3(g)
③ 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)
注意觀察三者之間的關系！
K1 = = K22
注意：化學平衡常數是指某一具體反應的平衡常數。
①若反應方向改變，則平衡常數改變。
②若方程式中各物質的系數等倍擴大或縮小，盡管是同一個反應，平衡常數也會改變。
平衡常數與方程式的關系
注意：1．若干方程式相加，則總反應的平衡常數等于分步平衡常數之乘積；若干方程式相減，則總反應的平衡常數等于分步平衡常數之商；
2.對于同一可逆反應，正反應和逆反應的平衡常數互為倒數；
3．若化學方程式中各物質的化學計量數都擴大或縮小至原來的n倍，則化學平衡常數變為原來的 n 次冪或 1/n 次冪。
練習3：已知方程式A(g) C(g) K1 和 B(g) D(g) K2
用K1、K2表示下列反應的平衡常數。
（1）C(g) A(g) K3 = __________
（2）2B(g) 2D(g) K4 = __________
（3）A(g) + B(g) C(g) + D(g) K5 = __________
（4）2A(g) + D(g) B(g) + 2C(g) K6 = __________
1/ K1
K1·K2
K2
2
K1/K2
2
平衡常數的影響因素及意義
化學方程式 平衡常數 ( K )
F2(g) + H2(g) 2HF(g) 6.5 ×1095
Cl2(g) + H2(g) 2HCl(g) 2.57 ×1033
Br2(g) + H2(g) 2HBr(g) 1.91 ×1019
I2(g) + H2(g) 2HI(g) 8.67 ×102
數據分析
結論：平衡常數的大小，與反應中物質的性質有關。（內因）
25 ℃ 時，生成鹵化氫反應的平衡常數
平衡常數的影響因素及意義
數據分析
序號 起始濃度(×10-2 mol·L-1) 不同溫度下的平衡常數(K )
c(H2) c(I2) c(HI) 457.6 ℃ 425.6 ℃ 25 ℃
1 1.197 0.694 0 48.38 54.51 867
2 1.228 0.996 0 48.61 54.62 867
3 1.201 0.840 0 49.54 54.21 867
4 0 0 1.520 48.48 54.10 867
5 0 0 1.287 48.71 54.42 867
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
在容積不變的密閉容器中發生反應：
結論：平衡常數不受濃度的影響，受溫度影響。（外因）
平衡常數的影響因素及意義
K值越大，表示反應進行的程度越大，反應物轉化率也越大
K
=
生成物濃度冪之積
反應物濃度冪之積
下表為298K時，鹵化氫生成反應的平衡常數：
化學方程式 平衡常數 K
F2+H2 === 2HF 6.5×1095
Cl2+H2 === 2HCl 2.57×1033
Br2+H2 === 2HBr 1.91×1019
I2+H2 2HI 8.67×102
平衡常數的大小，與反應中物質的性質有關
K 值越大，說明平衡體系中生成物的比例越大，正反應進行的程度越大 ，即該反應進行得越完全，反應物的轉化率越大。
K只受溫度的影響，與反應物或生成物濃度無關。
平衡常數的影響因素及意義
化學平衡常數的大小反映了化學反應進行的程度
1.K值越大，表示反應進行得越完全，平衡時反應物的轉化率越大。一般來說，對于同類型的化學反應，K≥105時可認為該反應進行得基本完全了。
2.K值越小，表示反應進行得越不完全，平衡時反應物的轉化率越小。同樣地，K ≤10-5則認為這個反應很難進行。
3.化學平衡常數的大小反映的是反應進行的程度大小，并不涉及反應時間和化學反應速率。也就是說，某個化學反應的平衡常數很大，可能化學反應速率卻很小。
平衡常數的影響因素及意義
判斷可逆反應的進行方向
Q＜K ，反應向正方向進行
Q＝K ，反應處于平衡狀態
Q＞K ，反應向逆方向進行
在等溫條件下，對于一般的可逆反應：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，
Q=
平衡常數的影響因素及意義
判斷可逆反應的熱效應
在化學方程式一定的情況下，K只受溫度影響。與壓強、起始濃度、起始反方向均無關。
若升高溫度,K增大，正反應是吸熱反應；
若升高溫度,K減小，正反應是放熱反應。
【例】不同溫度時，反應:H2(g)+I2(g)2HI(g),的平衡常數與溫度的關系如表所示，可以判斷該可逆反應的正方向是______反應。
溫度 623K 698K 763K
平衡常數 66 .9 54.4 45.9
放熱
化學平衡常數的相關計算
計算模型——三段式法
例：在某溫度下，將H2和I2各0.10mol氣態混合物充入10L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(H2)=0.0080mol/L
(1)求該反應的平衡常數和H2的轉化率；
(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.20mol，試求達到化學平衡狀態時各物質的濃度和H2的轉化率。
已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數和平衡轉化率
知平衡常數和初始濃度求平衡濃度及轉化率
巧設未知數：具體題目要具體分析，靈活設立，一般設某物質的轉化量n或c為x。
化學平衡常數的相關計算
(1)計算平衡轉化率
用平衡常數來表示反應的限度有時不夠直觀，常用平衡轉化率α來表示反應限度。
對于可逆反應: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
反應物A的平衡轉化率（該條件最大轉化率）可表示：
轉化率是對反應物而言的
化學平衡常數的相關計算
(2)平衡時A的體積分數：φ(A)＝
(3)平衡時和開始時壓強之比： ＝
(4)生成物產率＝×100%
×100%
＝
其他類型平衡常數
1.壓強平衡常數Kp
一定溫度下，氣相反應：aA(g)＋bB(g)　　cC(g)＋dD(g)達平衡時，氣態生成物分壓冪之積與氣態反應物分壓冪之積的比值為一個常數，稱為該反應的壓強平衡常數，用符號Kp表示。
混合氣體中某組分的分壓＝總壓×該組分的物質的量分數，即pB＝p總×
分壓定律：混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和，
即p總＝pA＋pB＋pC＋…
其他類型平衡常數
例1、一定溫度下，在1 L恒容密閉容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，起始總壓強為P0，發生反應：2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)
達到平衡后，壓強為原來的5/6。
該溫度下反應的平衡常數Kc= 、Kp= 。
2
6/P0
例2、一定溫度下，在初始體積為1L的恒壓密閉容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，起始總壓強為P0 Pa，發生反應：
2NO(g)+Cl2(g) 2NOCl(g)
達到平衡后，體積為原來的5/6。
該溫度下反應的平衡常數Kc= 、Kp= 。
5/P0 Pa-1
友情提醒：(1)恒溫恒容，P變，算Kp要小心；(2)恒溫恒壓，V變，算Kc要小心!
5/3
其他類型平衡常數
mA(g)+nB(g) eC(g)+fD(g)
達平衡時，令各物質的量分數分別為x(A)、x(B)、x(C)、x(D)，
則有物質的量分數平衡常數Kx=
2.物質的量分數平衡常數Kx
其他類型平衡常數
H2S與CO2在高溫下發生反應：
H2S(g)＋CO2(g) COS(g) ＋H2O(g)。在610 K時，將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中，壓強為P0 Pa，反應平衡后水的物質的量分數為0.02。
H2S的平衡轉化率α1＝ %，
反應平衡常數Kc＝ 、Kp＝ 、Kx＝ 。
2.5
2.8×10－3
2.8×10－3
結論：當△n(g)=0時，Kc=Kp=Kx
2.8×10－3
其他類型平衡常數
在該溫度下，反應的標準平衡常數Kθ= 。(已知：分壓=總壓×該組分物質的量分數，對于反應dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g)， ，其中pθ=100kPa，p(G)、p(H)、p(D)、p(E)為各組分的平衡分壓)。
某興趣小組對反應2NH3(g) N2(g) ＋3H2(g)進行了實驗探究。在一定溫度和催化劑的條件下，將0.1molNH3通入3L的密閉容器中進行反應(此時容器內總壓為200kPa)，各物質的分壓隨時間的變化曲線如圖所示。
0.48
NH3
H2
N2
3.標準平衡常數Kθ
隨堂訓練
1．下列關于平衡常數K 的說法中，正確的是( )
①平衡常數K 只與反應本身及溫度有關　
②改變反應物濃度或生成物濃度都會改變平衡常數K　
③加入催化劑不改變平衡常數K　
④平衡常數K 只與溫度有關，與反應的本身及濃度、壓強無關
A．①②　 B．②③ C．③④ D．①③
D
隨堂訓練
2. 3molA和2.5molB混合于2L的密閉容器中發生反應：
3A(g)+B(g) aC(g)+2D(g)，
5min后達到平衡，已知v(c)=0.05 mol /(min·L)，生成D為1 mol。下列選項正確的是（ ）
A. v (A)=0.1 mol/(L·min) B. a=2
C.平衡時B的轉化率為20% D.平衡時壓強為起始時的0.8倍
C
隨堂訓練
3．對于下列反應，其反應過程的能量變化示意圖如下：
編號 反應 平衡常數 反應熱
反應① A(g) B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反應② B(g)＋C(g) D(g) K2 ΔH2
反應③ A(g) D(g) K3 ΔH3
下列說法正確的是(　　 )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化劑，反應①的反應熱降低，反應速率加快
D．增大壓強，K1減小，K2增大，K3不變
B
隨堂訓練
4.五氯化磷(PCl5)是有機合成中重要的氯化劑，可以由三氯化磷(PCl3)氯化得到：PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)△H=-93.0kJ/mol。某溫度下，在2.0L密閉容器中充入1.0molPCl3和0.5molCl2，一段時間后反應達平衡狀態，實驗數據如下表所示，下列說法不正確的是
A．0～150s內，PCl3的反應速率為0.0012mol/(L s)
B．反應至250s，該反應放出的熱量為37.2kJ
C．該溫度下，此反應的化學平衡常數數值為40/3
D．在此溫度下，該密閉容器中若初始充入1.0molPCl3、1molCl2、2.0molPCl5，則應向逆反應方向進行
t/s 0 50 150 250 350
n(PCl5)/mol 0 0.21 0.36 0.40 0.40
D
隨堂訓練
5.目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。
(1)恒容容器中，對于以上反應，能加快反應速率的是________(填字母)。
A．升高溫度　　　B．充入He C．加入催化劑 D．降低壓強
(2)在容積為2 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，測得CO2的物質的量隨時間變化如表所示。
t/min 0 2 5 10 15
n(CO2)/mol 1 0.75 0.5 0.25 0.25
①從反應開始到5 min末，用H2濃度變化表示的平均反應速率v(H2)＝ ；
②反應達到平衡狀態時，此時H2的轉化率為________。
AC
0.15 mol/(L·min)
75%
隨堂訓練
(3)在相同溫度、容積不變的條件下，能說明該反應已達平衡狀態的是________(填字母)。
a．CO2、H2、CH3OH、H2O的濃度均不再變化
b．v生成(CH3OH)＝v消耗(CO2)
c．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶1∶1∶1
d．容器中混合氣體的密度保持不變
e．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1
5.目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。
ae
THANKS

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