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化学平衡及平衡常数

发布时间:2015-04-17 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1187

1.化学平衡

在同一条件下,一个反应既能按反应方程式从左向右进行(习惯上称为正反应),又可以按反应方程式从右向左进行(习惯上称为逆反应),这样的反应称为可逆反应。通常化学反应都具有一定的可逆性,只是可逆的程度有所不同。例如CO与H2O生成CO2与H2的反应,可逆程度十分显著。在CO与H2O反应生成CO2与H2的同时,也进行着CO2与H2作用生成CO与H2O的反应过程。

CO+H2O↔CO2+H2

有些反应的可逆性很小,例如在溶液中

Ag+(aq)+Cl-(aq)↔AgCl(s)

又如,氯酸钾以二氧化锰作催化剂,受热分解放出氧气的反应:

           MnO2
2KCIO2←————→2KCl+3O↑
                    △ 

可逆反应中,反应物浓度越大,正反应速率越快;同理,生成物浓度越大,逆反应速率越快。一个可逆的化学反应不可能无休止地进行着单向反应,反应物不可能完全转化为生成物。在恒温条件下,定量的反应物在密闭容器内进行的可逆反应,随着反应物不断消耗、生成物不断增加,正反应速率将不断减小,而逆反应速率将不断增大。直至某时刻,可逆反应进行到一定程度,正逆反应速率相等时,体系所处的状态,称为化学平衡。化学平衡是一个动态平衡,是有条件的相对的平衡。当外界条件不变时,反应宏观停止。化学平衡可以从正逆反应的两个方向建立。在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后均能达到化学平衡状态。

2.平衡常数

平衡常数是衡量平衡状态的数量标志。

(1)浓度平衡常数一实验侧定HI分解反应:

2HI(g)↔H2(g)+I2(g)

发现,不论以碘和氢气为起始物质进行反应,还是以碘化氢为起始物质进行反应,也不论它们的起始浓度如何,达到平衡时,只要温度一定,碘和氢浓度的乘积与碘化氢浓度平方之比是一个常数,称为浓度平衡常数,可表示为:

Kc=c(H2)c(I2)/c2(HI)

对任何一个可逆反应

mA十nB↔pC+qD

在一定温度下达到平衡状态时,反应物和产物的平衡浓度之间保持如下关系:

Kc=cp(C)cq(D)/cm(A)cn(B)(2-1)

上式中:c(A),c(B),c(C),c(D)分别表示各相应物质在平衡状态时的浓度,即各物质的平衡浓度。K:是以平衡浓度表示的平衡常数,叫做该温度下反应的浓度平衡常数,简称平衡常数。上式称为平衡常数的数学表达式,它可叙述为:在一定温度下,可逆反应达到平衡时,产物浓度(以化学式的计量数为指数)的乘积与反应物浓度(以化学式的计量数为指数)的乘积之比值为一常数。平衡常数是某一可逆反应的特性常数,与反应温度有关,与浓度无关。同一反应在不同温度下,其平衡常数不同。根据平衡常数的大小可以估计反应的完成程度。平衡常数越大,表示正反应进行得越完全。平衡状态下,化学反应的限度最大。因此,利用平衡常数还可以判断反应的限度、估计反应的平衡转化率。某一反应的平衡转化率是指可逆反应达平衡后,指定反应物转化为生成物的量占反应前该反应物总量的百分数。转化率越大,表示正反应进行程度越大。转化率与平衡常数有所不同,转化率与反应体系的初始状态有关,而且必须指明是反应物中的哪种物质的转化率。

(2)应用化学平衡常数表达式时应注意的几个问题

①同一可逆反应,方程式书写的方式不同,其平衡常数不同,但有一定的关系。

如:300K时,若方程式写成:

2SO2+O2↔2SO3

Kc1=c2(SO3)/c2(SO2)c(O2)

而写成:SO2+1/2O2↔SO3

显然:Kc1=K2c2

②书写平衡常数表达式时,对有纯固体或纯液体参加的反应,它们的浓度不表示在平衡常数表达式内,化学平衡常数表达式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。例如:

CaCO3(s)↔CaO(s)+CO2(g)

Kc=c(CO2)

③在稀溶液中进行的反应,如反应有水参加,因稀溶液中水的浓度基本不变,故不必写在平衡常数表达式中,如:

Cr2O72-+H2O↔2CrO42-+2H+

Kc=c2(CrO42-)c2(H+)/c(Cr2O72-)

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