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32 第四课 化学平衡常数

免费读1257字2024-07-22

  老师:同学们好,上一节课我们学习了化学平衡的特征,知道了可逆反应的一些规律。不同的可逆反应,其反应进行的程度是有差别的。可逆反应达到化学平衡状态时进行的程度可以用化学平衡常数来衡量。本节课就让我们一起来学习化学平衡常数。早在19世纪末,法国化学家勒夏特列通过观察到高炉炼铁的尾气中始终含有原料气体一氧化碳,从而发现了可逆反应,提出了勒夏特列原理。随着科学家们对可逆反应研究的进一步深入,得出了可逆反应的一个重要特征。在一定条件下进行的可逆反应,其反应物和产物的平衡浓度间存在着某种定量关系。到底是怎样的定量关系?让我们通过一个活动来了解一下大家看到的是在工业上使用水、煤气制备氢气的反应。表格中记录了在800摄氏度时测定的4组不同情况下各反应物和生成物的起始浓度和平衡浓度。请大家仔细观察数据,思考一个问题,四足反应分别向什么方向进行,最终都能达到化学平衡状态吗?

  老师:通过观察四组数据,我们不难发现,第一组和第四组反应向正反应方向进行,第二组反应向逆反应方向进行,第三组开始反应时,体系中四种物质均存在,根据一氧化碳和水蒸气平衡时浓度减小,推测反应向正反应方向进行。同时,该可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始,不论反应向哪个方向进行,最终都能达到化学平衡状态。那么,当反应达到平衡状态后,反应物和产物的平衡浓度之间存在什么样的定量关系?请大家动手计算平衡时生成物浓度的乘积与反应物浓度乘积的比值。根据计算结果,你能得出什么结论?

  老师:同学们,你们完成计算了吗?经过计算,我们发现四组数据中,平衡时二氧化碳和氢气浓度沉积与一氧化碳和水蒸气浓度沉积的比值几乎相等。基于大量实验事实和理论推导,科学家们发现在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始,又无论反应开始时反应物浓度的大小是否相同。当达到平衡时,把生成物浓度指数密的乘积除以反应物浓度指数幂的沉积,得到的比值是个常数,这个常数就叫做该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号k表示,即一定温度下可逆反应达到平衡时,生成物浓度与反应物浓度之间存在定量关系。当如下的可逆反应在一定温度下达到平衡时,该反应的平衡常数可以表示为生成物的浓度。以方程式中化学计量数为指数的幂的乘积,除以反应物的浓度,以方程式中化学计量数为指数的幂的乘积。

  老师:需要注意的是,平衡常数表达式中各物质的浓度是平衡浓度。我们仍以一氧化碳和水蒸气的反应为例,因为方程式中各物质的化学计量数均为一,所以平衡常数表达式中各物质浓度的指数也是一。二氧化碳氢气浓度沉积与一氧化碳水蒸气浓度沉积的比值就是该反应的平衡常数。由表中我们不难发现,平衡常数与可逆反应平衡建立的途径无关。尽管平衡常数表示的是平衡时各物质浓度之间的关系,但也不是由浓度决定的。

  老师:平衡常数是可逆反应的特性常数客观存在。那么,可逆反应的平衡常数与温度有关吗?让我们一

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