化学平衡状态和平衡常数

研究反应的自发性是研究反应的趋势。自发的反应不一定就发生。不自发的反应不是永远不发生。催化剂降低反应的活化能，增大了反应的速率，但不改变反应的自发方向。,复习：,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与铁矿石接触时间不够的缘故。为使反应进行得完全，当时曾耗巨资改建高炉，以延长CO和Fe2O3的接触时间，结果尾气中CO的含量并未减少。你知道这是什么原因吗?,高炉炼铁的主要反应为：,一个反应进行的程度是有限的。不管多长时间都无法进行到底。化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大程度。,专题二化学反应速率与化学平衡,2-2-2化学平衡状态,第二单元化学反应的方向和限度,交流与讨论,开始时：。接下来：。最终：。,当反应到达平衡时，C=0，那么V=0。,问题：,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。,2.化学平衡状态的特征,动,动态平衡：V(正)0；V(逆)0,等,定,变,V(正)V(逆)0,c(B)或n(B)或(B)一定,条件改变平衡改变,逆,化学平衡的研究对象是可逆反应,【例1】：在一定的温度下，可逆反应：A（g）+3B（g）2C（g）达到平衡的标志是：AC的生成速率与C的分解速率相等。B单位时间生成nmolA，同时生成3nmolB。CA、B、C的物质的量浓度保持不变。DA、B、C的分子数之比为1:3:2。E容器中气体的密度保持不变。F混合气体的平均摩尔质量保持不变。G容器中气体的总压强保持不变。,3.化学平衡状态的标志,(1)正=逆（本质特征）同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。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。,(2)反应混合物中各组成成分的含量保持不变（外部表现）：,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。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。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。反应物的转化率、产物的产率保持不变,【例2】下列说法中可以充分说明反应:P(气)+Q(气)R(气)+S(气),在恒温下已达平衡状态的是（）A、反应容器内压强不随时间变化B、P和S的生成速率相等C、反应容器内P、Q、R、S四者共存D、反应容器内总物质的量不随时间而变化,【例3】下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达平衡状态的是()A.1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成B.1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂C.1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂D.1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成,化学平衡常数,K,化学平衡常数,（P48交流与讨论）,结论：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,实验测得，同一反应（如：aA+bBcC+dD）在某温度下达到的化学平衡状态，平衡体系中各物质的浓度满足下面关系：,其中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K为定值。,一、表达式,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，反应程度越大，转化率越高；反之则转化率越低。,（2）K值与浓度无关，随温度变化而变化,二、意义,（3）、平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度（即反应限度）。（4）、一般地说，K105时，该反应进行得就基本完全了；K在10-5左右，则认为反应很难进行。（5）、对于有纯固体或溶剂参加的反应，其浓度不列入平衡常数K的表达式中。,三、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,一定温度下,（4）在进行K值的计算时，水溶液中的H2O的浓度可不表达。,Cr2O72-+H2O,2CrO42-+2H+,一定温度下:,（5）平衡常数的表达式与方程式的书写有关,N2+3H22NH3,2NH3N2+3H2,1/2N2+3/2H2NH3,K1=1/K2=K32,某温度下：,练习：写出下列反应的平衡常数的表达式1、CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)2、C(s)+CO2(g)2CO(g)3、NO2(g)1/2N2O4(g)4、Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+,四、平衡常数的应用应用一、判断某状态是否处于平衡状态,如某温度下，可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：,QcK，V正V逆，反应向正方向进行,QcK，V正V逆，反应处于平衡状态,QcK，V正V逆，反应向逆方向进行,则：,p,例1：高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)。其平衡常数可表达为:K=c(CO2)/c(CO)，已知1100，K=0.263(1)若平衡向右进行，高炉内CO2和CO的体积比值_，平衡常数K值_(填“增大”“减小”或“不变”),(2)1100时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是V正_V逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是。,例2：现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：,2SO2+O22SO3,知C(SO2)始=0.4mol/L，C(O2)始=1mol/L经测定该反应在该温度下的平衡常数K19，试判断，（1）当SO2转化率为50时，该反应是否达到平衡状态，若未达到，哪个方向进行？（2）达平衡状态时，SO2的转化率应为多少？,例3：在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)其平衡常数K与温度t的关系如下表：,1、该反应的平衡常数表达式为：,2、某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)，试判断该温度为，在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，这状态是否平衡状态？若不是，反应向哪个方向进行？,应用二、计算平衡转化率,反应物的转化率越大，反应进行的程度越大,影响转化率的因素:1、当不改变反应物用量，平衡受温度或压强改变影响，向正反应方向移动，反应物转化率增大；平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。,若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，A的转化率减小。,已知C(SO2)始=0.4mol/L，C(O2)始=1mol/L，当SO2的转化率为80%时，反应达到平衡状态。（1）求反应的平衡常数（2）若平衡后混合物的压强增大一倍，反应将向哪方向