化学平衡常数的概念及应用

化学平衡常数的概念及应用
1．概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K 表示。

2．表达式
(1)对于反应m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，
K ＝c p (C )·c q (D )c m (A )·c n (B )。

(2)固体或纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式 ①C(s)＋H 2O(g)CO(g)＋H 2(g)的平衡常数表达式K
＝c (CO )·c (H 2)
c (H 2O )。

②Fe 3＋
(aq)＋3H 2O(l)
Fe(OH)3(s)＋3H ＋
(aq)的平衡常数表达式K ＝c 3(H ＋
)
c (Fe 3＋)。

(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。

N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g)
K 2＝K 1 (或
)
K 3＝1K 1
12N 2(g)＋3
2H 2(g)NH 3(g)
K 2＝
2NH 3(g)
N 2(g)＋3H 2(g)
c (N )·c 3
(H )
3．意义及影响因素
4．应用
(1)判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K 值越大，反应进行的程度越大；一般来说，K ≥105时认为反应进行比较完全。

(2)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡
(3)判断可逆反应的反应热
[细练过关]
1．O 3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。

O 3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。

常温常压下发生的反应如下： 反应① O 3O 2＋[O] ΔH >0 平衡常数为K 1；
反应② [O]＋O 32O 2 ΔH <0 平衡常数为K 2； 总反应：2O 3
3O 2 ΔH <0 平衡常数为K 。

下列叙述正确的是( ) A ．降低温度，总反应K 减小 B ．K ＝K 1＋K 2
C ．适当升温，可提高消毒效率
D ．压强增大，K 2减小
解析：选C 降温，总反应平衡向右移动，K 增大，A 项错误；K 1＝c (O 2)·c ([O])c (O 3)、K 2＝
c 2(O 2)c ([O])·c (O 3)、K ＝c 3(O 2)
c 2(O 3)＝K 1·K 2，B 项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c ([O])增
大，可提高消毒效率，C 项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D 项错误。

2．(2020·衡水中学调研)在3种不同条件下，分别向容积为2 L 的恒容密闭容器中充入2 mol A 和1 mol B ，发生反应：2A(g)＋B(g)2D(g) ΔH ＝Q kJ·mol －
1。

相关条件和数据
见表：
下列说法正确的是( ) A ．K 3>K 2＝K 1
B ．实验Ⅱ可能是增大了压强
C ．实验Ⅲ达平衡后容器内的压强是实验Ⅰ的9
10
倍
D ．实验Ⅲ达平衡后，恒温下再向容器中通入1 mol A 和1 mol D ，平衡不移动
解析：选D A 项，反应为2A(g)＋B(g)
2D(g)，比较实验Ⅰ和Ⅲ，温度升高，平衡
时D 的量减少，化学平衡向逆反应方向移动，正反应放热，Q <0，则K 3<K 1，温度相同，平衡常数相同，则K 1＝K 2，故平衡常数的关系为K 3<K 2＝K 1，错误；B 项，实验Ⅱ达到平衡的时间很短，与实验Ⅰ温度相同，平衡时各组分的量也相同，若增大压强，平衡正向移动，各组分的量不可能相同，可判断实验Ⅱ使用了催化剂，不可能增大了压强，错误；C 项，根据理想气体状态方程pV ＝nRT ，反应起始时向容器中充入2 mol A 和1 mol B ，实验Ⅲ达平衡时，n (D)＝1 mol ，列三段式，则平衡时n (A)＝1 mol 、n (B)＝0.5 mol ，实验Ⅰ达平衡时，n (D)＝1.5 mol ，列三段式，n (A)＝0.5 mol 、n (B)＝0.25 mol ，则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比为
p 3
p 1
＝(1＋0.5＋1)×(750＋273.15)(0.5＋0.25＋1.5)×(700＋273.15)≠9
10
，错误；D 项，实验Ⅲ中，原平衡的化学平衡常数
为K 3＝c 2(D )c 2(A )·c (B )＝0.52
0.52·0.25＝4，温度不变，则平衡常数不变，实验Ⅲ达平衡后，恒温
下再向容器中通入1 mol A 和1 mol D ，则此时容器中c (A)＝1 mol·L －
1、c (B)＝0.25 mol·L
－1
、c (D)＝1 mol·L －1
，此时浓度商Q ＝c 2(D )c 2(A )·c (B )
＝4＝K 3，则平衡不发生移动，正确。

3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。

工业上可利用CO 或CO 2来生产燃料甲醇。

已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
①2H 2(g)＋CO(g) CH 3OH(g)
②H 2(g)＋CO 2(g) H 2O(g)＋CO(g) ③3H 2(g)＋CO 2(g)
CH 3OH(g)＋H 2O(g)
(1)据反应①与②可推导出K 1、K 2与K 3之间的关系，则K 3＝________(用K 1、K 2表示)。

(2)反应③的ΔH ________(填“>”或“<”)0。

(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H 2(g)、CO 2(g)、CH 3OH(g)、H 2O(g)的浓度(mol·L －
1)分
别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v 正________(填“>”“＝”或“<”)v 逆。

解析：(1)K 1＝c (CH 3OH )
c 2(H 2)·c (CO )，
K 2＝c (CO )·c (H 2O )c (H 2)·c (CO 2)，
K 3＝c (H 2O )·c (CH 3OH )c 3(H 2)·c (CO 2)，
K 3＝K 1·K 2。

(2)根据K 3＝K 1·K 2,500 ℃和800 ℃时，反应③的平衡常数分别为2.5和0.375；升温，K 减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH <0。

(3)500 ℃时 ，K 3＝2.5 Q ＝c (CH 3OH )·c (H 2O )c 3(H 2)·c (CO 2)
＝0.3×0.150.83×0.1≈0.88<K 3 故反应正向进行，v 正>v 逆。

答案：(1)K 1·K 2 (2)< (3)>。