第二章第三节 化学平衡(3)

第二章第三节化学平衡（第3课时）

蒋西文

〖教学目标设定〗

1． 了解化学平衡常数的涵义。

2．能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 3．培养学生探索化学反应变化规律的兴趣。 〖教学重点难点〗

化学平衡常数的表示方法和应用 〖教学方法建议〗 讨论，讲授法

〖教学过程设计〗

下面我们以H2和I2的反应为例，研究化学平衡的性质。 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 在457.6℃时，反应体系中各物质浓度的有关数据如下： 起始时各物质的浓度 （mol·L—1） H2 I2 HI 平衡时各物质的浓度 （mol·L—1） H2 5.617×0 10—3 3.841×0 10—3 4.580×0 10—3 1.520×1.696×10—2 10—3 1.287×1.433×10—2 10—3 3.777×4.213×10—2 10—3 I2 HI 平衡常数 c2(HI)c(H2)?c(I2)

1.197×10—2 6.944×10—3 1.228×10—2 9.964×10—3 1.201×102 8.403×103 ——5.936×10—4 1.270×10—2 48.38 1.524×10—4 1.687×10—2 48.61 ——9.733×104 1.486×102 49.54 0 0 0 0 0 0 1.696×10—4 1.181×10—2 48.48 1.433×10—4 1.000×10—2 48.71 4.231×10—4 2.934×10—2 48.81 48.74 化学平衡常数平均值 分析上表的数据，可么得出以下结论：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），用符号K表示。例如，

c2(HI)c(H2)?c(I2)=K

进一步研究发现，对于一般的可逆反应， mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 当在一定温度下达到平衡时，可以得出

cp(C)?cq(D)cm(A)?cn(B)?K

例如，在25℃时，H2+Cl2 2HCl，K=5.3×1016；H2+Br2 2HBr，K=2.2×109。K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正向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

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全，转化率就越小。一般地说，K>105时，该反应进行得就基本完全了。K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

【例1】在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(H2)=0.008 0 mol/L。 （1）求该反应的平衡常数。

（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。 【解】（1）依题意可知，平衡时c(H2)=0.008 0 mol/L，消耗c(H2)=0.002 0 mol/L，生成

c(HI)=0.004 0 mol/L H2 + I2 2HI

起始时各物质浓度/mol·L—1 0.010 0.010 0

—1

平衡时各物质浓度/ mol·L 0.008 0 0.008 0 0.004 0

c(HI)2(0.0040)2K???0.25 2c(H2)?c(I2)(0.0080)答：平衡常数为0.25。

（2）依题意可知，c(H2)=0.020 mol/L， c(I2)=0.020 mol/L

设H2的消耗浓度为x。则： H2 + I2 2HI

—1

平衡时各物质浓度/ mol·L 0.020－x 0.020－x 2x

因为

c(HI)2(2x)2??0.25 K不随浓度发生变化，K?c(H2)?c(I2)(0.020?x)2解得x=0.004 0 mol/L

平衡时c(H2)= c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L

答：c(H2)= c(I2)=0.016 mol/L，c(HI)=0.008 0 mol/L。

【例2】在密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到800℃，达到下列平衡：

CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.0 求CO转化为CO2的转化率。

【解】设x为达到平衡时CO转化为CO2的物质的量，V为容器容积。 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

起始浓度 平衡浓度

2.010 VV2.0?x10?x

VVx20 Vx V0 Vx V

2c(CO)?c(H2)VK???1.0

c(CO)?c(H2O)2.0?x10?x?Vvx2?(2.0?x)(10?x) x2?20?12x?x2x?20?1.6612

CO转化为CO2的转化率为：

1.66?100%?83% 2.02

答：CO转化为CO2的转化率为83%。 〖教学习题补充〗

1．2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生下述反应：

PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)

达到平衡时，PCl5为0.40 mol，如果此时移走1.0mol PCl3和0.50 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是 （ ）

A．0.40 mol B．0.20 mol C．小于0.20mol D．大于0.20mol，小于0.40mol

2．已知一氧化碳与水蒸气的反应为：CO(g)+H2(g) CO2(g)+H2(g)

在427℃时的平衡常数是9.4。如果反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L，计算一氧化碳此反应条件下的转化率。

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