最后更新: 2025-10-28 17:04 查看: 60 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

化学平衡常数与化学反应限度

有些化学反应不能进行到底，如合成氨反应在密闭体系中进行到一定的程度，正、逆反应速率相等时，达到化学平衡状态。此时，究竟有多少反应物转化为生成物？能否提高转化的程度？这对工农业生产和科学研究具有重要的指导作用。本节我们将从定量的角度进一步认识化学平衡状态
##  化学平衡常数
化学平衡状态是一定条件下可逆反应可进行的最大限度。在生产和科学实验中，人们常常需要知道，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物，反应物和生成物之间又有怎样的定量关系。下面以可逆反应：
$H2 (g) + I2 (g) = 2HI(g)$

为例，来了解平衡状态时各物质平衡浓度之间的定量关系。分别在五个1 L密闭容器里通入不同物质的量的H2、I2 和 HI。将五个密闭容器都加热到457.6℃，经过足够的时间使它们的反应都达到平衡状态，并测得各物质的平衡浓度，数据如表2.1所示

![图片](/uploads/2025-10/8320b8.jpg)
 
 表 2.1 的结果表明，达到平衡时，$\frac{[\mathrm{HI}]^2}{\left[\mathrm{H}_2\right]\left[\mathrm{I}_2\right]}$ 的数值接近一个常数。

在一定温度下，可逆反应无论从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，也无论反应开始时反应物和生成物的浓度大小，当达到平衡时，生成物浓度幂 ${ }^{(1)}$ 的乘积除以反应物浓度幂的乘积的比值是个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号 $K$ 表示。化学平衡常数是定量描述化学反应限度的物理量。

对于一般的可逆反应：$a \mathrm{~A}+b \mathrm{~B} \rightleftharpoons c \mathrm{C}+d \mathrm{D}$ ，一定温度下的平衡常数可表示为：

$$
K=\frac{[\mathrm{C}]^c[\mathrm{D}]^d}{[\mathrm{~A}]^a[\mathrm{~B}]^b}
$$

平衡常数的表达式必须与化学方程式相对应。在稀溶液中进行的反应，如果反应中有水参加，水的浓度不必写在平衡常数的表达式中，因为水的浓度被视为常数。当有固体和纯液体参与反应时，固体和纯液体的浓度也不写人平衡常数的表达式中。

写出下列反应的平衡常数表达式。
（1） $\mathrm{CO}(\mathrm{g})+2 \mathrm{H}_2(\mathrm{~g}) \stackrel{225^{\circ} \mathrm{C}}{\rightleftharpoons} \mathrm{CH}_3 \mathrm{OH}(\mathrm{g})$
（2） $3 \mathrm{Fe}(\mathrm{s})+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{g}) \stackrel{\text { 高温 }}{\rightleftharpoons} \mathrm{Fe}_3 \mathrm{O}_4(\mathrm{~s})+4 \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})$

根据 $K$ 的大小，可以推断反应进行的程度，$K$ 越大，表示正向反应进行的程度越大，反之越小。一般来说，如果一个反应的平衡常数大于 $10^5$ ，通常认为该反应可以进行得较完全；相反，如果一个反应的平衡常数小于 $10^{-5}$ ，则认为这个反应进行的程度非常小。

平衡常数与温度有关，温度发生变化，平衡常数也随之变化，所以使用时一定要注明反应温度。

表2.2 是一定温度下两个常见反应的平衡常数。据此分析两个反应进行的程度及其本质区别

![图片](/uploads/2025-10/c34330.jpg)
 
 除平衡常数外，一定温度下，化学反应进行的程度还可以用反应物的平衡转化率 $(\alpha)$ 表示：

$$
\boxed{
\alpha=\frac{\text { 反应物的起始浓度-反应物的平衡浓度 }}{\text { 反应物的起始浓度 }} \times 100 \%
}
$$

## 化学平衡的移动

化学平衡是一定条件下的动态平衡，当反应物的浓度、温度等条件发生变化时，原有化学平衡会被破坏，化学平衡发生移动，直至建立起新的化学平衡。借助平衡常数可用来判断化学反应是否达到平衡以及平衡移动的方向。

对于一般的可逆反应：$a \mathrm{~A}+b \mathrm{~B} \rightleftharpoons c \mathrm{C}+d \mathrm{D}$ ，一定温度下，生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值称为浓度商，用符号 $Q$ 表示，即：$Q=\frac{c^c(\mathrm{C}) c^d(\mathrm{D})}{c^a(\mathrm{~A}) c^b(\mathrm{~B})}$

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