化学平衡状态及化学平衡常数

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动 动态平衡: v(正) ≠0; v(逆) ≠0 等 v(正)= v(逆) ≠0
定 c(B) 或 n(B) 或 ω(B) 一定
变 条件改变→平衡改变
化学平衡是动态平衡
3.化学平衡状态的标志
(1) v正 = v逆 (本质特征) ① 同一种物质:该物质的生成速率等于它的消耗 速率。 ② 不同的物质:速率之比等于方程式中各物质的 计量数之比,但必须是不同方向的速率。
c(CO) ·c(H2O)
x2
= (0.200-x)(1.00-x) = 1.00
解得: x = 0.166
平衡常数和转化率的计算
0.166
=
×100%= 83.0%
0.200
答:平衡时CO转化为CO2转化率是83.0% 。
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:
2NH3
N2+ 3H2
1 2
N2
+
3 2
H2
NH3
高温
K2 c(Nc22()N c3H(3H ) 2 ) K3c1/2(N c(2N )c3H 3/2)(H2)
Fe3O4(s) + 4H2(g) Cr2O72- + H2O
3Fe(s) + 4H2O(g)K c4( H2O)
c4( H2 )
2CrO42- + 2HK+ c2(Cc(rC4O 22rO )7c22()H)
小结
2.使用平衡常数应注意的问题
(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
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?
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——K
1. K的表达式
大量实验事实表明,对下列可逆反应:
aA + bB
*
高炉炼铁的主要反应为:
Fe2O3+3CO
2Fe +3CO2
从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的CO。
100多年前,人们曾认为这是由于 CO与铁矿石
接触间不够的缘故。为使反应进行的完全,当
时曾耗巨资改建高炉,以延长 CO和Fe2O3的接 触时间,结果尾中CO的含量并未减少。你知
道这是为什么吗?
反应Fe2O3+3CO 不能进行到底?
【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,
化学平衡是动态平衡
(2)反应混合物中各组成成分的含量保 持不变(浓度标志):
① 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积 (气体)、物质的量浓度均保持不变。 ② 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的 体积分数均保持不变。 ③ 若反应前后的物质都是气体,且总体积不等,则 气体的总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均 摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)均保持 不变。 ④ 反应物的转化率、产物的产率保持不变。
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:
K
cc(C)cd(D) ca(A)cb(B)
其中c为各组分的平衡浓度,温度一定,K为定值。
化学平衡常数
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。
N2+3H2
2NH3
K1 c(Nc22()N c3H(3H ) 2 )
正、 在单位时间内消耗了mmolA的同时 逆反 生成了mmolA
在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了
应速 pmolC
率关 在单位时间内生成了nmolB的同时消耗了 qmolD (均指ひ逆 )

ひ(A) ‫׃‬ひ(B) ‫׃‬ひ(C) ‫׃‬ひ(D) == m ‫ ׃‬n ‫ ׃‬p ‫ ׃‬q
)ひ正不一定等于ひ逆(
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 0.0800
0.0800
0.160
平衡时各物质的浓度/mol·L-1 0.0200
小结
mA(g) + n B(g)
pC(g) +q D(g)
各物质的物质的量或物质的量的分数一定
混合 体系 各物质的质量或质量分数一定 中各 组分 各气体的体积或体积分数一定 的
总压强、总体积、总物质的量一定
含量
是否 平衡
平衡
平衡 平衡
不一定
小结
mA(g) + n B(g) p C(g) +q D(g)
平衡常数和转化率的计算
解:设平衡时CO2和H2的浓度为x mol·L-1
CO(g) + H2O(g)
c(始) /mol·L-1 0.200
1.00
CO2(g) + H2(g)
0
0
c(变)/mol·L-1
x
x
x
x
c(平)/mol·L-1 0.200-x 1.00-x
x
x
c(CO2) ·c(H2)
K=
2.00×10-2
0
6.32×10-3 6.84×10-3 1.08
1.71×102
3.00×10-2
0
8.00×10-3 1.10×10-2 1.38
0
2.00×10-2 9.46×10-3 1.52×10-2 1.61
1.72×102 1.70×102
0
0.100 2.28×10-2 8.86×10-2 3.89 1.70×102
例如,在某温度下:
N2+3H2
2NH3
2NH3
N2+3H2
1 2
N2
+
3 2
H2
NH3
K1 c(Nc22()N c3H(3H ) 2 ) K2 c(Nc22()N c3H(3H ) 2 ) K3c1/2(N c(2N )c3H 3/2)(H2)
K1 = 1/K2 = K32
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
是否 平衡
平衡
不一定 平衡
不一定
密度 ρ
小结
注意化学反应的特点
C(s)+CO2(g) 2CO(g) (ρ一定)
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) (ρ一定)
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
(ρ一定)
是否 平衡 平衡
不一定 不一定
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 P44页 的问题解决。
速 率
·v正
·O
t1
时间
·v逆
O t1
时间
化学平衡的概念
1.化学平衡状态的定义
指在一定条件下的可逆反应里,正 反应和逆反应的速率相等,反应混合物 中各组分的浓度保持不变的状态。
对象 注
条件
意 可逆反应 一定条件
状态 结果
v v正= 逆 C (B)不变
化学平衡是动态平衡
2.化学平衡状态的特征 逆 化学平衡的研究对象是可逆反应
(1)该温度下反应 2SO2+O2 衡常数。
2SO3 的平
(2)达平衡状态时, SO2的转化率。
化学平衡常数
分析表2-8和表2-9中的数据,你能得出什么 结论?
化学平衡常数
使用平衡常数应注意的问题
(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:
高温
Fe3O4(s) + 4H2(g)
2Fe +3CO2 为什么
讨论、小结:
反应Fe2O3+3CO
2Fe +3CO2 的特点
是高温下既能向正反应方向进行又能向逆
反应方向进行,是可逆反应。
可逆反应的概念及其特点
1.可逆反应
(1)在相同条件下同时向正、反两个方 向进行的反应称可逆反应。
2SO2 + O2
2SO3
3H2 + N2 2NH3
不可逆反应:在一定条件下,进行得很彻底或 可逆程度很小的反应。
是否 平衡
平衡
平衡 不一定
不一定
小结
mA(g) + nB(g) pC(g) +qD(g)
当m + n≠p + q 时,总压力一定
压强 (其它条件一定)
当m + n =p + q 时,总压力一定 (其它条件一定)
混合气 当 m + n≠ p + q 时,Mr一定 体的平 当 m + n = p + q 时,Mr一定 均Mr
可逆反应的概念及其特点
2.可逆反应特点
(1)可逆反应的普遍性:大部分化学反应都 是可逆反应。
(2)可逆反应的特点: ①相同条件下,正反应和逆反应同时发生 ②反应物、生成物共同存在 ③可逆反应有一定的限度(反应不能进行到
底)
化学平衡的概念
以小组为单位进行P43页的交流与讨论:
浓 度
·反应物 生成物
2NO2(g) N2O4(g)可逆反应,如果用不同起始 浓度的 NO2或N2O4进行反应 ,平衡后得到以下实验 数据。
起始浓度/mol·L-1 平衡浓度/mol·L-1
平衡浓度关系
C(NO2) C(N2O4) C(NO2) C(N2O4)
C(N2O4) C(N2O4) C(NO2) C2(NO2)
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:
则:
cp(C)cq(D) K' cm( A)cn(B)
K′= K , v正= v逆,反应处于平衡状态
K′< K , v正> v逆,反应向正方向进行 K′>K , v正< v逆,反应向逆方向进行
可逆反应的概念及其特点
下列说法是否正确:
1. 氢气在氧气中燃烧生成水,水在电解时生 成氢气和氧气,H2+ O2 = H2O是可逆反应。 2. 硫酸铜晶体加热变成白色粉末,冷却又变 成蓝色,所以无水硫酸铜结合结晶水的反应 是可逆反应。
3. 氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体,两种 气体又自发变成氯化铵,氯化铵的分解是可 逆反应。
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?
讨论、小结:
C(N2O4) C2(NO2)
是一个定值。
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)
3Fe(s) + 4H2O(g)
一定温度下
K
c4( H2O ) c4( H2 )
化学平衡常数
(4)在进行K值的计算时,稀溶液中的H2O的浓 度可不表达
如:Cr2O72- + H2O
2CrO42- + 2H+
一定温度下 Kc2(Cc(rC4O 22rO )7c22()H)
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
0.0200
0.160
c2(HI)
K=
=
c(H2) ·c(I2)
பைடு நூலகம்
(0.160)2 (0.0200)2
答:平衡常数为64.0。
= 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?
(6)利用K 值可判断某状态是否处于平衡状态
化学平衡常数
3.平衡常数的意义
aA + bB
cC + dD
K
cc(C)cd(D) ca(A)cb(B)
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
平衡转化率
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?
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:
该反应物的起始浓度-该反应物的平衡浓度
=
×100%
该反应物的起始浓度
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。
平衡常数和转化率的计算
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