第4讲 化学平衡常数及转化率
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第4讲 化学平衡常数及转化率
1.化学平衡常数
在一定温度下,对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),达到平衡时:
(1)平衡常数K 的表达式:K =
)
()()()(B c A c D c C c n
m
q
p
⋅⋅
(2)K 值的意义:
① K 可以用来表示某反应的限度,K 值越大,正反应进行的程度 越完全 。 ② 可以利用浓度商判断平衡移动方向。
在一定温度的任意时刻,反应物与生成物的浓度有如下关系:
Q c 叫该反应的浓度商:
Q c < K ,反应向 正 反应方向进行; Q c = K ,反应处于平衡状态;
Q c > K ,反应向 逆 反应方向进行。
(3)影响平衡常数的因素
① 平衡常数只与 温度 有关,与其他无关。
② 固体 和 水溶液中水 的浓度通常看作常数“1”,不计入平衡常数表达式中。 ③ 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改变。
若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,平衡常数也会改变。 如2NO
2
N 2O 4 的平衡常数K =
)
()(22
42NO c O N c
NO
2
2
1N 2O 4 的平衡常数K =
)()(24221NO c O N c
N
2O 4 2NO 2 的平衡常数K =)
()(4222
O N c NO c
2.反应物的转化率 (1)转化率α的表达式:α=
%
100⨯-某反应物的起始浓度
某反应物的平衡浓度
某反应物的起始浓度
(2)转化率α值的意义:反应物的平衡转化率表示在一定温度和起始浓度下反应进行的
限度,转化率 越大 ,正反应进行的程度 越完全 。 例1.反应H
2(g)+I 2(g)
2HI 的平衡常数为K 1 ;反应HI
2
1H 2(g)+
2
1I 2(g) 的平衡常数为K 2 ;则K 1、K 2的关系为(平衡常数为同温同压下的测定值)(
)
A .K 1=2 K 2
B .K 1=K 22
C .K 1=1/K 22
D .
2
1K 1=K 2
【答案】C
【解析】K 1=
)
()()(222
I c H c HI c ⋅,K 2=
)
()
()(221
221HI c I c H c ⋅
K 1·K 22=
)
()()(222
I c H c HI c ⋅·()
()()(221
221
HI c I c H c ⋅)2 =1
例2.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO 2(g)+H
2(g) CO(g)+H 2O(g)
其化学平衡常数K 和温度t 的关系如下表:
t ℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K = 。 (2)该反应为 反应(选填“吸热”、“放热”)。 (3)能判断该反应是否已达到化学平衡状态的依据是 。
a .容器中压强不变
b .混合气体中c(CO)不变
c .v 正(H 2)=v 逆(H 2O)
d .c(CO 2)=c(CO)
(4)某温度下,平衡浓度符合:c(CO 2)·c(H 2)=c(CO)·c(H 2O),试判断此时的温度为 ℃。 【答案】(1)K =
)
()()()(222H c CO c O H c CO c ⋅⋅(2)吸热(3)bc (4)830℃
【解析】
(2
)温度升高,平衡向吸热方向移动,
K 值增大,反应向正方向移动, (4)c(CO 2)·c(H 2)=c(CO)·c(H 2O),
)
()()()(222H c CO c O H c CO c ⋅⋅=1=K (830℃),
∴此时的温度为830℃。
例3.(2008·山东理综·14)高温下,某反应达到平衡,平衡常数K =
)
()()()(222H c CO c O H c CO c ⋅⋅。
恒容时,温度升高,H 2浓度减小。下列说法正确的是
( )
A .该反应是焓变为正值.
B .恒温恒容下,增大压强,H 2浓度一定减小
C .升高温度,逆反应速率减小
D .该反应化学方程式为CO +H 2O CO 2+H 2
【答案】A
【解析】根据平衡常数,该反应化学方程式为CO 2+H 2
CO +H 2O ,D 错误;升
温,正逆反应速率均增大,C 错误;升温,平衡向吸热方向移动,H 2浓度减小,向正
反应方向移动,所以正反应方向吸热,A 正确;恒温恒容下,增大压强,也可能是直接加入H 2,H 2的浓度增大,B 错误。
正反应方向吸热
例4.(2008·宁夏理综·12)将固体NH 4I 置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:
①NH
4I(s) NH 3(g)+HI(g);
②2HI H 2(g)+I 2(g) 达到平衡时,c (H 2)=0.5mo l ·L -1,c (HI)=4mo l ·L -1,则此温度下反应①的平衡常数为 ( ) A .9 B .16 C .20. D .25 【答案】C 【解析】
NH 4
I(s) NH 3(g)+HI(g);
2HI H 2(g)+I 2(g) 始(mol ·L -1
): 0 0 x 0 0
变(mol ·L -1
): x x 2y y y 衡(mol ·L -1): x x x-2y y y y=0.5 x-2y=4 解得x=5 ∴ K (①)=)()(3HI c NH c ⋅=4×5=20
例5.在一密闭容器中,将1.0 mol CO 与1.0 mol H 2O(g)混合加热到800℃,发生下列反应:
CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g) ,一段时间后该反应达到平衡,测得CO 的物质的量为0.5 mol 。通过计算回答下列问题: (1)平衡时CO 的转化率为 ,该反应的化学平衡常数为 。 (2)如果继续向上述平衡体系中通入1.0 mol 的H 2O(g),相同条件下反应一段时间后,
达到新的平衡状态,此时CO 的转化率为 。
(3)若改变起始反应物的用量,将2.0 mol CO 与4.0 mol H 2O(g)混合加热到800℃,一段
时间后该反应达到平衡,此时CO 的物质的量为 。 【答案】 (1)50%,1 (2)66.7% (3)0.667mol 【解析】
CO(g) + H 2O(g) CO 2(g) + H 2(g)
始(mol): 1 1 0 0 变(mol): 0.5 0.5 0.5 0.5 衡(mol): 0.5 0.5 0.5 0.5 (1)α(CO)=
%
50%10015.0=⨯mol
mol
K(800℃)=
VL
m ol VL
m ol VL
m ol VL m ol
O H c CO c H c CO c 5.05.05.05.0)
()()()(222⋅⋅=
⋅⋅=1
(2) CO(g) + H 2O(g)
CO 2(g)
+ H 2(g) 始(mol): 1 2 0 0 变(mol): x x x x 衡(mol): 1-x
2-x x
x