2017年電氣工程師《普通化學》知識點：化學平衡

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2017年電氣工程師《普通化學》知識點：化學平衡

　　化學平衡常數與化學平衡及其影響因素的關系是高考命題的趨勢之一。化學平衡常數的引入，對判斷化學平衡移動方向帶來了科學的依據。平衡常數是表征反應限度的一個確定的定量關系，是反應限度的最根本的表現。平衡常數的使用，從定量的角度解決了平衡的移動。

　　一、化學平衡常數

　　在一定溫度下，可逆反應無論從正反應開始還是從逆反應開始，無論反應混合物的起始濃度是多少，當反應達到平衡狀態時，正反應速率等于逆反應速率，反應混合物中各組成成分的含量保持不變，即各物質的濃度保持不變。生成物濃度的冪次方乘積與反應物濃度的冪次方乘積之比是常數，這個常數叫化學平衡常數，用K表示。

　　化學平衡常數的計算公式為：

　　對于可逆反應：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

　　二、化學平衡常數意義

　　1、化學平衡常數K表示可逆反應進行的程度。

　　(1)化學平衡常數K只針對達到平衡狀態的可逆反應適用，非平衡狀態不適用。

　　(2)化學平衡常數K的表達式與可逆反應的方程式書寫形式有關。對于同一可逆反應，正反應的平衡常數等于逆反應的平衡常數的倒數，即：K正=1/K逆。

　　(3)K值越大，表示反應進行的程度越大，反應物轉化率或產率也越大。

　　(4)K值不隨濃度或壓強的改變而改變，但隨著溫度的改變而改變。

　　(5)一般情況下，對于正反應是吸熱反應的可逆反應，升高溫度，K值增大;而對于正反應為放熱反應的可逆反應，升高溫度，K值減少。

　　2、由于固體濃度為一常數，所以在平衡常數表達式中不再寫出。

　　3、由于水的物質的量濃度為一常數(55.6 mol·L-1)，因平衡常數已歸并，書寫時不必寫出。

　　三、平衡常數與平衡移動的關系

　　1、平衡常數是反應進行程度的標志

　　一般認為K>105反應較完全，K<105反應很難進行。平衡常數的數值大小可以判斷反應進行的程度，估計反應的可能性。因為平衡狀態是反應進行的最大限度。如：

　　N2(g)+O2(g)2NO(g)K=1×10-30(298K)

　　這意味著298K時，N2和O2基本上沒有進行反應，反之NO分解的逆反應在該溫度下將幾乎完全進行，平衡時NO實際上全部分解為N2和O2。

　　另外還有兩點必須指出：

　　(1)平衡常數數值的大小，只能大致告訴我們一個可逆反應的正向反應所進行的最大程度，并不能預示反應達到平衡所需要的時間。如：

　　2SO2(g)+O2===2SO3(g)298K時k很大，但由于速度太慢，常溫時，幾乎不發生反應。

　　(2)平衡常數數值極小的反應，說明正反應在該條件下不可能進行，如:N2+O22NO

　　K=10-30(298K)所以常溫下用此反應固定氮氣是不可能的。

　　2、平衡常數表達式表明在一定溫度條件下達成平衡的條件。

　　一個化學反應是否達到平衡狀態，它的標志就是各物質的濃度將不隨時間改變，而且產物濃度系數次方的乘積與反應物濃度系數次方的乘積之比是一個常數。如:

　　對任意一個可逆反應：mA+nBpC+qD,其平衡濃度的比值,總是符合下列關系

　　(是一個定值，稱為化學平衡常數。)

　　若用Qc表示任意狀態下，可逆反應中產物的濃度以其化學計量系數為指數的乘積與反應物的濃度以其化學計量系數為指數的乘積之比，則這個比值稱為濃度商。將濃度商和平衡常數作比較可得可逆反應所處的狀態。

　　即Qc=Kc體系處于化學平衡

　　Qc>Kc反應逆向進行

　　可見只要知道一定溫度下，某一反應的平衡常數，并且知道反應物及產物的濃度，就能判斷該反應是平衡狀態還是向某一方向進行。

　　【考點再現】

　　一、考查化學平衡常數表達式的書寫

　　在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，體系內所有反應物和生成物的濃度保持不變，所以生成物濃度冪(以其化學計量數為冪)之積與反應物濃度冪之積的比值就是一個常數，叫做該反應的化學平衡常數，簡稱平衡常數，用符號K表示。

　　1.由于固體或純液體的濃度是一常數，如果有固體或純液體參加或生成，則表達式中不能出現固體或純液體;稀溶液中進行的反應，如有水參加反應，由于水的濃度是常數而不必出現在表達式中;非水溶液中進行的反應，若有水參加或生成，則應出現在表達式中。例如：

　　2.表達式與化學計量數一一對應，方程式中化學計量數不同，表達式就不同;可逆反應中，正反應的表達式與逆反應的表達式互為倒數。例如：

　　二、考查化學平衡常數的意義

　　1.在一定條件下，某可逆反應的K值越大，說明平衡體系中生成物所占的比例越大，它的正反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反應物轉化率越大;反之，就越不完全，轉化率就越小。

　　2.當K>105或K<10-5時，該反應就基本進行完全，一般當成非可逆反應;而K在10-5～105之間的反應被認為是典型的可逆反應。

　　3.K值大小只能預示某可逆反應向某方向進行的最大限度，但不能預示反應達到平衡所需要的時間。

　　三、考查化學平衡常數的影響因素

　　1.平衡常數K只受溫度影響，既與任何一種反應物或生成物的濃度變化無關，也與壓強的改變無關;由于催化劑同等程度地改變正逆反應速率，故平衡常數不受催化劑影響。

　　2.任何可逆反應，當溫度保持不變，改變影響化學平衡的其它條件時，即使平衡發生移動，K值不變。

　　3.其它條件不變時，若正反應是吸熱反應，由于升高(或降低)溫度時平衡向正(或逆)反應方向移動，K增大(或減小);若正反應是放熱反應，由于升高(或降低)溫度時平衡向逆(或正)反應方向移動，K減小(或增加);所以溫度升高時平衡常數可能增大，也可能減小，但不會不變。

　　四、考查化學平衡常數的簡單計算

　　例1.已知在800K時，反應：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，若起始濃度c(CO)=2mol/L，c(H2O)=3mol/L，反應達到平衡時，CO轉化成CO2的轉化率為60%。若將H2O的起始濃度加大為6mol/L，試求CO轉化為CO2的轉化率。

　　解析：本題考查平衡常數表達式、有關計算及應用。

　　先由第一次平衡時CO的轉化率可求平衡時各物質的濃度：c(CO)=0.8mol/L，c(H2O)

　　例2、現有反應：CO(氣)+H2O(氣)CO2(氣)+H2(氣)放熱反應;在850℃時，K=1。

　　(1)若升高溫度到950℃時，達到平衡時K__ ___l(填“大于”、“小于”、或“等于”)

　　(2)850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，則：當x=5.0時，上述反應向___________________(填“正反應”或“逆反應”)方向進行。若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是________ __________。

　　解析：化學平衡常數不隨濃度或壓強的改變而改變，只隨溫度的改變而改變。

　　(1)對于CO(氣)+H2O(氣)CO2(氣)+H2(氣)，正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，生成物的濃度減小，反應物的濃度增大，根據平衡常數的計算公式可知，K變小，即小于1。

　　(2)　　在一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，當x=5.0時，則有：K=5×1/3×1>1，此時生成的濃度偏大，而在同一溫度下平衡常數保持不變，則必然隨著反應的進行，生成物的濃度降低，平衡逆向移動。

　　若要使平衡正向移動，則有：K=x×1/3×1<1，即x<3時，可使平衡正向移動。

　　測得吸入肺部的空氣中CO和O2的濃度分別為10-6mol·L-1和10-2mol·L-1，并已知37℃時上述反應的平衡常數K=220，那么，此時Hb·CO的濃度是Hb·O2的濃度的多少倍?

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