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第6章 化学平衡常数

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化学平衡常数

化学平衡常数

化学平衡常数一、化学平衡常数在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，无论反应混合物的起始浓度是多少，当反应达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组成成分的含量保持不变，即各物质的浓度保持不变。

生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，这个常数叫化学平衡常数，用K表示。

化学平衡常数的计算公式为：对于可逆反应：mA（g）＋ nB（g）pC（g）＋ qD（g）二、化学平衡常数意义1、化学平衡常数K表示可逆反应进行的程度。

（1）化学平衡常数K只针对达到平衡状态的可逆反应适用，非平衡状态不适用。

（2）化学平衡常数K的表达式与可逆反应的方程式书写形式有关。

对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K正＝1/K逆。

（3）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率或产率也越大。

K＞105反应较完全，K＜10-5反应很难进行。

（4）K值不随浓度或压强的改变而改变，但随着温度的改变而改变。

正反应是吸热反应，升温，K值增大；正反应反应放热，升温，K值减少。

2、由于固体浓度为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。

3、水的物质的量浓度为一常数（55.6 mol·L－1），因平衡常数已归并，故不必写出。

非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中三、平衡常数与平衡移动的关系判断反应是平衡状态还是向某一方向进行浓度商Q c = K c体系处于化学平衡 Q c＜K c反应正向进行 Q c＞K c反应逆向进行四、化学平衡常数表达式的书写（1）CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）K =（2）3Fe（s）+4H2O（g）Fe3O4（s）+4H2（g）K =（3）Cr2O72－（aq）+H2O（l）2CrO42－（aq）+2H+（aq）K =（4）CH3COOH（l）+HOCH2CH3（l）CH3COOCH2CH3（l）+H2O（l）K =（5）N2（g）+3H2（g）2NH3（g）K1 =（6）2NH3（g） N2（g）+3H2（g）K 2=（7）1/2N2（g）+3/2H2（g）NH3（g）K 3=同一温度下，K1、K 2、K 3的数值关系为：五、化学平衡常数的简单计算例1．已知在800 K时，反应：CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g），若起始浓度c （CO）=2 mol/L，c（H2O）=3 mol/L，反应达到平衡时，CO转化成CO2的转化率为60%。

(完整版)化学平衡常数及其计算

(完整版)化学平衡常数及其计算

考纲要求 1.了解化学平衡常数(K)的含义。

2.能利用化学平衡常数进行相关计算。

考点一化学平衡常数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?(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。

3．意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。

(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

4．应用(1)判断可逆反应进行的程度。

(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。

对于化学反应a A(g)＋b B(g)c C(g)＋d D(g)的任意状态，浓度商：Q c＝c c?C?·c d?D?c a?A?·c b?B?。

Q＜K，反应向正反应方向进行；Q＝K，反应处于平衡状态；Q＞K，反应向逆反应方向进行。

(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。

深度思考1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()(2)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()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化()(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度()(6)化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热()2．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。

(1)Cl2＋H2O HCl＋HClO(2)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)(3)CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O(4)CO2－3＋H2O HCO－3＋OH－(5)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)3．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1②12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)K2③2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K3(1)K1和K2，K1＝K22。

第6章化学平衡常数

第6章化学平衡常数

气： CO2 + H2 → CO + H2O 两个反应合写为： 例如 2： Ag+ + CO + H 2O ⇌ CO2 + H2 ⑵ ⑴
Cl- ⇌ AgCl↓
一般常把按反应方程式从左向右进行的反应叫正反应；从右向左进行的反 应叫逆反应。二者合起来叫可逆反应：在一定条件下，既能向正反应方向进行又 能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。 几乎所有的反应都是可逆的。不可逆反应的例子非常少，如： 2KClO3 ⇌ 2KCl + 3O2 ↑
t/s
图 2-3、 浓度改变平衡移动时浓度变化曲线
t/s
图 2-4、 平衡移动时速度的变化曲线
浓度对化学平衡的影响 对于反应： aA + bB ⇌ dD + eE
⇌
Ca2+
+
H 2O
+
CO2↑
Ca P K= H
2
平衡常数 K 既不是 Kc 也不是 Kp。 Kc 与 Kp 的单位分别为 (mol.L-1)
△n
和 atm n、 Pa n。对于 Kc 而言，因为浓度
△ △
的单位通常都是 mol.L-1，故 Kc 的单位常省略。而 Kp ，由于常用的分压的单位有 atm 和 Pa 两种，故 Kp 的单位需要写出。同时，在进行 Kc 与 Kp 的换算时，应注意 R 值的数值差异： P 的单位是 atm 时， R=0.0821atm.L.mol-1; P 的单位是 Pa 时， R=8314.3Pa.L.mol-1.K -1。 平衡常数的意义： 1、因为平衡状态为反应进行的最大限度，故 K 值的大小可以衡量反应进行 的程度，并由此估计反应的可行性。K 值越大，产物浓度越大，生成的产物越多， 正反应进行的程度越大。反之亦然。 一般而言， K＞ 107 可认为逆反应进行的程度太小而忽略， 即近似认为是一个 不可逆反应； 对应的 K＜ 10-7 可认为正反应进行的程度太小而忽略， 即近似认为是 一个不可逆反应； 只有 107＞ K＞ 10-7 时可认为是可逆反应。 对于 K 值太小的反应， 可认为在该条件下正反应不能进行 如： N2 + O2 = 2NO Kc=10-30(常温下 )

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数
MnO2
CO2 + H2 2KCl + 3O2
∆
条件下可逆反应： 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g)
2. 化学平衡： 化学平衡是在一定条件下，可逆反应 正逆反应速率相等时体系的一种状态。
正 逆 0
化学平衡是动态平衡!
正
H2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
逆
正 逆
系数为幂的连乘积是一个常数。
H 2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
2
[ p(HI) / p ] K [ p(H 2 ) / p ][ p(I 2 ) / p ]
pӨ为标准压力，1105 Pa或100 kPa
K 称为标准平衡常数
是温度的函数，与浓度、分压无关。
对于溶液中的反应：
Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
p(H2)
64.74 65.95 62.02 61.96 0 0
p(I2)
57.78 52.53 62.50 69.49 0 0
p(HI)
0 0 0 0 62.10 26.98
p(H2)
16.88 20.68 13.08 10.64 6.627 2.877
p(I2)
9.914 7.260 13.57 18.17 6.627 2.877
K3Ө = K1Ө K2Ө
6-3 浓度对化学平衡的影响
对于溶液中的化学反应： J = K J < K 平衡 平衡向正向移动
（反应物浓度增大或生成物浓度减小时）
J > K
平衡向逆向移动
（反应物浓度减小或生成物浓度增大时）

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数

5.158kJ／mol，求相应温度下的平衡常数。
由于标准自由能是温度的函数，因而平衡 常数也是温度的函数。温度不同，同一个反应 的平衡常数是不同的。反之，温度不变，平衡 常数不变.
对于气相反应：
H 2 (g) I 2 (g)
2HI(g)
2
[ p (HI ) / p ] K [ p ( H 2 ) / p ][ p (I 2 ) / p ]

或
r Gm T - RT ln
Kθ J
【应用】由Q与Kθ 的相对大小来判断反应进行的方向
J < K 时，反应正向进行， 此时 rG m < 0 ；
J > K 时，反应逆向进行， 此时
J = K 时，反应达到平衡， 此时
rGm > 0 ；
rGm = 0 。
反应商判据：
J<K J=K J>K 反应正向进行； 系统处于平衡状态； 反应逆向进行。
已知SO2和O2的初始浓度分别为0.040mol/L和
0.10mol /L。如达平衡，有80%的SO2转化为SO3，
求平衡时各种气体的浓度及KC。
6-4 压强对化学平衡的影响 分压对平衡的影响： 如果保持温度、体积不变，增大反应物的分 压或减小生成物的分压，使J减小，导致J<K ， 平衡向正向移动。反之，减小反应物的分压或增 大生成物的分压，使J增大，导致J> K ，平衡向 逆向移动。
对于溶液中的反应：
Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)
4
Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq)
2 2
[c(Sn /c )][ c(Fe /c )] K 2 3 2 [c(Sn /c )][ c(Fe /c )]

第6章 化学平衡常数[PPT]

第6章 化学平衡常数[PPT]
第6 章 化学平衡常数
Chapter 6 Chemical equilibrium constant
我们已经从热力学的角度讨论了反应的自发， 即反应进行的方向，如果某反应朝某一个方向 可进行，该化学反应进行的程度如何，就是化 学平衡的问题，具体说：
电离平衡 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ淀溶解平衡 氧化还原平衡 配位离解平衡 化学热力学中 的几大平衡
二、化学平衡的基本特征The characteristic and meaning of chemical equilibrium 1、只有体系在封闭恒温条件下进行的可逆反应才能建立化 学平衡，这是建立化学平衡的前提presupposition
2 、正、逆反应速度相等 ( 推动力相等 ) 是平衡建立的条件 condition（但反应仍在进行，是动态平衡）。
In the equilibrium state，[i] — equilibrium concentration。 notice：推动力 f + = f - , or υ+=υcondition：T、P等外界因素不变
0
正 逆
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~ 6
注意：以前用符号“ ”表示反应的可逆性reversibility （forward and reverse reaction）
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~
4
一般来说，任何反应都有一定的可逆性（热力学上假定 所有的化学反应都是可逆的），但是不同的化学反应可 逆性程度差别很大，比如：
锲而舍之，朽木不折。锲而不舍，金石可 镂 豆丁网友友情分享O(∩_∩)O~
1
6-1 化学平衡状态

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.正、逆反应速度相等是平衡建立的条件； 3.达到平衡时各物质的浓度都不再随时间改变，这是建 立平衡的标志； 4.化学平衡是有条件的平衡，当外界条件改变时，正、 逆反应速度要发生变化，原平衡受到破坏，直到建立 新的动态平衡； 5.可逆反应可从左自右达到平衡状态，也可从右向左达 到平衡状态。 6-1-2 勒沙特列原理 若改变平衡系统条件之一，如温度、压强、或浓度， 平衡就向减弱这个改变的方向移动。
对于有气体参加且反应前后气体的总分子数有变化的 反应 ，等温下，增大总压强，平衡向气体分子数减少 的方向移动；减压，则平衡向气体分子数增加的方向 移动。 如：673K时，反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 若加入与反应体系无关的气体(即惰性气体)，若总压 不变，由于惰性气体的加入，使得反应体系的体积增 大，各组分气体分压相应减小，因而平衡向气体分子 总数增加的方向移动。 例 p255-256
K [( pi /p ) ]

i
( ) ( )
p pA a p
p pB b p
对于复相反应，如CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) pCO2 K p
Kө 为无量纲。 注：(1)平衡常数是温度的函数。温度一定，平衡常 数一定。 (2)对于气相反应，所有气体分压间的关系须遵从平 衡常数的制约。 (3)同一反应，温度一定，平衡常数数值与方程式写 法有关。 (4)平衡常数表达式中没有固体、溶剂等浓度不发生 变化的物质。 例 p249-250 6-2-2实验平衡常数（经验平衡常数） 即实验得到的平衡常数。
由rGm = -RT lnKө + RT lnJ： J > Kө 平衡向左移动 J < Kө 平衡向右移动 J = Kө 达平衡状态 例 p253-254

14第6章-化学平衡

14第6章-化学平衡

K

( (
[G ] g C [A] a C
) ( ) (
[H] h C [B] b C
)
)
a A ( g ) + b B ( g ) —— g G ( g ) + h H ( g )
平衡时
K
( p ) ( P )h
a pB b A (p ) ( P ) P
pG
g
pH
对于复相反应，如
r逆
其它条件不变时，增加反应物浓度或减小生成物浓度， 平衡向正反应方向移动；相反。减小反应物浓度或增大生成 物浓度，平衡向逆反应方向移动。
对一般反应： 若在任意状态下 :
aA + bB
dD + eE
e Cd C D E J a Kc b CACB
或:
e pd p D E J a Kp b p ApB
K (

pi
p

) i
i
p2 NH 3
3 p N2 p H 2
(p )2
K (
pi
p
)
p NH3 p N2 p H22
1 2 3
(p )1
⑷. 固体、纯液体的浓度视为常数。
对溶液反应 a A ( aq ) + b B ( aq ) — g G ( aq ) + h H ( aq ) 平衡时 对气相反应
1/2 N2 + 3/2 H2 2NH3
[NH3 ] Kc (mol L)1 3 1 [N2 ] 2 [H 2 ] 2 [N2 ][H2 ]3 2 Kc (mol L) [NH3 ]2
平衡常数的单位是：
KC： (mol· L-１) i KP (atm) i 或 (Pa) i

无机化学第6章化学平衡常数

无机化学第6章化学平衡常数

H2
0.004 0.001 22
CO
0.006
H 2O
0.006
[CO ][H 2O] [CO2 ][H 2 ]
2.3 2.3 2.4 2.1
0.0078 0.0078 0.0069 0.0059 0.0118 0.0118
0.01 0.00 0 1 0 0.02 0.02
0.0041 0.004 1 0.0082 0.008 2
例：已知下列两反应的平衡常数分别为K1， K2 ，
(1) 2H2O(g) (2) 2HCl(g) 2H2(g)+O2(g) K1 H2(g)+Cl2(g) K2
求反应 4HCl(g)+O2(g) 衡常数。
2Cl2(g) +2H2O(g)的平
解： (2)2 4HCl(g) -) (1) 2H2O(g)
例：含有0.100 mo0.01mol/L Fe(NO3)3的溶液,发生 如下反应:Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s) 25℃时的标准平衡常数为2.98
(1)判断此条件下反应向哪一个方向进行. 解: 反应开始时的反应商:
（2）建立新的平衡关系
解：设需从容器中取走H2的浓度为xmol/L 2NH3 N2 +3H2
平衡时浓度/ mol/L:
1.00 0.50 改变浓度量/ mol/L： 0.20 0.20 3 -x 新平衡时浓度/ mol/L：1.20 1.10-x
2 2
0.50 - 0.20 2 0.10
0.50 0.10 3 0.50 1.00 ( 1.10 x )3 1.20 得x 0.94, nH 2 0.94 1.0 0.94mol

2第6章 化学平衡常数

2第6章 化学平衡常数
K1
2HI(g) H2 (g) I2 (g)
K3
返回 18
[ p ( H 2 ) / p ][ p ( I 2 ) / p ] -1 K3 =( ) K 1 2 [ p ( HI ) / p ]
6-2-2 实验平衡常数 1、化学平衡定律
• 500K N2(g)+3H2 (g) ≒ 2NH3(g)实验测得平衡浓度与实验平衡常数
• ΔrGmø(T) =- RT lnK ø =-2.303 RT lgK ø
• K ø是一个常数，该常数称为标准平衡常数。
10
K ø的表达式及标准平衡常数的物理意义
• 气相系统： K ø =∏(pi/pø )ν i （6-2 ） • 在一定温度下，当气相系统达到化学平衡时，参与反应 的各气体的分压与热力学标准压力之比以反应方程式中 的计量系数为幂的连乘积是一个常数。 • 溶液系统: K ø =∏(ci/cø )ν
• Kc和Kp的关系如下：Kp= Kc(RT)Δn = Kc(RT)∑ν • 即Kp= ∏(ciRT)ν i =(RT)ν i∏ciν i = Kc(RT)∑ν
22
N2(g)+3H2 (g) ≒ 2NH3(g )
• 对于合成氨反应在500K时的分压平衡常数为：
• Kp= Kc(RT)Δn = Kc(RT)∑ν
•
•
•
1.47
0.75
0.376
5.92×10-2
K平均=6.00×10-2
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

第六章 化学平衡常数

第六章 化学平衡常数

Kp=Kc(RT)-0.5; Kpθ=Kp· (pθ)0.5
四: 平衡转化率（C级掌握）
平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物 的量与转化前该反应物的量之比.
平衡时已转化了的某物 质的量 转化率% 100 该物质初始的量
化学平衡状态是反应进行的最大限度,因此 平衡转化率即为指定条件下的最大转化率. 问 题 6-2.4：平衡常数与转化率的区别和联系 是什么?（B级掌握）
d D a A e E b B
式中:∑ν=(d+e)-(a+b),它表示反应前后 气体计量系数之差.当∑ν=0时,Kp=Kc.
由于实验平衡常数一般是有单位的,根据过去 的约定俗成,如果浓度以mol/dm3作单位,分压以 atm作单位,则Kc,Kp不用注明单位,除此之外,均 需注明实验平衡常数的单位,否则将造成混乱.
Kp=Kc(RT); Kpθ=Kp· (pθ)-1
4解 : K

(cFe2 / c ) (cH / c ) ( pO2 / p )
Kp 1 ( pO2 )

cFe3 / c
0.5
2
[ Fe3 ] KC 2 2 0.5 [ Fe ][H ] [O2 ]
0.5
五：平衡常数意义（C级重点掌握）
1.平衡常数数值的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.平衡常数很大的反应,表 示其正反应向右进行趋势非常大,反之,平衡 常数很小的反应在该条件下不可能向右进行.
2.浓度(或分压)商和反应进行方向的判据 我们将某一化学反应产物浓度系数次方 的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比 称为浓度商，用符号JC表示.
第六章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数

第6章 化学平衡常数

r Gm ＝ r H m - T r Sm ，标准态, T K r Gm ＝ - RTlnKTr ， T 温度下的平衡常数 ΔrGT ＝ ΔrH - T ΔrS， 任何状态 ΔrGT = r GT +
RTlnQTr，任何状态 化学平衡的计算 （1）利用平衡常数求物质或产物的浓度，求反应物的转化率。 （2）利用实验数据求经验平衡常数及热力学平衡常数。 化学平衡的移动 平衡移动：从旧的平衡状态转到新的平衡状态的过程，称为平衡移动。 改变平衡体系的条件之一，如温度、压力或浓度，平衡就象减弱这个改变的方向移动。



a A(g) + b B(g) =gG(g) + dD(g) Kr = (pA/ p )a · (pB/ p )bKr ：


p 为标准压力， 1×105 Pa,
Kr
(cG / c ) g (cD / c ) d a b = (cA / c ) (cB / c )
溶液中物质 X 的浓度为 cx mol· dm-3 , 物质 X 的相对浓度为 cx / c
6-3 浓度对化学平衡的影响
对于化学反应 a A + b B= g G + d D, ΔrG =- RTlnKTr + RTlnQTr ＝RTlnQTr/KTr 增大反应物浓度（或分压） ，减小生成物浓度时（或 分压） ，QTr 减小，ΔrG < 0, 平衡正向移动，减小反应物浓度（或分压） ，平衡逆向移动.
本章教学要点： 1.掌握实验平衡常数(经验平衡常数)与相对平衡常数(热力学平衡常数)间的区别. 2.掌握有关平衡常数的计算 3.掌握化学反应等温式 ΔrG = r G 的反应自由能, r G

六章化学平衡常数

六章化学平衡常数
⊕K可用来判断在一定温度下体系达平衡的 条件
封闭体系，等温等压条件的反应：
△rGm(T)= △rGmθ(T) +RTlnJ 因： △rGmθ(T)=-RTlnKθ 则：△rGm(T)= -RTlnKθ+RTlnJ 得：△rGm(T)= RTln(J/Kθ) a、当J<Kθ，△rGm(T)<0，正反应自发进行。 b、当J>Kθ，△rGm(T)>0，逆反应自发进行。 c 、当J=Kθ，△rGm(T)=0，化学平衡状态。
c、讨论内容是平衡被破坏时反应自发进行 的方向(化学平衡的移动)。
6-2 平衡常数
一、化学平衡常数 ：
1. 定义：
在一定温度下，可逆反应达到平衡时，产物 浓度以其化学计量系数为次方的乘积与反应物浓 度以其化学计量系数为次方的乘积之比为一常数 ，称为“平衡常数”。
符号：K 这一规律称为“化学平衡定律”
K 很大，但反应速率很小
二、书写K关系式时应注意：
1、K式中的物质浓度或分压都是平衡时的值。 2、平衡常数的书写形式和数值与方程式的书 写形式有关 。
例：673K N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g)
Kc1[N [N 2]H [H 3]2 2]30.507(m olL1)2
½ N2(g) + 3/2 H2(g) = NH3(g)
= Kc(RT)(d+e)-(a+b) = Kc (RT)Συ
Kp = ∏(ciRT)υi=(RT)Συ∏(ci)υi =Kc (RT)Συ
例 H2（g)+I2(g)=2HI(g) Kp = Kc (RT)0 = Kc
例 N2H4(l)=N2(g)+2H2(g) Kp = Kc (RT)3-0= Kc (RT)3

第六章 化学平衡常数

第六章 化学平衡常数

平衡常数
四、平衡常数的意义
⒈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=1×10-30(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，
平衡常数
例1:合成氨的反应N2+3H22NH3在某温度下各物 质的浓度平衡是:[N2]=3mol· -1,[H2]=9mol· -1,[NH3] L L =4mol· -1求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。 L 解：①求平衡常数Kc Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)=16/(3×93)=7.32×10-3 ②求N2、H2的初始浓度。 N2+3H22NH3 反应1摩尔N2同时需3molH2生成2molNH3 N2 + 3H2 2NH3 平衡3mol· -1 9mol· -1 4mol· -1 L L L 初始(3+2) (9+6) 0 即： 5 15 0 答:Kc=7.32×10-3,初始[N2]、[H2]为5、15mol· -1。 L
平衡常数
五、标准平衡常数（相对平衡常数） θ 3、由反应商J与标准平衡常数K 来判断等温等压下化学反 应的自发方向 θ 由ΔrGm,T = ΔrGm,T + RT lnJ 和 ΔrGm,T = - RT lnK θ 得 ΔrGm,T = - RT lnK θ + RT lnJ (1) J＜K θ 时，ΔrGm,T＜0，自发； θ (2) J＞K 时，ΔrGm,T＞0，非自发； θ (3) J = K 时，ΔrGm,T = 0，平衡。 θ
平衡常数
①(cDdcEe)/(cAacBb)<Kc则反应正向进行。 ②(cDdcEe)/(cAacBb)>Kc则反应逆向进行。 可见只要知道一定温度下，某一反应的平衡常数， 并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是平 衡状态还是向某一方向进行。 通常我们把(cDdcEe)/(cAacBb)=Qc，称为浓度商。 ∴Qc<Kc正向反应自发进行 ∴Qc=Kc反应达到平衡状态(即反应进行达到最大 限度)； ∴Qc>Kc逆向反应自发进行。 如果是气相反应可用 QP=(PDdPEe)/(PAaPBb)分压商来表示

第六章 化学平衡常数

第六章 化学平衡常数

r H m (298K ) 1 1 K2 ln ( ) R T1 T2 K1

前提：假设焓变、熵变不随温度变化，T2 > T1。
对于吸热反应，rHm为正值，温度升高，K增大；放热 反应，rHm为负值，温度升高，K 减小。 作业：1(1)(2)(5)(6), 5, 9, 12
6-1 化学平衡状态
6-1-1 化学平衡(chemical equilibrium)
绝大多数化学反应都有一定的可逆性，可逆反应在一定条
件下，正反应速率等于逆反应速率时，反应体系所处的状态，
称为“化学平衡状态”。 化学平衡状态是热力学概念，指系统内发生的化学变化没 有向正向或逆向进行的自发性时的状态。 化学平衡是一种“动态平衡”。即在化学反应达到平衡时，
第6章 化学平衡常数
(chemial equilibrium constant) 本章教学目标
1. 了解化学平衡的概念，掌握标准平衡常数和实验平衡 常数的意义和表示方法。
2．掌握标准平衡常数和吉布斯自由能变的关系，熟悉多
重平衡规则，掌握有关标准平衡常数与范特霍夫等温方 程的计算。 3．理解勒沙特列原理，掌握浓度、压力、温度对化学平 衡移动的影响及有关计算。
2. 平衡常数不涉及时间概念，不涉及反应速率。 3. 平衡常数数值的大小可以判断反应进行的程度，估计反应的 可能性。
例：已知693、723 K下氧化汞固体分解为汞蒸气和氧气的标准 摩尔自由能为11.33、5.158 kJ/mol，求相应温度下的平衡常数。

解：
HgO(S)
Hg(g) + 1/2O2(g)
6-2-3 偶联反应的平衡常数
偶联反应是指两个化学平衡组合起来，形成一个新的反 应。偶联反应也有平衡状态，也可以求出平衡常数。

化学平衡常数

化学平衡常数
K

2
c [ NO ] 2 [ O 2 ] ( ) ( ) c c [ N 2O 4] ( c [ NO c

2
]
)
2
[ N 2O 4] K3

(
c [ NO ] c


2
) (
[O 2] c

)
( 1 ) + ( 2 ) 得 （3），因而 K3 θ = K1θ · 2 θ 。 K
(只应用于单纯气态反应)
= 0 时，Kp = Kc
3． 多相反应 反应物或生成物中同时存在溶液状态、气体 状态、固体状态时，纯液相和纯固相不出现 在平衡常数表达式中，该反应平衡常数表达 式的气体用分压表示，溶液用浓度表示，平 衡常数KX，称为杂平衡常数。
例： Zn(S) + 2H+ (aq)
H2 (g) + Zn2+ (aq)
K2

K1

(
[ NH

3
]
)
2
c [ N 2] [ H 2] 3 ( )( ) c c [ NH ( c [ N 2] c

3
]
)
1/ 2
(
[ H 2] c

)
3/2
K1θ = ( K 2θ ) 2
， 计量数扩大 2 倍， K θ 乘 2 次方。 bB aA
K2

② 正反应 a A
再如 Cr2O72-(aq) + H2O(l) — 2CrO42-(aq) +2H+(aq)
( K

[CrO4 c

2
]
) (
2

第六章 化学平衡常数

第六章 化学平衡常数

6-2平衡常数
已转化了某反应物的量
反应前该反应物的量
3．转化率 a＝ 为平衡转化率）
×100％（工业上为实际转化率本书
6-2平衡常数
K与转化率a的关系 1．化学平衡状态是反应进行的最大限度。某反应 物在给定条件下，平衡时具有最大转化率。平衡转 化率即指定条件下的最大转化率。
2．两者都可表示反应的程度，但K抽象、a具体，
求在 1073 K (800°C)时反应的平衡常数
6-2平衡常数
解 根据上述数据可以计算 H = 6×(–241.82 ) + 4×90.25 – 4×(-46.11 ) – 0 = – 905.48 kJ· -1 mol S = 6×188.72 + 4×210.65 – 4×192.3 – 5×205.03 = 180.57 J· -1· -1 mol K G = H – T S = – 905.48 – 1073 ×180.57 ×10-3
Kp
[ p NH 3 ]2 [ pH 2 ]3 [ p N 2 ]
1.56 10 15 ( Pa 2 )
K

[ p NH 3 / p ]2 [ pH 2 / p ] [ p N 2 / p ]
3
1.56 10
5
标准平衡常数无量纲，数值上与经验平衡常数 往往不同。
内容：如果某反应可以由几个反应相加（减）得
到，则该反应的平衡常数等于几个反应平衡
常数之积（商）。
证明：反应（3）=反应（1）+反应（2）
6-2平衡常数
rG3 rG1 rG2
RT ln K RT ln K RT ln K
3 1 2 3 1 2 2
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B
对于任一反应：
Van/t Hoff 等温方程式：
Δ r Gm (T ) = Δ r Gm (T ) + RT ln J
当反应处于平衡态时， Δ r Gm (T ) = 0
θ
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
Δ r Gm (T ) + RT ln J=0
θ
K ≡ J 平衡
Δ r Gm (T ) + RT ln K =0
a A + b B U d D + eE
在一定温度下达平衡时，建立如下的关系式
c .c = Kc c .c
d D a A
e E b B
经验浓度 平衡常数。
① Kc越大，表明反应在平衡时生成物浓度的 乘积大，反应物浓度的乘积小，反应进行的 程度越大。
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
②从经验平衡常数Kc的表达式中可以看出，Kc 的单位是：[ mol · L -1 ] ( d + e 即为浓度的某次幂。 当 ( d +e ) = ( a + b ) 时， Kc 无单位。 ③气相反应，平衡时各物质的分压不变，仍有 类似的关系式： a A( g ) + b B ( g )
θ
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
5 平衡常数的确定
(1) 实验确定 如果已知平衡时反应物、生成物的浓度或 分压，就能直接计算出平衡常数的数值。 气体反应
[ p (C)/ p ]c [ p (D)/ p ]d K = [ p (A)/ p ]a [ p (B)/ p ]b
(2) Gibbs函数变确定 ——K 和 ΔrGm(T) 的关系
- Δ r G m (T ) ln K = RT
例：求在298K，反应的K ： 2SO2(g)+ O2(g) U 2SO3(g) Δf Gm /(kJ·mol-1) -300.2 解： 因为 而 ΔrGm (T)= -RTlnK
B
0
-371.1
Δ r Gm (T ) = ∑ νBΔ f Gm (B)
H2(g)+SO2(g) U H2S(g)+O2(g) 解： 反应(1) - (2) 得反应 (3)
K1 K3 = =2.0×10-9 K2
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
4 平衡常数的物理意义 在一定温度下，每一个平衡反应都有自己 特征的平衡常数； 平衡常数的意义: 表示在一定条件下，可 逆反应所能进行的极限。 K θ↑，正反应彻底↑。 通常： K >107，正反应单向; θ K <10-7，逆反应单向; θ K = 10-7 ∼107，可逆反应。
0 0
起始分压/kPa 进行到t， 分压/kPa
r正 较大 r正 ↓ r逆 ↑
减小 减小 73
增大 49
增大
极限分压/kPa 73
49 r正=r逆
第六章
化学平衡
§6.1 化学平衡状态
第六章
化学平衡
பைடு நூலகம்
§6.1 化学平衡状态
化学平衡：一定温度下，正逆反应速率相 等时，各物质的浓度或分压不再随时间变化而 改变，这种状态称为化学平衡。 化学平衡的特征： （1）化学平衡是动态平衡。 （2）平衡是有条件的平衡。 （3）系统的组成不再随时间而变。 （4 ）平衡组成与达到平衡的途径无关。
第六章
化学平衡
§6.1 化学平衡状态
Δ r Gm = 0
化学平衡态是在一定条件下化学反应所能 进行的最大限度。 化学平衡规律适用于各种化学平衡（酸 配位平衡(12)
碱平衡(9)、沉淀平衡(10)、氧化还原平衡(11)、
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
6.2 平衡常数
6.2.1 标准平衡常数
0 = ∑ νB B
C(H2) C(I2) C(HI)
1 0.200 0.200 0.00 2 0.00 0.00 0.200
3 0.100 0.100 0.100 0.177 0.177 0.023
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
c 2 ( HI ) = 0.015 c( H 2 ).c( I 2 )
对任何可逆反应，上述关系皆成立。
§6.2 平衡常数
6.2.1
实验平衡常数表达式
793K H2 + I2
（1）. 实验
编 号 起始浓度/mol·L-1
U
2HI
C 2 ( HI ) C ( H 2 ) C ( I2 )
0.015 0.015 0.015
平衡浓度/mol·L-1 C(H2) C(I2) C(HI) 0.188 0.188 0.024 0.094 0.094 0.012
θ
−1
生产时在高炉出口的气体中发现还有体 积分数0.22～0.28的CO存在。 以前推想还原反应之所以不完全，可能是 由于CO与矿石接触的时间不够，以致没有充 分进行反应。
本章要解决的问题
在给定条件下，有多少反应物可以最大 限度地转化为生成物，即化学平衡问题；
第六章
化学平衡
§6.1 化学平衡状态
)－( a + b)
Uc C ( g )
+ dD(g)
第六章
c
化学平衡常数
d
§6.2 平衡常数
[ pC ] [ p D ] = K a b [ pA ] [ pB ]
经验分压
p
平衡常数
U
④对于气相反应，既有 Kc ， 也有 Kp ，表达的 是同一平衡态，但数值可以不同。 pV = nRT p = ( n / V ) RT p = cRT c 为浓度 换算时，要注意各物理量的单位。
很明显
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
3
偶联反应的平衡常数(多重平衡规则)
反应（3）= 反应（1） + 反应（2）
Δ r Gm 3 = Δ r Gm1 + Δ r Gm 2
− RT ln K3 = − RT ln K1 + (− RT ln K2 )
θ θ θ
θ
θ
θ
ln K 3 = ln K1 .K 2
第六章 化学平衡常数
§6.1 化学平衡状态 §6.2 平衡常数 §6.3 化学平衡的移动
第6章
第4 题 第5 题 第8 题 第9 题
第260页
第12题 第17题 第22题 第26题
高炉炼铁的主要反应是：
Fe 2 O3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
Δ r Gm = −29 kJ .mol
θ
eq
θ d
若是纯固体、纯液体，不出现在表达式中。
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
如 CaCO3(s)+2H+(aq)
eq
U
2+
Ca2+(aq)+CO2(g)+H2O(l)
θ
eq
[c (Ca )/c ][p (CO 2 )/p ] K = eq + θ 2 [c (H )/c ]
θ
θ
第六章
化学平衡常数
如：爆炸反应。
H + OH = H 2O
MnO2
+
−
2 KClO3 ⎯⎯⎯ → 2 KCl + 3O2
通常认为是单相反应。
第六章
化学平衡
§6.1 化学平衡状态
（3）程度 反应进行的最大程度是表面出现静止状 态，即化学平衡。
2.
例
化学平衡
CO(g)+ H2O(g)
122 122
U
1473K
CO2(g)+H2(g)
6.1 化学平衡状态
1. 可逆反应
（1）定义 在同一条件下，既能正向进行又能逆向 进行的反应称可逆反应。
N 2 + 3H 2 U 2 NH 3
可逆性显著 可逆程度小
Ag + Cl U AgCl
+
−
第六章
化学平衡
§6.1 化学平衡状态
（2）范畴 几乎所有的化学反应都是可逆的，只是 程度不同而已。 有些反应向某一方向进行的程度远大于 逆反应，我们称之为单相反应。
θ c
eq
p：平衡时各物质的分压；
pθ ：标准压力，pθ = 100kPa；
θ θ p p
K θ ：标准平衡常数，简称平衡常数。
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
（2） 溶液反应
aA(aq)+ bB(aq)
U
cC (aq)+ dD (aq)
eq θ c eq θ d [ c C / c ] [ c D / c ] ( ) ( ) θ K = eq eq θ a θ b = [c ( A ) / c ] [c ( B ) / c ]
θ θ
θ
θ
θ
K 3 = K 1 .K 2
θ
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
反应（4）=反应（1）-反应（2），
θ θ θ Δ r Gm = Δ G − Δ G 4 r m1 r m2
ln K4 = ln K1 − ln K2 K4 = K1 / K2
θ θ θ
θ
θ
θ
第六章
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
化学平衡常数
§6.2 平衡常数
1 表达式 （1） 气体反应
aA(g)+ bB(g)
θ
eq
U cC (g)+
θ d
dD (g)
[ p ( C) / p ] [ p ( D) / p ] pi vi K = eq θ ) ]平衡 θ a θ b = Π[( eq p [ p ( A ) / p ] [ p ( B) / p ]