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2017年電氣工程師《普通化學》知識點：化學平衡
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化學平衡常數(shù)與化學平衡及其影響因素的關(guān)系是高考命題的趨勢之一�；瘜W平衡常數(shù)的引入，對判斷化學平衡移動方向帶來了科學的依據(jù)。平衡常數(shù)是表征反應(yīng)限度的一個確定的定量關(guān)系，是反應(yīng)限度的最根本的表現(xiàn)。平衡常數(shù)的使用，從定量的角度解決了平衡的移動。
一、化學平衡常數(shù)
在一定溫度下，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始還是從逆反應(yīng)開始，無論反應(yīng)混合物的起始濃度是多少，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)混合物中各組成成分的含量保持不變，即各物質(zhì)的濃度保持不變。生成物濃度的冪次方乘積與反應(yīng)物濃度的冪次方乘積之比是常數(shù)，這個常數(shù)叫化學平衡常數(shù)，用K表示。
化學平衡常數(shù)的計算公式為：
對于可逆反應(yīng)：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
二、化學平衡常數(shù)意義
1、化學平衡常數(shù)K表示可逆反應(yīng)進行的程度。
(1)化學平衡常數(shù)K只針對達到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)適用，非平衡狀態(tài)不適用。
(2)化學平衡常數(shù)K的表達式與可逆反應(yīng)的方程式書寫形式有關(guān)。對于同一可逆反應(yīng)，正反應(yīng)的平衡常數(shù)等于逆反應(yīng)的平衡常數(shù)的倒數(shù)，即：K正=1/K逆。
(3)K值越大，表示反應(yīng)進行的程度越大，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)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(yīng)是吸熱反應(yīng)的可逆反應(yīng)，升高溫度，K值增大;而對于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)的可逆反應(yīng)，升高溫度，K值減少。
2、由于固體濃度為一常數(shù)，所以在平衡常數(shù)表達式中不再寫出。
3、由于水的物質(zhì)的量濃度為一常數(shù)(55.6 mol·L-1)，因平衡常數(shù)已歸并，書寫時不必寫出。
三、平衡常數(shù)與平衡移動的關(guān)系
1、平衡常數(shù)是反應(yīng)進行程度的標志
一般認為K>105反應(yīng)較完全，K<105反應(yīng)很難進行。平衡常數(shù)的數(shù)值大小可以判斷反應(yīng)進行的程度，估計反應(yīng)的可能性。因為平衡狀態(tài)是反應(yīng)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(yīng)，反之NO分解的逆反應(yīng)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(shù)數(shù)值的大小，只能大致告訴我們一個可逆反應(yīng)的正向反應(yīng)所進行的最大程度，并不能預示反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)。
(2)平衡常數(shù)數(shù)值極小的反應(yīng)，說明正反應(yīng)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(yīng)固定氮氣是不可能的。
2、平衡常數(shù)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(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，它的標志就是各物質(zhì)的濃度將不隨時間改變，而且產(chǎn)物濃度系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積之比是一個常數(shù)。如:
對任意一個可逆反應(yīng)：mA+nBpC+qD,其平衡濃度的比值,總是符合下列關(guān)系
(是一個定值，稱為化學平衡常數(shù)。)
若用Qc表示任意狀態(tài)下，可逆反應(yīng)中產(chǎn)物的濃度以其化學計量系數(shù)為指數(shù)的乘積與反應(yīng)物的濃度以其化學計量系數(shù)為指數(shù)的乘積之比，則這個比值稱為濃度商。將濃度商和平衡常數(shù)作比較可得可逆反應(yīng)所處的狀態(tài)。
即Qc=Kc體系處于化學平衡
Qc
Qc>Kc反應(yīng)逆向進行
可見只要知道一定溫度下，某一反應(yīng)的平衡常數(shù)，并且知道反應(yīng)物及產(chǎn)物的濃度，就能判斷該反應(yīng)是平衡狀態(tài)還是向某一方向進行。
【考點再現(xiàn)】
一、考查化學平衡常數(shù)表達式的書寫
在一定溫度下，當一個可逆反應(yīng)達到化學平衡時，體系內(nèi)所有反應(yīng)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(shù)為冪)之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值就是一個常數(shù)，叫做該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)，用符號K表示。
1.由于固體或純液體的濃度是一常數(shù)，如果有固體或純液體參加或生成，則表達式中不能出現(xiàn)固體或純液體;稀溶液中進行的反應(yīng)，如有水參加反應(yīng)，由于水的濃度是常數(shù)而不必出現(xiàn)在表達式中;非水溶液中進行的反應(yīng)，若有水參加或生成，則應(yīng)出現(xiàn)在表達式中。例如：
2.表達式與化學計量數(shù)一一對應(yīng)，方程式中化學計量數(shù)不同，表達式就不同;可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)的表達式與逆反應(yīng)的表達式互為倒數(shù)。例如：
二、考查化學平衡常數(shù)的意義
1.在一定條件下，某可逆反應(yīng)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(yīng)進行的程度越大，即該反應(yīng)進行得越完全，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大;反之，就越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。
2.當K>105或K<10-5時，該反應(yīng)就基本進行完全，一般當成非可逆反應(yīng);而K在10-5～105之間的反應(yīng)被認為是典型的可逆反應(yīng)。
3.K值大小只能預示某可逆反應(yīng)向某方向進行的最大限度，但不能預示反應(yīng)達到平衡所需要的時間。
三、考查化學平衡常數(shù)的影響因素
1.平衡常數(shù)K只受溫度影響，既與任何一種反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)，也與壓強的改變無關(guān);由于催化劑同等程度地改變正逆反應(yīng)速率，故平衡常數(shù)不受催化劑影響。
2.任何可逆反應(yīng)，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(fā)生移動，K值不變。
3.其它條件不變時，若正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，由于升高(或降低)溫度時平衡向正(或逆)反應(yīng)方向移動，K增大(或減小);若正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，由于升高(或降低)溫度時平衡向逆(或正)反應(yīng)方向移動，K減小(或增加);所以溫度升高時平衡常數(shù)可能增大，也可能減小，但不會不變。
四、考查化學平衡常數(shù)的簡單計算
例1.已知在800K時，反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，若起始濃度c(CO)=2mol/L，c(H2O)=3mol/L，反應(yīng)達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化成CO2的轉(zhuǎn)化率為60%。若將H2O的起始濃度加大為6mol/L，試求CO轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化率。
解析：本題考查平衡常數(shù)表達式、有關(guān)計算及應(yīng)用。
先由第一次平衡時CO的轉(zhuǎn)化率可求平衡時各物質(zhì)的濃度：c(CO)=0.8mol/L，c(H2O)
例2、現(xiàn)有反應(yīng)：CO(氣)+H2O(氣)CO2(氣)+H2(氣)放熱反應(yīng);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(yīng)向___________________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向進行。若要使上述反應(yīng)開始時向正反應(yīng)方向進行，則x應(yīng)滿足的條件是________ __________。
解析：化學平衡常數(shù)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(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，生成物的濃度減小，反應(yīng)物的濃度增大，根據(jù)平衡常數(shù)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(shù)保持不變，則必然隨著反應(yīng)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(yīng)的平衡常數(shù)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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