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1、 化学平衡常数化学平衡常数 化学反应进行的方向化学反应进行的方向 一一 化学平衡常数化学平衡常数1 1定义：定义：在一定在一定温度温度下，一个可逆反应达到下，一个可逆反应达到化学平衡化学平衡时时,生成物生成物浓浓度幂之积度幂之积与反应物与反应物浓度幂之积浓度幂之积的比值是一个常数，的比值是一个常数，2符号符号 公式公式 单位单位mA(g)+nB(g)pC(g)qD(g)+eE(S或或l)Kcp(C)cq(D)cm(A)cn(B)化学平衡常数表达式中的物质不包括化学平衡常数表达式中的物质不包括固体或纯液体固体或纯液体。固体或。固体或纯液体的浓度可看作是纯液体的浓度可看作是1而不出现在化学平衡常数
2、表达式中。而不出现在化学平衡常数表达式中。化学平衡常数表达式中的浓度指的是化学平衡常数表达式中的浓度指的是平衡时的浓度平衡时的浓度。K:(molL-1)n 单位：单位：c:molL-1 n=p+q-(m+n)常数常数K与与反应的反应的起始浓度大小起始浓度大小无关；无关；常数常数K与与正向建立还是逆向建立平衡无关正向建立还是逆向建立平衡无关;即与平衡建立的即与平衡建立的过过程无关。程无关。注意：注意：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。pC(g)qD(g)+eE(S或或l)mA(g)+nB(g)Kcm(A)cn(B)cp(C)cq(D)K1bH2O的状
3、态的状态不是液态而是气态不是液态而是气态，则需要，则需要带入带入平衡常数表达式。平衡常数表达式。a在在水溶液中水溶液中进行的反应，虽然进行的反应，虽然H2O参与反应参与反应，但是，但是H2O只要作为溶只要作为溶剂，就剂，就不能带入不能带入平衡常数表达式。平衡常数表达式。c在在非水溶液中非水溶液中进行的反应，如果进行的反应，如果有水参加或生成有水参加或生成，则应，则应代入代入平衡平衡常数表达式。常数表达式。H2O的处理的处理 对对于一个可逆反于一个可逆反应应，化学，化学计计量数量数扩扩大或大或缩缩小，化学平衡常数表达小，化学平衡常数表达式是否改式是否改变变？是什么关系？是什么关系？转转化率是否相
4、同？化率是否相同？试举试举例例说说明。明。答案答案:对对于一个可逆反于一个可逆反应应，化学，化学计计量数不一量数不一样样，化学平衡常数表达，化学平衡常数表达式也就不一式也就不一样样，但，但对应对应物物质质的的转转化率相同。例如：化率相同。例如：(2)naA(g)nbB(g)ncC(g)cnc(C)cna(A)cnb(B)K2K1 或或K1K2nn1K1 cc(C)ca(A)cb(B)(1)aA(g)+bB(g)cC(g)无论无论(1)还是还是(2)，A或或B的转化率是相同的。的转化率是相同的。若干方程式相若干方程式相加加(减减)，总反应的平衡常数等于分步平衡常数之，总反应的平衡常数等于分步平衡
5、常数之积积(商商)=K1K2 (3)多重平衡规则多重平衡规则:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K12NO2(g)N2O4 K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K 思考思考1:对对于于给给定反定反应应,正逆反正逆反应应的化学平衡常数一的化学平衡常数一样吗样吗?是什么关系？是什么关系？答案答案:正逆反正逆反应应的化学平衡常数不一的化学平衡常数不一样样，互，互为为倒数关系倒数关系.3 意义意义:K值值越大越大，正向反应，正向反应进行进行的程度越大的程度越大。反之亦然。反之亦然.K 105 K 10-5 10-5 K 105 认为认为正反应进行得较完全正反应进行得较完全认为认为 正反应很难
6、进行（逆反应较完全）正反应很难进行（逆反应较完全）认为认为是可逆反应是可逆反应判断反应判断反应进行程度进行程度(1)：例如：例如：2SO2SO2 2(g)(g)+O+O2 2 2SO2SO3 3(g)(g)298K298K时时K K 很大，但由于速度太慢，常温很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。时，几乎不发生反应。(2)平衡常数数值大小，只能大致反映一个可逆反应的正向反应进平衡常数数值大小，只能大致反映一个可逆反应的正向反应进行的最大程度，行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间并不能预示反应达到平衡所需要的时间。4 影响因素：影响因素：TT一定，一定，K一定一定T变变化，化
7、，K变变化化吸热反应：吸热反应：放热反应：放热反应：T K ,T K .T K ,T K .注意：注意：K只与只与T有关，与有关，与c P等无关。等无关。5 K的用途的用途（1）判断某状态是否处于平衡状态）判断某状态是否处于平衡状态 如某如某T下，下，反应反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)+eF(s或或l)平衡常数平衡常数为为K，任一时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：任一时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：O=cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)浓度商：浓度商：v正正v逆逆，反应向正方向进行，反应向正方向进行 v正正v逆逆，反，反应处应处于平衡状于平衡状态态v正正v逆逆
8、，反应向逆方向进行，反应向逆方向进行QK QKQK（2）利用温度改）利用温度改变时变时K值值的的变变化可判断反化可判断反应应的的热热效效应应若若T ，K ，则则正反正反应为应为吸吸热热反反应应；若若T ，K ，则则正反正反应为应为放放热热反反应应。（3）判断可逆反应的反应温度）判断可逆反应的反应温度 化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。根据平衡状态中各组分的物质的量浓度，可以计算出该温度下关。根据平衡状态中各组分的物质的量浓度，可以计算出该温度下的化学平衡常数，从而判断反应温度。的化学平衡常数，从而判断反应温度。（4）
9、用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。）用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。例例1判断正误，正确的划判断正误，正确的划“”，错误的划，错误的划“”(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻浓度平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻浓度()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数()(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化()(5)可逆反应的平衡常数与温度有关，所以升高温度，平衡常数一可逆反应的平衡常
10、数与温度有关，所以升高温度，平衡常数一定增大。定增大。()(6)反应反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式为的平衡常数表达式为 ()K ,压强增大，压强增大，K也增大。也增大。(7)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。（）(8)某反应的平衡常数某反应的平衡常数700时时K=1，800时时K=0.64，则该反应为，则该反应为吸热反应。吸热反应。（）(9)在在N2+3H2 2NH3 与与NH3 1/2N2+3/2H2的的K互为倒数互为倒数()(10)平衡常数越大，达到平衡的时间越短。平衡常数越大，达到平衡的时间越短。（）c(
11、C)c(H2O)c(CO)c(H2)例例2能源问题是当前世界各国所面临的严重问题，同时全球气候能源问题是当前世界各国所面临的严重问题，同时全球气候变暖，生态环境问题日益突出，开发氢能、研制燃料电池、发展低变暖，生态环境问题日益突出，开发氢能、研制燃料电池、发展低碳经济是化学工作者的研究方向。氢气通常用生产水煤气的方法制碳经济是化学工作者的研究方向。氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中得。其中CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0。在。在850 时，平时，平衡常数衡常数K1。(1)若降低温度到若降低温度到750 时，达到平衡时时，达到平衡时K_1。(填填“大于大于”“小于小于”或或“等
12、于等于”)(2)850 时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO、3 mol H2O、1.0 mol CO2和和x mol H2，则：，则：当当x5.0时，上述反应向时，上述反应向_(填填“正反应正反应”或或“逆反应逆反应”)方向进行。方向进行。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条应满足的条件是件是_。在在850 时，若设时，若设x5.0和和x6.0，其他物质的投料不变，当，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为的体积分数分别为a%
13、、b%，则，则a_b(填填“大于大于”“小于小于”或或“等于等于”)。大于大于x x3小于小于逆反应逆反应 二二化学反应进行的方向化学反应进行的方向在一定条件下，在一定条件下，不需要借助外力作用不需要借助外力作用就能自动进行的就能自动进行的过程。过程。体系体系趋趋向于从向于从高能量高能量状状态转变为态转变为低能量低能量状状态态(体系对体系对外部外部做功做功或或放出放出热热量量)。自发自发过程过程 特点特点1定义定义：在密闭条件下，体系有从在密闭条件下，体系有从有序有序转变为转变为无序无序的倾向性的倾向性(无序体系更加稳定无序体系更加稳定)。体系能量越低越稳定，无序体系更加稳定。体系能量越低越稳
14、定，无序体系更加稳定。注意：注意：在一定条件下，在一定条件下，无需外界帮助无需外界帮助就能自发进行的反应。就能自发进行的反应。2自发反应：自发反应：（1）焓判据）焓判据:判断判断反应反应能否自发进行的能否自发进行的能量能量判据判据3自发反应判据：自发反应判据：放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定,H 0有利于反有利于反应自发进行，具有自发进行的倾向。应自发进行，具有自发进行的倾向。规律：规律：思考思考2：H 0的反应一定能自发进行？可以作为的反应一定能自发进行？可以作为自发进行的判据。自发进行的判据。HOHO有利于反应自发进行，但自发反应不一定要有利于反
15、应自发进行，但自发反应不一定要HOH液体液体固体固体不同物质同状态时相对分子质量越大或微粒越多（原子不同物质同状态时相对分子质量越大或微粒越多（原子或电子个数）通常熵越大；如或电子个数）通常熵越大；如NO2O2N2Mr相同，结构越复杂，熵越大。如相同，结构越复杂，熵越大。如C5H12同分异构体同分异构体同物同物质质T ,熵熵越大。如越大。如H2O同气态物质，同气态物质，P 熵越小。熵越小。影响影响 因素因素熵判据：熵判据：体系趋向于有序转变为无序状态，即体系趋向于有序转变为无序状态，即混乱度增加混乱度增加S0，且且S越大，越有利于反应自发进行。越大，越有利于反应自发进行。(1)2NH4Cl(s
16、)+Ba(OH)28 H2O(s)=NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)(2)NaHCO3(aq)+Ca(OH)2(aq)=NaOH(aq)+CaCO3(s)+H2O(l)(3)CO(g)C(s)1/2O2(4)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)例例3 判断下列反应是熵增或熵减判断下列反应是熵增或熵减 P34思考思考3：SO反反应应一定一定一定一定发发生自生自发发反反应吗应吗？可以作？可以作为为自自发发反反应应的的 判据判据吗吗？(3)复合判据复合判据自由能判据自由能判据SOSO有利于反应自发进行，但自发反应不一定要有利于反应自发进行，但自发反应不一定要S
17、O,SO,但是焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一但是焓判据是判断化学反应进行方向的判据之一.结论：结论：G=H-TS 0=0反应能自发进行反应能自发进行反应不能自发进行反应不能自发进行 反应达到平衡状态反应达到平衡状态规律规律H S G 自发反应自发反应1 -+2 +-3 +4 -恒恒 -任何温度自发任何温度自发恒 +任何温度均不自任何温度均不自发发 低T+高T-低T非自自发发 高高T 自自发发 低T-高T+低T 自自发发 高高T非自非自发发 思考思考4：HTS判据是否适于任何条件下的反判据是否适于任何条件下的反应应？HTS判据只能用于温度和压强一定的条件下的反应，不能用判据只能用于温度和
18、压强一定的条件下的反应，不能用于其他条件下于其他条件下(如温度、体积一定如温度、体积一定)的反应。的反应。思考思考5：能自发进行的反应一定能实际发生吗？能自发进行的反应一定能实际发生吗？不一定。判据指出的仅仅是在一定条件下不一定。判据指出的仅仅是在一定条件下:化学反应自发进行的趋化学反应自发进行的趋势，是否实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。势，是否实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。例例6 试试判断用于汽判断用于汽车净车净化的一个反化的一个反应应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在在298 K、100 kPa下能否自发进行？下能否自发进行？已知：在已知：在298 K、
19、100 kPa下该反应的下该反应的H-113.0 kJmol1，S-145.3 Jmol1K1。例例7 下列反应中，在高温下不能自发进行的是下列反应中，在高温下不能自发进行的是()A CO(g)=C(s)1/2 O2(g)B 2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)D MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g)例例4实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是理解正确的是()A 所有的放热反应都是自发进行的所有的放热反应都是自发进行的 B 所有的自发反应都是放热的所有的自发反应都是放热的 C 焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 例例5下列过程属于熵增加的是下列过程属于熵增加的是()A 一定条件下一定条件下,水由气态变成液态水由气态变成液态 B 4NO2(g)O2(g)=2N2O5(g)C 高温高压条件下使石墨转变成金刚石高温高压条件下使石墨转变成金刚石 D 散落的火柴的无序排列散落的火柴的无序排列