等效平衡和平衡常数问题.ppt

化学 等效平衡专题 化学 在一定条件下，可逆反应只要起始浓度相当，无 论经过何种途径，但达到化学平衡时，只要同种物质 的体积分数相同，这样的平衡称为等效平衡。 概念的理解： （2）平衡状态（终态）只与始态有关，而与途径无 关，（如：无论反应从什么方向开始投料是一次还 是分成几次，扩大缩小或缩小扩大的过程，）只要 起始浓度相当，就达到等效平衡状态。 （3）体积分数相同：即平衡混合物各组分的百分含 量对应相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同,反 应的速率、（内）压强等可以不同. （1）一定条件下：通常可以是同T同V，同T同P 一、等效平衡的概念 化学 二、等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有 以下三种： I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积 发生变化的反应来说（即V0的体系）：等 价转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原 平衡起始态相同。 II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积 没有变化的反应来说（即V=0的体系）：等 价转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量 的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。 化学 III类：恒温恒压下 对于气体体系等效转化后，要反应物（ 或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始 态相同，两平衡等效。 解题的关键，读题时注意勾画出这些 条件，分清类别，用相应的方法求解。我们常 采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平 衡问题。 化学 等效平衡建成条件的讨论 ABCD平衡时D的体积分数 起始 充入 2mol1mol00a% 003mol1mola% 1mol0.5mol1.5mol0.5mola% 4mol2mol00b% (ab) 在一定温度下，一个容积固定的密闭容器中发生反 应：2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g)，根据下表有关数据分析 恒温、恒容下等效平衡建成的条件。 化学 恒温 恒容 2molSO2 1mol O2 2mol SO2 1mol O2 2SO2 + O2 2SO3 2mol SO2 1mol O2 开始 SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 4mol SO2 2molO2 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 ? SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 等效平衡建成条件的讨论等效平衡建成条件的讨论 化学 练习1：在一个1L的密闭容器中，加入2molA和 1molB ，发生下述反应： 达到平衡时， C的体积分数为a% 。维持容器的体积 和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后 ，C的体积分数为a%是（ ） A、3mol C+1mol D B、1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol D C、1mol A+0.5mol B+1.5mol C D、4mol A+2mol B A、B 化学 H2(g) + I2(g)2HI(g) 1mol H2 1molI2 开始 H2 a% I2 b% HI c% 平衡状态 讨论：在恒温恒 容时下列能与 右图达到等效 平衡的是（ ） A. 2 mol HI B. 2 mol H2+2 mol I2 C. 1 mol H2+1 mol I2+2 mol HI D. 0.5 mol H2+0.5 mol I2+1 mol HI （1 1 0） （2 2 0） （2 2 0） （1 1 0） ABCD 极端转化 化学 1mol H2 1mol I2 开始 恒温恒容 H2 a% I2 b% HI c% 平衡状态 2mol H2 2mol I2 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 1mol H2 1mol I2 1mol H2 1mol I2 H2 a% I2 b% HI c% 平衡状态 H2 a% I2 b% HI c% 平衡状态 H2 a% I2 b% HI c% 平衡状态 ? 化学 练习2、在固定体积的密闭容器内，加入 2mol A、1mol B，发生反应：A(气)+B(气) 2C(气)达 到平衡时，C的质量分数为W。在相同 (T、V)条件下，按下列情况充入物质达到平衡时 C的质量分数仍为W的是（ ） A.2mol C B.3mol C C.4mol A、2mol B D.1mol A、2mol C C.D 化学 4mol SO2 2mol O2 2mol SO2 1mol O2 2mol SO2 1mol O2 2mol SO2 1mol O2 开始 恒温 恒压 SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% 平衡状态 SO2 a% O2 b% SO3 c% 2SO2 + O2 2SO3 SO2 a% O2 b% SO3 c% 化学 1.在一个1L的密闭容器中，加2molA1molB ， 发生下述反应： 达到平衡时，C的浓度为1.2mol/L , C的体积分 数为a% 。维持容器的压强和温度不变，按下列 配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍是 1.2mol/L（或C的体积分数仍是a%）的是（ ） A、3mol C+1mol D B、1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol D C、1mol A+0.5mol B+1.5mol C D、4mol A+2mol B A、B、D 化学 2、在恒温、恒压的条件下，向可变容积的密闭容 器中充入3LA和2LB，发生如下反应： 3A（气）+2B（气） xC（气）+yD(气） 达到平衡时，C的体积分数为m%。若维持温度压强 不变，将0.6LA 、0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质 充入密闭容器中,达到平衡时C的体积分数仍为m%,则 X,Y的值分别为（ ） A x=3 y=1 B x=4 y=1 C x=5 y =1 D x=10 y=2 C D 化学 3、在一固定容积的密闭容器中充入 2molA和1molB，发生反应：2A(气)+B( 气) xC(气),达到平衡后，C的体积分 数为W%。若维持容器体积和温度不变 ，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始 物质，达到平衡后，C的体积分数仍为 W%，则x值为（ ） A、1 B、2 C、3 D、4 B C 化学 3、某温度下，向某密闭容器中加入1molN2和3molH2,使之反 应合成NH3，平衡后测得NH3的体积分数为m。若T不变，只改 变起始加入量，使之反应平衡后NH3的体积分数仍为m，若N2 、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示应满足： （1）恒定T、V： 1若X=0，Y=0，则Z=-。 2若X=0.75，Y=-，Z=-。 3X、Y、Z应满足的一般条件是-。 （2）恒定T、P： 1若X=0、Y=0，则Z-。 2若X=0.75,则Y-，Z-。 3X、Y、Z应满足的一般条件是-。 2mol 2.25mol0.5mol 0 =2.25mol0 Y=3X，Z0 X+Z/2=1 , Y+3Z/2=3 化学 4、在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进 行以下反应，H2(气)+Br2(气) 2HBr(气)，已知加入 1mol H2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr(见下 表已知项)，在相同条件下，且保持平衡时各组分的百 分含量不变，对下列编号（1）（3）的状态，填写表 中空白： 2a 0 0.5 2(n-2m) (n-m)a 化学 5、在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定 温度压强，进行以下反应， N2(气)+3H2(气) 2NH3(气)，已知加入1mol N2和4molH2时， 达到平衡后生成amolNH3，在相同条件下，且保持平衡时各组 分的百分含量不变，填写表中空白： 1.5a 00.5 2(n- 4m) (n-3m)a 化学 对于有固体参加的可逆反应： 处理方法：不考虑固体物质，先进行等效转化 ，应该符合上述的规律。 根据题意计算出达到平衡时选定物质的物质的 量，以及所需的固体物质的最小量，那么，只要 固体物质的起始投料大于这个最小量即可保证达 到同一平衡状态（因为固体物质的量多与少不影 响化学反应速率或化学平衡） 化学 条件等效条件结结果 恒温恒容 恒温恒容 (n(g)=0 ) 恒温恒压 等效平衡小结 极限转换后各 物质的量相同 两平衡各组分百分含 量均相同（n、c相同 ） 投料换算成相同 物质表示时物质 的量成比例 两平衡各组分百分 含量相同，（n、c 按比例变化 ） 投料换算成相同 物质表示时物质 的量成比例 两平衡各组分百分 含量相同，（c相同 ，n按比例变化） 化学 化学平衡常数 化学 首先，让我们以氢气和碘蒸气的反应为例，研究化首先，让我们以氢气和碘蒸气的反应为例，研究化 学平衡的性质。学平衡的性质。 根据学案表中的数据计算平衡时 的值 并分析讨论表中数据 2 c (HI) c(H2) c(I2) 通过分析实验数据得出： (1)温度不变时， 为常数 用K表示,K =54.47； (2)常数K与反应的起始浓度大小无关； (3)常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立 的过程无关。 2 c (HI) c(H2) c(I2) 化学 对其它平衡体系的数据进行分析， 都有类似的关系。 对于反应: aA + bB cC + dD 化学 一、定义： 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，这个常数就是该反应的 化学平衡常数（简称平衡常数） 符号K表示 化学 三、平衡常数的单位 浓度的单位为molL-1 K的单位为(molL-1)n；称经验平衡常 数。 当浓度的单位为molL-1，一般不写单位。 二、数学表达式： 对于一般的可逆反应mA+nB pC+qD c (C) c (D) pq c (A) c (B) mnK= 化学 练习：试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 催化剂 注意： 反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！ 化学 1、如果反应中有固体和纯液体参加，它 们的浓度不应写在平衡关系式中，因为 它们的浓度是固定不变的，化学平衡关 系式中只包括气态物质和溶液中各溶质 的浓度。如： CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) K=CO2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l) K=CO/(CO2H2) 四、书写平衡常数关系式的规则 化学 2、 稀溶液中进行的反应，如有水 参加，水的浓度也不必写在平衡关 系式中，如： Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+ Kc=CrO42-2H+2/Cr2O72- 化学 3、非水溶液中的反应，如有水生成或有 水参加反应，此时水的浓度不可视为常数 ，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋 酸的液相反应 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O K=CH3COOC2H5H2O/(C2H5OHCH3COOH) 化学 4、同一化学反应，可以用不同的化学反 应式来表示，每个化学方程式都有自己 的平衡常数关系式及相应的平衡常数。 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/N2O41/3 化学 5、多重平衡规则 若干方程式相加(减)，则总反应的平衡 常数等于分步平衡常数之乘积(商) 例1: 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 2NO2 (g) N2O4 K2 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K = K1 K2 化学 例2: C (s) + CO2(g) 2CO(g) K C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 K = K1/K2 化学 解(1) Kc=N2O4/NO22 (2) Kc=NO22/N2O4 (3) Kc= CO2 1.写出下列各反应的平衡常数K (1) 2NO2（g） N2O4（g） (2) N2O4（g） 2NO2（g） (3) CaCO3（g） CaO（s）+CO2（g） 化学 6、平衡常数只表现反应进行的程度，即 可能性问题，而不表现到达平衡所需的 时间，即现实性问题. 7、平衡常数K与温度有关，与浓度无关， 由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还 是放热。 若正反应是吸热反应,升高温度,K 增大;若正 反应是放热反应,升高温度,K 减少; 化学 (5) K值大小标志反应能达到的最大限度, K值大，反应完全。 8. 小结： (1) 平衡是有条件的、动态的。 (2) K不随起始浓度大小而变。 (3) K与温度有关。 (4) K与方程式写法有关。 化学 1.平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度， 估计反应的可能性。因为平衡状态是反应进行的最大 限度。如： N2(g)+O2(g)2NO(g) Kc=110-30(298K) 这意味着298K时，N2和O2基本上没有进行反应，反 之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡 时NO实际上全部分解为N2和O2。 五、平衡常数的意义 化学 2、平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程 度。 K值越大，表示反应进行的程度越大，反应 物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的 程度越小，反应物的转化率越小。 3、反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一 般来说，反应的平衡常数KC105，认为正反应 进行得较完全；KC 10-5则认为这个反应的正 反应很难进行(逆反应较完全）。 化学 例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g), 的平衡常数与温度的关系如下： 温度623K698K763K 浓浓度平衡常数66 .954.445.9 通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断 上面可逆反应的正方向是放热反应. 化学 4、另外还有两点必须指出： 平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反 应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平 衡所需要的时间。如： 2SO2(g)+O2=2SO3(g) 298K时K很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反 应。 平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不 可能进行，如: N2+O22NO K=10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能 的。因此没有必要在该条件下进行实验，以免浪费 人力物力。或者改变条件使反应在新的条件下进行 比较好一些。 化学 对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系 ，在计算中注意： （2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度 生成物D: c(D) = c0(D) +c(D) （3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中 相应的化学计量数之比。c(A):c(D)=a:d （1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度； 反应物A: c(A) =c0(A) - c(A) 5、与平衡常数有关的计算 化学 例1:合成氨的反应N2+3H22NH3在某温度下各物 质的平衡浓度是:c(N2 ) =3molL-1，c(H2 )=9molL-1, c（ NH3 ）=4molL-1求该反应的平衡常数和N2 、H2的初始浓度。 答:K=7.3210-3,初始c(N2 ) 、 c (H2 )为 5.15molL-1。 化学 2、 450K时往一空容器中通入氮N2和H2，反应达平 衡后，测得c(N2 )=3mol/L，c(H2)=9mol/L， c(NH3)=4 mol/L, 求K、N2和H2的起始浓度 3 9 4 0 42 6 5 15 K=