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第六章 化学平衡常数


第六章 化学平衡常数
本章总目标: 1:了解化学平衡的概念,理解平衡常数的意义; 2:掌握有关化学平衡的计算; 3:熟悉有关化学平衡移动原理。 各小节目标: 第一节:化学平衡状态 1:熟悉可逆反应达到平衡的特征——反应体系中各种物质的生成速率分别等 于其消耗的速率,各种物质的浓度将不再改变。 2:了解平衡常数、平衡转化率这两个概念的意义。 第二节:化学反应进行的方向 学会运用标准平衡常数判断化学反应的方向: Q ? K ? 时,反应向逆向进行。

Q ? K? 向正反应方向进行。 Q ? K ? 时体系达到平衡状态。
? 第三节;标准平衡常数 K ? 与 ? r Gm 的关系

? 1:掌握化学反应等温式( ?r Gm ? ?r Gm ? RT ln Q ),当体系处于平衡状态的时候

? Q ? K ? ? ?r Gm ? ?RT ln K? 。
? ? ? 2:重点掌握运用公式 ?r Gm ? ?r Hm ? T ?r Sm 进行热力学数据之间的计算。

第四节:化学平衡的移动 1:熟悉温度、浓度、压强对化学平衡的影响, 2:熟练地根据条件的改变判断平衡移动的方向。 。 习题 一 选择题 1.可逆反应达平衡后, 若反应速率常数 k 发生变化, 则标准平衡常数 ( 机化学例题与习题》吉大版) A.一定发生变化 B. 一定不变 C. 不一定变化 D. 与 k 无关 2.反应:2CO(g)+O2(g) 为( ) )《无 (

2CO2(g)在 300K 时的 Kc 与 Kp 的比值约

1

A.25

B.2500

C.2.2

D.0.04

3.反应的温度一定,则下列的陈述中正确的是( )(《无机化学例题与习题》 吉大版) A.平衡常数能准确代表反应进行的完全程度 B.转化率能准确代表反应进行的完全程度 C. 平衡常数和转化率都能准确代表反应进行的完全程度 D. 平衡常数和转化率都不能代表反应进行的完全程度 4.相同温度下:2H2(g)+S2(g) 2H2S(g) Kp1 2Br2(g)+2H2S(g) 4HBr+S2(g) Kp2 H2 (g) 2 +Br (g) 2HBr (g) Kp3 则 Kp2 等于 ( ) 2 A. Kp1? Kp3 B.(Kp3) / Kp1 C. 2Kp1? Kp3 D. Kp3/ Kp1 5.下列反应中,K?的值小于 Kp 值的是( )(《无机化学例题与习题》吉大 版) A. H2(g)+Cl2(g)== 2HCl(g) B. 2H2(g)+S(g)== 2H2S(g) C. CaCO3(s) == CaO(s)+CO2(g) D.C(s)+O2(g)== CO2(g) 6.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.4KJ?mol-1,473K 时,三种混合 , 气体达平衡。要使平衡向正方向移动,可采用方法( ) A.取出 1molH2 B.加入 NH3 以增加总压力 C.加入稀有气体以增加总压力 D.减小容器体积以增加总压力 7.298K 时,Kp?的数值大于 Kc 的反应是( ) A.H2(g)+S(g) H2S(g) B.H2(g)+S(s) H2S(g) C.H2(g)+S(s) H2S(l) D.Ag2CO3(s) Ag2O(s)+CO2(g) 8.已知 300K 和 101325Pa 时,下列反应:N2O4(g) 2NO2(g)达到平衡时 有 20﹪的 N2O4 分解成 NO2,则此反应在 300K 时的平衡常数 Kp 的数值为( ) A.0.27 B.0.05 C.0.20 D.0.17 9.在某温度下平衡 A+B == G+F 的 H<0, 升高温度平衡逆向移动的原因是 ( (《无机化学例题与习题》吉大版) A.v 正减小, v 逆增大 B.k 正减小, k 逆增大 C. v 正和 v 逆都减小, D. v 正增加的倍数小于 v 逆增加的倍数 10.已知下列前三个反应的 K 值,则第四个反应的 K 值为( (1)H2(g)+1/2O2(g) H2O(g) K1 (2)N2(g)+O2(g) (3)2NH3(g)+5/2O2(g) 2NO(g)+3H2O(l) K3 (4)N2(g)+3H2(g) 2NH3 K A.K1+K2-K3 B.K1?K2/K3 C.K1?K3/K2 ) 2NO(g) )

K2

D.K13?K2/K3

11.下面哪一种因素改变,能使任何反应平衡时产物的产量增加( ) A.升高温度 B.增加压力 C.加入催化剂 D.增加起始物
2

12.298K 时, 反应 H2O (l) 则标准平衡常数 K?为 ( A.100 C.3.13

H2O (g) 达平衡时, 体系的水蒸汽压为 3.13kPa, ) (《无机化学例题与习题》吉大版) B.3.13×10-2 D.1 )

13.298K 时,根据下列数据,判断哪个化合物分解放氧倾向最大( A. N2(g) + O2(g) == 2NO2(g) B. H2(g) + O2(g) == H2O(g) C. 2CO2(g) == 2CO(g) + O2(g) D. 2H2O2(l) == 2H2O(l) + O2(g) Kc=1×10― Kc=1×10 Kc=1×10 Kc=1×10
30

81

―92

37

14.某温度时,反应 H2(g) + Br2(g) == 2HBr(g)的 Kc=4×10 ,则反应 HBr(g) 1/2H2(g) + 1/2Br2(g) 的 Kc 为 ( ) A.
1 4 ? 10- 2

―2

B.

1 4 ? 10- 2

C.4×10―2

D. 2×10―2

15. 合 成 氨 反 应 : 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 在横压下进行时,若 向体系中因入氩气,则氨的产率( )(《无机化学例题与习题》吉大版) A.减小 B.增大 C.不变 D.无法判断 16.有下列平衡 A(g)+2B(g) 2C(g) ,假如在反应器中加入等物质的量 的 A 和 B,在达到平衡时,总是正确的是( ) A.[B]=[C] B.[A]=[B] C.[B]<[A] D.[A]<[B] 17. 在 Kp= Kc (RT) △n 中, 如果压力单位为 atm, 浓度单位为 mol?L-1, R 为 则 ( A.8.314J? mol-1?K-1 B.1.987cal? mol-1?K-1 C.82.06ml? atm ? mol-1?K-1 D.0.08206L? atm ? mol-1?K-1 )

18.可逆反应 2NO(g) N2(g)+O2(g), rHm0= -180KJ?mol-1.对此反应 的逆反应来说,下列说法正确的是( )(《无机化学例题与习题》吉大版) A.升高温度增大 B.升高温度变小 C.增大压强平衡移动 D.增大 N2 浓度,NO 解力度增加 19.有可逆反应 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 列说法正确的是( ) A.加入催化剂可以加快正反应速度 B.由于反应前后分子数相等,压力对平衡没有影响 C.加入催化剂可以增加生成物的浓度
3

rH=133.8 KJ?mol-1,下

D.加入催化剂可加快反应达到平衡的时间 20.在一定温度和压力下,一个反应体系达到平衡时的条件是( ) A.正、逆反应速度停止 B.正、逆反应速度相等 C.正反应速度减慢,逆反应速度加快 D.反应物全部转化成产物 二 填空题 1. 加 入 催 化 剂 可 以 改 变 反 应 速 率 , 而 化 学 平 衡 常 数 是 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 2.在等温(1000K)等压条件下,某反应的 Kp=1,则其 3.温度一定,转化率随反应物的起始浓度 的起始浓度而变 G?的值等于 ,原因

。 反应物

,平衡常数

4.在 25℃时,若两个反应的平衡常数之比为 10,则两个反应的 KJ?mol-1。(《无机化学例题与习题》吉大版) 5.请填写下面的空格: 化学反应条件 的改变
恒压.恒浓度下升 高温度 恒温.恒压.恒浓度 下加催化剂

rGm?相差

对 Ea.k.K 的影响 活化能 Ea 速率常数 k 平衡常数 K

6.在 5 升容器中装入等摩尔数的 PCl3 和 Cl2,在 523K 时达到平衡,若 PCl5 的分 压为 101.3kPa(1 大气压), 此时 PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)反应的 Kp=1.85, 问原来装入的 PCl3 为 摩尔,Cl2 为 摩尔。 7.已知环戊烷的气化过程 rH?m=28.7 KJ?mol-1, rS?m=88 J?mol-1?K-1.环戊烷的 正常沸点为 ℃,在 25℃下的饱和蒸汽压为 kPa。(《无机化学 例题与习题》吉大版) 8.在一密闭容器中,于 1000K 时进行反应 CO2(s) + H2(g) == CO(g) + H2O(g)平 衡时测知 PCO2 =63.1atm, PH 2 =21.1atm, PCO=63.1atm, 31.6atm, 在恒温、 恒容下, 如设法除去 CO2, CO2 减少为 63.0atm, 使 则反应重新平衡时 PCO2 = ,Kc= 。

9.在 100℃时, 反应 AB (g) A (g) (g) +B 的平衡常数 Kc=0.21 mol ?dm-3, 则标准常数 K?的值为 。(《无机化学例题与习题》吉大版)
4

10.某温度下,反应 PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)的平衡常数 K?=2.25。 把一定量的 PCl5 引入一真空瓶内, 达平衡后 PCl5 的分压为 2.533×10―4Pa, PCl3 则 的分压是 Pa,PCl5 的解离分数为 。 三.问答题(《无机化学习题》武大版) 1.怎样正确理解化学反应的平衡状态? 2.平衡常数能否代表转化率?如何正确认识两者之间的关系? 3.如何正确书写经验平衡常数和标准平衡常数的表达式? 4.什么是化学反应的反应商?如何应用反应商和平衡常数的关系判断反应进行 的方向并判断化学平衡的移动方向? 5. 如何表述化学反应等温式?化学反应的标准平衡常数与其△rG ? 之间的关系 m 怎样?(《无机化学例题与习题》吉大版)

四.计算题 1. 可逆反应 H2O + CO H2 + CO2 在密闭容器中, 建立平衡, 749K 时 在

该反应的平衡常数 Kc=2.6。(《无机化学例题与习题》吉大版) (1) 求 n(H2O)/n(CO) (物质的量比)为 1 时,CO 的平衡转化率; (2) 求 n(H2O)/n(CO) (物质的量比)为 3 时,CO 的平衡转化率; (3) 从计算结果说明浓度对平衡移动的影响。 2. 反应 SO2Cl2(g) SO2(g)+ Cl2(g)在 375K 时,平衡常数 K ? =2.4,

以 7.6 克 SO2Cl2 和 1.013×105Pa 的 Cl2 作用于 1.0 dm—3 的烧瓶中, 试计算平衡时 SO2Cl2、SO2 和 Cl2 的分压。(《无机化学例题与习题》吉大版)

3.已知下列热力学数据: NO(g) NO2(g) O2(g) -1 90.4 33.9 0 fH?m(KJ?mol ) -1 -1 S?m(KJ?mol ?K ) 0.210 0.240 0.205 问: 1)298K,标准压力时,2 NO(g)+O2(g)=2 NO2(g)能否自发进行? ( (2)1000K 时该反应的 Kp? 4. HI 分解反应为 2HI H2 + I2,开始时有 1molHI,平衡时有 24.4%的 HI

5

发生了分解, 今欲将分解百分数降低到 10%, 试计算应往此平衡系统中加若干摩 I2。(《无机化学例题与习题》吉大版) 5.5L 的容器中装入等物质的量的 PCl3 和 Cl2。在 523K 时达到平衡,如 PCl3 分压 为 1×10-5 Pa,此时 PCl5 +PCl3 Cl2 反应的 Kp=1.81×105 Pa。问原来装入 的 PCl3 和 Cl2 为多少摩尔? 6. 在 900K 和 1.013×105Pa 时 SO3 部分离解为 SO2 和 O2 1 SO3(g) SO2(g)+ O2(g) 2 若平衡混合物的密度为 0.925g·dm—3,求 SO3 的离解度。(《无机化学例题 与习题》吉大版) 7.1000K 时, (g) O(g) 2SO2 + 2 2SO(g)Kp' , =3.50, 则反应 SO(g) 3 3 (g)+ 1/2O2(g)的 Kp 和 Kc 各是多少? SO2

8.已知反应 CaCO3(s) CaO(s)+ 2CO2(g)在 973K 时,Kp?=3.00×10-2; 在 1000K 时,Kp?=1.00。问: (1)上述反应是吸热还是放热反应? (2)上述反应的 rHm?是多少? 9. 在 308K 和总压 1.013×105Pa,N2O4 有 27.2%分解为 NO2。 (1)计算 N2O4(g) 2 NO2(g)反应的 K ? ;

(2)计算 308K 时总压为 2.026×105Pa 时,N2O4 的离解百分率; (3)从计算结果说明压强对平衡移动的影响。(《无机化学例题与习题》吉大 版) 10. PCl5(g)在 523K 达分解平衡: PCl5 PCl3(g)+ Cl2(g)

平衡浓度:[PCl5]=1 mol·dm ? 3 ,[ PCl3]=[ Cl2]=0.204 mol·dm ? 3 。 若温度不变而压强减小一半,在新的平衡体系中各物质的浓度为多少?(《无 机化学例题与习题》吉大版)

参考答案 一 选择题 1. C 2. A 11.D 12.B 二 填空题 1.不变, 2. 0

3.A 4.B 13.D 14.B

5. C 6.D 15. A 16.C

7.D 17.D

8.D 18.A

9. D 19.D

10.D 20.B

,至于始终态有关. rH?m=Ea(正)-Ea(逆) 3.而变,不随 4.5.7
6

5. 化学反应条件 的改变
恒压.恒浓度下升 高温度 恒温.恒压.恒浓度 下加催化剂

对 Ea.k.K 的影响 活化能 Ea 基本不变 降低 速率常数 k 增加 增加 平衡常数 K 改变 不变

6. 解:

PCl3 和 Cl2 的摩尔数分别为 PCl3 + Cl2 PCl5 起始物质的量: amol a 0 变化量: x x x 平衡时: a-x a-x x
x ? 8.314J ? K ?1 ? m ol?1 ? 523K 1.013? 105 Pa ∴ ?3 3 5 ?10 m

∴x = 0.116
' ∴Kp ?

1 1 x 1 ? ? 0.5405? ? 2 K p 1.85 (a ? x) RT

∴a = 0.123mol 7. 53.1 37.3 84.2 ? 31.6 8.解:KC=Kp= 63.1 ? 21.1 CO2(s) + H2(g) == 63.1 22.1 x 43.3 10.4 ? 63 ?2 ∴ 43.3 x ∴x = 7.58atm 9. 6.43 三.问答题 1. 答:

?2

CO(g) + H2O(g) 84.2 31.6 63 10.4

10. 7.60×10 ,75%

4

2. 答:

7

3.答:

4.答: △rG m =△rG ? +RTlnQ m △rG ? =—RTln K ? m 当 Q〈 K ? 时 △rG m 〈 0 当 Q = K ? 时 △rG m = 0 当 Q 〉K ? 时 △rG m 〉0 5.答:△rG m =△rG ? +RTlnQ m △rG m =0, △rG ? = —RTlnk m 正反应自发进行 反应达到平衡,以可逆方式进行 逆反应自发进行

四 计算题
8

1.解: (1)H2O + CO
a-x b-x x

H2 + CO2 x

x2=2.6(a-x)2

?

x =0.617 a

所以 CO 的平衡转化率是 61.7%。 (2)H2O + CO n n-x 3n 3n-x H2 0 x + CO2 0 x

x2 =2.6 (n ? x)(3n ? x)

?

x =0.865 n

所以 CO 的平衡转化率是 86.5%。

2.解:K ? =K p (P ? ) ? △ n P so 2cL2 ×1= 得出
7.6 RT 135

P so 2cL2 =6.8×104Pa

P SO2 =8.8×104Pa P Cl2 =1.90×105Pa

3.解: (1)

rH?=2×33.9-2×90.4=-113.0(KJ?mol-1) rS?=2×240.0-2×210.0-205.0=-145.0(J?mol-1?K-1) ∴ rG?= rH?-T rS?=-113.0-298×(-145.0)×10-3 =-69.8(KJ?mol-1)<0 ∴反应能自发进行。 (2)1000K 时, rGm?= rHm?-T rSm? =-113.0+145.0×10-3×1000=32.0(KJ?mol-1) ∴ lgKp?=- rGm?/2.303RT =-1.67 ∴Kp?=0.021 2HI 1 0.244 H2 + 0 0.122 I2

4.解: 起始 转化

0 0.122 《无机化学例题与习题》 吉大版) ? x=0.37mol(

0.1222 (0.05 ? x)0.05 = 0.92 0.7562

5.解:PCl5 +PCl3 Cl2,已知 Kp=1.81×105 Pa,PPCl3=PCl2 Kp= PPCl3PCl2 / PPCl5=(PPCl3 )2/1×105=1.81×105 ∴PPCl3=PCl2=(1.81×105×105)1/2=1.35×105 (Pa) PV=nRT,

nPCl5= PPCl5?V/RT= 1×105×5/8314×523=0.115(mol)
9

n PCl3= PPCl3?V/RT= 1.35×105×5/8314×523=0.155(mol)
原装入摩尔数为:0.155+0.115=0.27(mol) 6.解:PV=nRT P
m

?

=nRT

PM= ? RT

M=

?RT 0.925? 103 ? 8.314? 900 = =68.33 P 1.013? 105
SO2(g)+ 0 x
1 O2(g) 2 0 1 x 2

SO3(g) x a-x

80(a ? x) ? 64x ? 32 ? a?x?x?
x = 0.34 a

1 x 2

1 x 2 = 68.33

所以 SO3 的离解度是 34%。

7.解:对反应 SO3(g) SO2(g)+ 1/2O2(g) 2 2 1/2 1/2 Kp= PSO2 PO2 ) / PSO3= 1/[ PSO3) / PSO2) PO2]1/2=1/ Kp' 1/2=1/ 3.5) =0.535 ( ( ( ( ) ( 根据 Kp= Kc(RT) n 得 Kc= Kp(RT)- n ∴Kc=0.535×(RT)-1/2 当 R=0.082 时,Kc=0.059 -3 当 R=8.314 时,Kc=5.87×10 当 R=8314 时,Kc=1.855×10-4
△ △

8.解: (1)吸热反应; (2)由 lg1/3×10-2= rH?×(1173-973)/2.303×8.31×10-3×1173×973 得 rH?=166(KJ?mol-1) 9.解: (1) N2O4(g) 0.272 K? =
0.5442 =0.32 1 ? 0.272

2 NO2(g) 0.544

P n = 同理得出 N2O4 的离解百分率是 19.6%。 V RT (3) 增大压强,平衡向体积减小的方向移动; 减小压强,平衡向体积增大的方向移动。

(2) PV=nRT

10.解: K ? =

0.2042 =0.041616 1

10

PCl5 1-x 0.2042=

PCl3(g)+ Cl2(g) 0.204+x
(0.204 ? x) 2 =0.041616 1? x

0.204+x

得出 x=0.135mol·dm ? 3

11


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