化学平衡常数可以用来衡量化学反应进行的程度,并且可以进行一些计算。例如,可以计算反应物或产物的浓度,求反应物的转化率。转化率是指在平衡时反应物已转化的量占起始量的百分比,通常用α表示。
转化率α = (反应物已转化的量 / 反应开始时该反应物的量) × 100% (1-27)
关于化学平衡常数、平衡浓度和转化率的计算,一般按照以下过程进行:写出配平的化学反应方程式;表示出起始浓度和平衡浓度;确定未知数;列出平衡常数的表达式,将各物质的平衡浓度带入计算;列方程解出未知数。
例1-19 1000K时向容积为5.0dm3的密闭容器中充入1.0molO?和1.0 mol SO?气体,平衡时生成了0.85 mol SO?气体。计算反应2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)的平衡常数。
解:2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)
开始时(mol): 1.0 1.0 0
变化(mol): -0.85 -0.85/2 0.85
平衡时(mol): 0.15 0.575 0.85
化学平衡时各物质的分压:
p(SO?) = n(SO?)RT/V = 0.15 × 8.314 × 1000 / (5 × 10?3) = 249kPa
p(O?) = n(O?)RT/V = 0.575 × 8.314 × 1000 / (5 × 10?3) = 956kPa
p(SO?) = n(SO?)RT/V = 0.85 × 8.314 × 1000 / (5 × 10?3) = 1413kPa
例1-20 25℃时,反应Fe2?(aq)+Ag?(aq)?Fe3?(aq)+Ag(s)的Kθ = 2.98。当溶液中含有0.1mol/dm3AgNO?,0.1mol/dm3Fe(NO?)?和0.01mol/dm3Fe(NO?)?时,按上述反应进行,求平衡时各组分的浓度为多少?Ag?的转化率为多少?
解:Fe2?(aq)+Ag?(aq)?Fe3?(aq)+Ag(s)
开始浓度(mol/dm3): 0.1 0.1 0.01
变化浓度(mol/dm3): -x -x x
平衡浓度(mol/dm3): 0.1-x 0.1-x 0.01+x
解得:x = 0.0127mol/dm3
平衡时:c(Ag?) = 0.1-x = 0.01-0.0127 = 0.0873mol/dm3
c(Fe2?) = 0.1-x = 0.0873mol/dm3
c(Fe3?) = 0.01+x = 0.01+0.0127 = 0.0227mol/dm3
Ag?的转化率:α(Ag?) = (0.0127/0.10) × 100% = 12.7%