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,称为化学平衡常数,用符号K表示。
2.表达式
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),K=。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。例如:
(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式K=。
(2)Fe3+(aq)+3H2O(l)Fe(OH)3(s)+3H+(aq)的平衡常数表达式K=。
在利用多个方程式求算K时,要注意K与焓变(ΔH)的区别:方程式相加减,焓变相加减,平衡常数相乘除;方程式乘以某个系数x,焓变也需乘以该系数,平衡常数变为原来的x次方。
例如:写出下列反应的平衡常数的表达式,并归纳K1、K2与K3,K4、K5与K6之间的关系。
①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1 ΔH1
②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K2 ΔH2
③C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) K3 ΔH3
④N2(g)+3H2(g)2NH3(g) K4 ΔH4
⑤2NH3(g)N2(g)+3H2(g) K5 ΔH5)
⑥NH3(g)N2(g)+ H2(g) K6 ΔH6
分析:反应①②③的平衡常数表达式分别为K1=、K2=、K3=;反应③=反应①+反应②,则K3=K1·K2(注意:焓变ΔH3=ΔH1+ΔH2)。反应④⑤⑥的平衡常数表达式分别为K4=、,则K5与K4、K6之间的关系为K5==K(注意:焓变ΔH5=-ΔH4=2ΔH6)。
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(当K>105时,该反应进行基本完全)。
(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数指的是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。
一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:
K值
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正反应进行的程度
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平衡时生成物浓度
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平衡时反应物浓度
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反应物转化率
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越大
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越大
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越大
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越小
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越高
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越小
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越小
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越小
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越大
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越低
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(2)判断反应是否达到平衡或平衡移动的方向。
对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商:Qc=。
Qc<K,反应向正反应方向进行;
Qc=K,反应处于平衡状态;
Qc>K,反应向逆反应方向进行。
(3)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。
(4)计算平衡体系中的相关量。