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第二讲 化学平衡常数解题策略

化学平衡常数与化学平衡及其影响因素的关系是高考命题的趋势之一. 化学平衡常数的引入,对判断化学平衡移动方向带来了科学的依据. 平衡常数是表征反应限度的一个确定的定量关系,是反应限度的最根本的表现. 平衡常数的使用,从定量的角度解决了平衡的移动.

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）

K c(C)pc(D)q c(A)mc(B)n 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. （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.

（5）一般情况下,对于正反应是吸热反应的可逆反应,升高温度,K值增大；而对于正反应为放热反应的可逆反应,升高温度,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、由于水的物质的量浓度为一常数（55.6 mol·L）,因平衡常数已归并,书写时不必写出.

三、平衡常数与平衡移动的关系 1、平衡常数是反应进行程度的标志

一般认为K ＞10反应较完全,K＜10反应很难进行. 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：

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N2(g) + O2(g)

△ 2NO(g) K = 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,平衡时NO实际上全部分解为N2和O2.

另外还有两点必须指出：

（1）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. （2）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 + O2K = 10(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能的. 2、平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件.

△ 2NO

-30

一个化学反应是否达到平衡状态,它的标志就是各物质的浓度将不随时间改变,而且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是一个常数. 如:

对任意一个可逆反应：mA+nB pC+qD,其平衡浓度的比值,总是符合下列关系

[C]p?[D]q = Ｋ （是一个定值,称为化学平衡常数. ） mn[A]?[B]

若用Qc表示任意状态下,可逆反应中产物的浓度以其化学计量系数为指数的乘积与反应物的浓度以其化学计量系数为指数的乘积之比,则这个比值称为浓度商. 将浓度商和平衡常数作比较可得可逆反应所处的状态.

即 Qc = Kc 体系处于化学平衡 Qc＜Kc 反应正向进行 Qc＞Kc 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.

【考点再现】

一、考查化学平衡常数表达式的书写

在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,体系内所有反应物和生成物的浓度保持不变,所以生成物浓度幂（以其化学计量数为幂）之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常

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数,叫做该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号K表示. 以反应：mA（g）+nB（g）（g）+qD（g）为例,K =

cp(C)平衡?cq(D)平衡cm(A)平衡?cn(B)平衡pC

. 1．由于固体或纯液体的浓度是一常数,如果有固体或纯液体参加或生成,则表达式中不能出现固体或纯液体；稀溶液中进行的反应,如有水参加反应,由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中；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. 例如：

（1）CaCO3（s）

CaO（s）+CO2（g） K =c（CO2）

Fe3O4（s）+4H2（g） K =c4(H2)/c4(H2O) 2CrO4（l）+2H（l） K =c2－

+

（2）3Fe（s）+4H2O（g）（3）Cr2O7（l）+H2O（l）

2－

22?(CrO4)?c2(H?)2?c(Cr2O7)

（4）CH3COOH（l）+HOCH2CH3（l）CH3COOCH2CH3（l）+H2O（l）

K =

c(CH3COOCH2CH3)?c(H2O)c(CH3COOH)?c(CH3CH2OH)

2．表达式与化学计量数一一对应,方程式中化学计量数不同,表达式就不同；可逆反应中,正反应的表达式与逆反应的表达式互为倒数. 例如：

（1）N2（g）+3H2（g）（2）2NH3（g）

2NH3（g） K1 =

c2(NH3)c(N2)?c3(H2)

32 N2（g）+3H2（g） K 2=

c(N2)?c3(H2)c2(NH3)12（3）1/2N2（g）+3/2H2（g）NH3（g） K 3=

c(NH3)c(N2)?c(H2)

1K2同一温度下,K1、K 2、K 3的数值都固定但相互之间不相等,显然,K1 =二、考查化学平衡常数的意义

,K 3=

K1.

1．在一定条件下,某可逆反应的K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,它的正反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物转化率越大；反之,就越不完全,转化率就越小.

2．当K>10或K<10时,该反应就基本进行完全,一般当成非可逆反应；而K在10～10之间的反应被认为是典型的可逆反应.

3．K值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,但不能预示反应达到平衡所需要的时间.

三、考查化学平衡常数的影响因素

1．平衡常数K只受温度影响,既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关,也与压强的改变无关；由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率,故平衡常数不受催化剂影响.

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2．任何可逆反应,当温度保持不变,改变影响化学平衡的其它条件时,即使平衡发生移动,K值不变.

3．其它条件不变时,若正反应是吸热反应,由于升高（或降低）温度时平衡向正（或逆）反应方向移动,K增大（或减小）；若正反应是放热反应,由于升高（或降低）温度时平衡向逆（或正）反应方向移动,K减小（或增加）；所以温度升高时平衡常数可能增大,也可能减小,但不会不变.

四、考查化学平衡常数的简单计算

例1．已知在800K时,反应：CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）,若起始浓度c

（CO）=2mol/L,c（H2O）=3mol/L,反应达到平衡时,CO转化成CO2的转化率为60%. 若将H2O的起始浓度加大为6mol/L,试求CO转化为CO2的转化率.

解析：本题考查平衡常数表达式、有关计算及应用.

先由第一次平衡时CO的转化率可求平衡时各物质的浓度：c（CO）=0.8mol/L,c（H2O）

例2、 现有反应：CO（气） ＋ H2O（气）

CO2（气） ＋ H2（气）放热反应；在850℃时,K＝1.

（1）若升高温度到950℃时,达到平衡时K__ ___l （填“大于”、“小于”、或“等于”） （2）850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO,3.0molH2O,1.0molCO2和xmolH2,则：当x＝5.0时,上述反应向___________________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行. 若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是________ __________.

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