山東省臨清市高中化學(xué) 第2章 第3節(jié) 第3課時(shí) 化學(xué)平衡常數(shù)及計(jì)算課件 新人教版選修4

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1、三、化學(xué)平衡常數(shù)三、化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡的特征化學(xué)平衡的特征序序號(hào)號(hào)起始時(shí)濃度起始時(shí)濃度mol/L698.6K平衡時(shí)濃度平衡時(shí)濃度mol/L698.6K平衡時(shí)平衡時(shí)c0 (H2)c0(I2)c0 (HI)H2I2HI10.010670.0119600.0018310.0031290.0176720.011350.00904400.003560.001250.0155930.011340.00751000.0045650.00073780.013544000.010690.0011410.0011410.008410222IHHII2(g) + H2(g) 2HI(g)54.554.654.45

2、54.33根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算出平衡時(shí)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算出平衡時(shí) 的值，并分析其中規(guī)律。的值，并分析其中規(guī)律。222IHHI通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：1、溫度不變時(shí)，、溫度不變時(shí)， 為常數(shù)為常數(shù) 用用K表示；表示；2、常數(shù)、常數(shù)K與反應(yīng)的起始濃度大小無(wú)關(guān)；與反應(yīng)的起始濃度大小無(wú)關(guān)；3、常數(shù)、常數(shù)K與正向建立還是逆向建立平衡無(wú)關(guān)即與平衡建立的與正向建立還是逆向建立平衡無(wú)關(guān)即與平衡建立的過(guò)程無(wú)關(guān)。過(guò)程無(wú)關(guān)。)()()(222IcHcHIc其它平衡體系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，都有類(lèi)似的關(guān)系。其它平衡體系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，都有類(lèi)似的關(guān)系。對(duì)于反應(yīng)對(duì)于反應(yīng): aA + bB cC + dD)()(

3、)()(BcAcDcCcKbadc一、定義：一、定義： 一定溫度下，對(duì)于已達(dá)平衡的反應(yīng)體一定溫度下，對(duì)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)的該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)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：二、數(shù)學(xué)表達(dá)式： 對(duì)于一般的可逆反應(yīng)對(duì)于一般的可逆反應(yīng)mA+nB pC+qD c(C)pc(D)q c(A) mc(B) n K =練

4、習(xí)：試寫(xiě)出下列反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式：練習(xí)：試寫(xiě)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)催化劑催化劑)()()(22232OcSOcSOcK)()()(22OHcHcCOcK注意：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！反應(yīng)中的固體或純?nèi)軇┎涣腥肫胶獬?shù)的表達(dá)式中！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(xiě)在平衡關(guān)系式中，因?yàn)樗鼈兊臐舛仁枪潭ú蛔兊?，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)C

5、O(g)+H2O(l)Kc=CO/(CO2H2)四、書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則四、書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)關(guān)系式的規(guī)則 稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，如有水參加，水的濃度也不必寫(xiě)在平衡關(guān)系式中，如：Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+Kc=CrO42-2H+2/Cr2O72- 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)，必須表示在平衡關(guān)系式中。如酒精和醋酸的液相反應(yīng)C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=CH3COOC2H5H2O/(C2H5OHCH3COOH)2、同一化學(xué)反應(yīng)，可以用不同的化學(xué)反應(yīng)式來(lái)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)。

6、例：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/N2O41/33、多重平衡規(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 例2: C (s) + CO2(g) 2CO(g) K C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1CO (

7、g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 K = K1/K2返 回播 放解解(1) Kc=N2O4/NO22(2) Kc=NO22/N2O4(3) Kc= CO2課堂課堂 練習(xí)：練習(xí)：1.寫(xiě)出下列各反應(yīng)的平衡常數(shù)寫(xiě)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） 4、平衡常數(shù)只表現(xiàn)反應(yīng)進(jìn)行的程度，即可能性問(wèn)題，而不表現(xiàn)到達(dá)平衡所需的時(shí)間，即現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題. 5、平衡常數(shù)平衡常數(shù)K K與溫度有關(guān)，與濃度無(wú)關(guān)與溫度有關(guān)，與濃度無(wú)關(guān)，由由K隨溫度隨溫度的變化可推斷正反應(yīng)是吸熱

8、反應(yīng)還是放熱。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)若正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度升高溫度,K 增大增大;若正反應(yīng)是放熱反應(yīng)若正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升升高溫度高溫度,K 減少減少;(5) K值大小標(biāo)志反應(yīng)能達(dá)到的最大限度值大小標(biāo)志反應(yīng)能達(dá)到的最大限度, K值大，反應(yīng)完全。值大，反應(yīng)完全。返 回播 放http:/ http:/ 小結(jié)：小結(jié)：(1) 平衡是有條件的、動(dòng)態(tài)的。平衡是有條件的、動(dòng)態(tài)的。(2) K不隨起始濃度大而變。不隨起始濃度大而變。(3) K與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。(4) K與方程式寫(xiě)法有關(guān)。與方程式寫(xiě)法有關(guān)。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，平衡常數(shù)的數(shù)值

9、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：限度。如： N2(g)+O2(g)2NO(g)Kc=110-30(298K)這意味著298K時(shí)，N2和O2基本上沒(méi)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)的意義三、平衡常數(shù)的意義2、平衡常數(shù)平衡常數(shù)K K值的大小，可推斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。值的大小，可推斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。 K值越大，值越大，表示反應(yīng)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，進(jìn)行的程度越大，反應(yīng)物的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化率越大；化率越大；K值越小，值越小，表示反應(yīng)

10、表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小，進(jìn)行的程度越小，反反應(yīng)物的應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。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。反應(yīng)的平衡常數(shù)與反應(yīng)可能進(jìn)行的程度。一般來(lái)一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)的平衡常數(shù)說(shuō)，反應(yīng)的平衡常數(shù)KC105，認(rèn)為認(rèn)為正反應(yīng)進(jìn)行得較完正反應(yīng)進(jìn)行得較完全；全；KC 10-5則認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)的則認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)的正反應(yīng)很難進(jìn)行正反應(yīng)很難進(jìn)行(逆反逆反應(yīng)較完全）。應(yīng)較完全）。例如：例如：不同溫度時(shí)，反應(yīng)不同溫度時(shí)，反應(yīng):H2(g)+I2(g) 2HI(g),的的平衡常數(shù)與溫度平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：的關(guān)系如下：溫度溫度623K698K763K濃度平衡常數(shù)濃度平衡常數(shù)66 .954.445.9 通過(guò)

11、改變溫度，平衡常數(shù)大小的變化趨勢(shì)可以判斷通過(guò)改變溫度，平衡常數(shù)大小的變化趨勢(shì)可以判斷上面可逆反應(yīng)的上面可逆反應(yīng)的正方向是放熱反應(yīng)正方向是放熱反應(yīng).4、另外還有兩點(diǎn)必須指出：、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(shuō)明正反應(yīng)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(méi)有必要在該條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以免浪費(fèi)人力物力。

12、或者改變條件使反應(yīng)在新的條件下進(jìn)行比較好一些。 對(duì)于可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后各物質(zhì)的濃度變化關(guān)系，對(duì)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：在計(jì)算中注意：（2）生成物：平衡濃度）生成物：平衡濃度=初始濃度初始濃度+轉(zhuǎn)化濃度轉(zhuǎn)化濃度 生成物生成物D: D = c0(D) +c(D)（3）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們?cè)诨瘜W(xué)方程式）各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們?cè)诨瘜W(xué)方程式中相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。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）反應(yīng)物：平衡濃度=初始濃度初始濃度-轉(zhuǎn)化濃度；轉(zhuǎn)化濃度； 反應(yīng)物反應(yīng)物A: A=c0(A) - c(A)5、與平衡常數(shù)有關(guān)的

13、計(jì)算、與平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算例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5.15molL-1。播 放返 回課堂課堂 練習(xí)：練習(xí)： 2、 450

14、K時(shí)往一空容器中通入氮時(shí)往一空容器中通入氮N2和和H2，反應(yīng)達(dá)平，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得衡后，測(cè)得N2=3mol/L，H2=9mol/L，NH3 =4 mol/L, 求求K、N2和和H2的起始濃度的起始濃度3 9 4042 65 15Kc= NH32/N2 H23 = 42/（393） =7.310-3解解: N2 + 3H2 2NH3起始濃度起始濃度/mol/L 反應(yīng)濃度反應(yīng)濃度/mol/L 平衡濃度平衡濃度/mol/L 四、平衡轉(zhuǎn)化率四、平衡轉(zhuǎn)化率 用平衡常數(shù)來(lái)表示反應(yīng)的限度有時(shí)不夠直觀，常用用平衡常數(shù)來(lái)表示反應(yīng)的限度有時(shí)不夠直觀，常用平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率來(lái)表示反應(yīng)限度。來(lái)表示反應(yīng)限度。對(duì)于可

15、逆反應(yīng)對(duì)于可逆反應(yīng): mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)反應(yīng)物反應(yīng)物A的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：的平衡轉(zhuǎn)化率（該條件最大轉(zhuǎn)化率）可表示：%100)()(%100)%(00AcAAcAAAA的初始濃度的平衡濃度的初始濃度%100%100)%(始平始初始的物質(zhì)的量的平衡物質(zhì)的量初始的物質(zhì)的量nnnAAAA(a)已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數(shù)和平已知初始濃度和平衡濃度求平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率衡轉(zhuǎn)化率 例例1：對(duì)于反應(yīng)：對(duì)于反應(yīng)2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) ,若在若在一定溫度下，將一定溫度下，將0.1mol的的SO2(g)和和0.06mol O2(g)注注入

16、一體積為入一體積為2L的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)的密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得容器中有得容器中有0.088mol的的SO3(g)試求在該溫度下試求在該溫度下（1）此反應(yīng)的平衡常數(shù)。）此反應(yīng)的平衡常數(shù)。（2）求）求SO2(g)和和O2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率。的平衡轉(zhuǎn)化率。注：溫度一定時(shí)，對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)雖然注：溫度一定時(shí)，對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，平衡常數(shù)雖然一定，一定，但不同的反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同但不同的反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同。不能不能脫離具體的反應(yīng)物談平衡轉(zhuǎn)化率。脫離具體的反應(yīng)物談平衡轉(zhuǎn)化率。(b)已知平衡轉(zhuǎn)化率和初始濃度求平衡常數(shù)已知平衡轉(zhuǎn)化率和初始濃度求平衡常數(shù)例例

17、2:反應(yīng)反應(yīng)SO2(g)+ NO2(g) SO3(g)+NO(g) ,若若在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為2mol/L的的SO2(g)和和NO2(g)注入一密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀注入一密閉容器中，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得容器中態(tài)時(shí)，測(cè)得容器中SO2(g)的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為60%，試求：，試求：在該溫度下。在該溫度下。（1）此反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)。）此反應(yīng)的濃度平衡常數(shù)。（2）若）若SO2(g) 的初始濃度均增大到的初始濃度均增大到3mol/L,則則SO2轉(zhuǎn)化率變?yōu)槎嗌?？轉(zhuǎn)化率變?yōu)槎嗌?？（c）知平衡常數(shù)和初始濃度求平衡濃度及轉(zhuǎn)化率。）知平衡常數(shù)和初始濃度求平衡濃度

18、及轉(zhuǎn)化率。例例3、在、在1200時(shí)測(cè)得下列反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)時(shí)測(cè)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。若反應(yīng)從CO2(g)和和H2(g)開(kāi)始，且開(kāi)始，且CO2(g)和和H2(g)的初始濃度的初始濃度分別為分別為A、B、C三種情況。試計(jì)算三種情況。試計(jì)算A情況下各物質(zhì)情況下各物質(zhì)的平衡濃度及的平衡濃度及CO2(g)和和H2(g)平衡轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率。 初始濃度初始濃度ABCCo(H2)mol/L0.01000.01200.0080Co(CO2)mol/L0.01000.01000.0100將根據(jù)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

19、組數(shù)據(jù)計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度和平衡轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率(),分析結(jié)果，得出什么結(jié)論？分析結(jié)果，得出什么結(jié)論？播 放返 回K = CO2H2 / COH2O =(2.0)(2.0) / 2.0(1-)2.0(1-) =2 / (1-)2 = 2.6 = 62 %解解:設(shè)設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為，則，則 CO(g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)起始濃度起始濃度/ mol/L 2.0 2.0 0 0變化濃度變化濃度/ mol/L (-2.0) ( -2.0) ( 2.0) ( 2.0)平衡濃度平衡濃度/ mol/L 2.0(1-) 2.0(1-) 2.0 2.0例題、例題、 反應(yīng)反應(yīng)

20、CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g)在在749K達(dá)平衡，達(dá)平衡，Kc=2.60,求：當(dāng)求：當(dāng)CO、H2O (g)的起始濃度都為的起始濃度都為 2.0 mol/L達(dá)平達(dá)平衡后衡后,CO的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率 。練習(xí)練習(xí)1、在密閉容器中，將、在密閉容器中，將NO2加熱到某溫度時(shí)，可進(jìn)加熱到某溫度時(shí)，可進(jìn)行如下反應(yīng)：行如下反應(yīng)：2NO2 2NO+O2，在平衡時(shí)各物在平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別是：質(zhì)的濃度分別是：NO2=0.06mol/L,NO=0.24mol/L,O2=0.12mol/L.試求：試求：（1）該溫度下反應(yīng)的）該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)。平衡常數(shù)。（2）開(kāi)始時(shí)）開(kāi)始時(shí)NO

21、2的濃度。的濃度。（3） NO2的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。練習(xí)練習(xí)2:在在2L的容器中充入的容器中充入 1mol CO和和 1mol H2O(g),發(fā)生反應(yīng)：發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,若若k=1.求：求：（1）CO的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率。的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率。（2）若溫度不變，上容器中充入）若溫度不變，上容器中充入 的是的是1mol CO和和 2mol H2O(g)， CO和和H2O(g),的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率是的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率是多少。多少。（3）若溫度不變，上容器中充入）若溫度不變，上容器中充入 的是的是1mol CO和和 4mol H2O(g)， CO和和H2O(g),的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率是的平衡濃度和轉(zhuǎn)化率是多少。多少。（4）若溫度不變，要使）若溫度不變，要使CO的轉(zhuǎn)化率達(dá)到的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，在，在題干的條件下還要充入題干的條件下還要充入 H2O(g) 物質(zhì)的量為多少物質(zhì)的量為多少。