第二单元 化学反应的方向和限度

我们知道，在一定条件下的可逆反应存在化学平衡状态。那么，当达到化学平衡状态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定的关系？请大家完成 P47 页的问题解决。

计算一定条件下，不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，达到平衡后各物质平衡浓度之间的关系。

通过计算同学们是否发现什么规律？其中浓度的指数与化学方程式有何关系？

如果反应物或生成物不止一种，情况又如何呢？如在一定条件下，可逆反应 H2 + I2(g)

2HI ，起始以及平衡时各物质的浓度如下表所示。他们的浓度间存在何种关系？

讨论、小结： c 2(HI)

c(H2) · c(I2)是一个定值。

即：一定温度下，生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数。

问题：请大家阅读教科书 P45 页关于平衡常数的定义，并找出其中的关键词。

化学平衡常数——化学平衡常数—— KK

其中 c 为各组分的平衡浓度，温度一定， K 为定值。

1. 1. KK 的表达式的表达式

)()(

)()(

BcAc

DcCcK

ba

dc

大量实验事实表明，对下列可逆反应： aA + bB cC + dD

在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度满足下面关系：

Cr2O72- + H2O 2CrO4

2- + 2H+

Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温

3Fe(s) + 4H2O(g)

)H(c)N(c

)NH(cK

23

2

32

1

)NH(c

)H(c)N(cK

32

23

22

)H(c)N(c

)NH(cK

//2

232

213

3

N2+3H2 2NH3

2NH3 N2+ 3H2

N2 + H2 NH312

32

根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。

)H(c

)OH(cK

24

24

)(

)()(2

72

224

2

OCrc

HcCrOcK

化学平衡常数化学平衡常数

分析表 2-8 中的数据，你能得出什么结论？

化学平衡常数化学平衡常数

2. 2. 使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题化学平衡常数化学平衡常数

（ 1 ）必须指明温度，反应必须达到平衡状态

（ 2 ）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的 快慢，即速率大， K 值不一定大（ 3 ）在进行 K 值的计算时，固体不作考虑，表达式 中不需表达

如：

)H(c

)OH(cK

24

24

一定温度下

Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温

3Fe(s) + 4H2O(g)

2.2. 使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题（ 4 ）在进行 K 值的计算时，稀溶液中的 H2O

的浓 度可不表达

)(

)()(2

72

224

2

OCrc

HcCrOcK

一定温度下

Cr2O72- + H2O 2CrO4

2- + 2H+如：

化学平衡常数化学平衡常数

（ 5 ）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关

)H(c)N(c

)NH(cK

23

2

32

1

)NH(c

)H(c)N(cK

32

23

22

)H(c)N(c

)NH(cK

//2

232

213

3

K1 = 1/K2 = K32

2.2. 使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题

例如，在某温度下：

N2+3H2 2NH3

2NH3 N2+3H2

N2 + H2 NH312

32

化学平衡常数化学平衡常数

（ 6 ）利用 K 值可判断某状态是否处于平衡状态

2.2. 使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题

)B(c)A(c

)D(c)C(c'K

nm

qp

K′ ＜ K ， v 正＞ v 逆，反应向正方向进行

K′ ＝ K ， v 正＝ v 逆，反应处于平衡状态

K′ ＞ K ， v 正＜ v 逆，反应向逆方向进行

则：

如某温度下，可逆反应 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)

平衡常数为 K ，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：

化学平衡常数化学平衡常数

（ 1 ）必须指明温度，反应必须达到平衡状态（ 2 ）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应

的 快慢，即速率大， K 值不一定大（ 3 ）在进行 K 值的计算时，固体不作考虑，表达

式中不需表达（ 4 ）在进行 K 值的计算时，稀溶液中的 H2O 的

浓度可不表达（ 5 ）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关（ 6 ）利用 K 值可判断某状态是否处于平衡状态

小 结2.2. 使用平衡常数应注意的问题使用平衡常数应注意的问题

通过讨论我们知道了化学平衡常数的定义和表达式的书写。大家是否产生疑问，提出化学平衡常数的概念有什么意义？对我们研究化学反应进行的程度有什么帮助呢？分析教科书 P45 页表 2-7 ，你能找出规律吗？

化学平衡常数化学平衡常数

K 值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。

（ 1 ） K 值越大，表明反应进行的程度越大；反之则越小。（ 2 ） K 值与浓度无关，随温度变化而变化

2.2. 平衡常数的意义平衡常数的意义化学平衡常数化学平衡常数

)()(

)()(

BcAc

DcCcK

ba

dc

aA + bB cC + dD

如果给出一定温度时的某个可逆反应的平衡常数，能否通过其他一些数据的测定，判断该反应的某状态是否处于平衡状态呢？

讨论、小结： 我们可以通过测出某一时刻体系中各物质的浓度，然后假设反应已经达到平衡，计算出平衡常数，与给定的平衡常数比较。如果相等，则假设成立，也就是说反应已达到平衡；如果不相等，则没有达到平衡。

化学平衡常数化学平衡常数

平衡转化率

×100% =

该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度

该反应物的起始浓度

可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率为：

除了化学平衡常数外，还有没有其他方法能用来表示化学反应进行的限度呢？

平衡转化率的意义：能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。

【例 1 】某温度下，向 10L 真空容器中注入 1.00 mol H2(g) 和 1.00 mol I2(g) ，反应平衡后 I2(g) 的浓度为 0.020 0 mol·L-1 。试求该温度下 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 的平衡常数。

平衡常数和转化率的计算

解：据题意可知，起始时 c(H2)=c(I2)=0.100mol·L-1 ，平衡时 c(H2)=c(I2)=0.0200mol·L-1 ，生成的 c(HI) = 0.160mol·L-1

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

起始时各物质的浓度 /mol·L-1 0.100 0.100 0

变化的各物质的浓度 /mol·L-1

平衡时各物质的浓度 /mol·L-1

0.0800 0.0800 0.160

0.0200 0.0200 0.160

K =(0.160)2

(0.0200)2= 64.0

c2(HI)

c(H2) · c(I2)=

答：平衡常数为 64.0 。

平衡常数和转化率的计算

【例 2 】在一密闭容器中， CO 与 H2O混合加热到 800℃达到下列平衡：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.00

若反应开始时 CO 和 H2O 的浓度分别为 0.200 mol·L-1 和 1.00mol·L-1 ，求达到平衡时 CO转化为 CO2 转化率是多少？

平衡常数和转化率的计算

c( 平 )/mol·L-1 0.200 － x 1.00 － x x x

解得 : x = 0.166

解：设平衡时 CO2 和 H2 的浓度为 x mol·L-1

K =x2

(0.200 － x)(1.00 －x)

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

c( 始 ) /mol·L-1 0.200 1.00 0 0

c( 变 )/mol·L-1 x x x x

= 1.00c(CO2) · c(H2)

c(CO) ·c(H2O)=

平衡常数和转化率的计算

答 : 平衡时 CO 转化为 CO2 转化率是 83.0% 。

= ×100%= 83.0% 0.166

0.200

平衡常数和转化率的计算

850K 时，在一密闭容器中充入一定量的 SO2 和O2 ，当反应达到平衡后测得： SO2 、 O2 和 SO3 的浓度分别为 6.0×10-3 mol·L-1 、 8.0×10-3 mol·L-1 和 4.4×10-2 mol·L-1 。计算：

（ 1 ）该温度下反应 的平衡常数。

（ 2 ）达平衡状态时， SO2 的转化率。

2SO2+O2 2SO3

平衡常数和转化率的计算