第二节 第2课时 化学平衡常数及化学平衡的有关计算（课件）-2024-2025学年高二化学同步教学课件+讲义（人教版2019选择性必修1）

第2课时 化学平衡常数及化学平衡常数的相关计算 第二节 化学平衡 第二章 化学反应速率 与化学平衡 人教版（2019）高中化学选择性必修1 1 学习目标 1、通过分析HI生成体系中各物质量的浓度，知道化学平衡常数的含义。 2、能书写化学平衡表达式并进行简单的计算，发展证据推理与模型认知的学科核心素养。 2 新课导入 判定可逆反应到达平衡状态的标志： 定性视角 （1）ν正= ν逆≠0 （2）变量不变 定量视角 （1）三段式 （2）平衡时的相关数据 在一定条件下，当一个可逆反应达到平衡状态时，即该反应达到了该条件下的最大限度。 如何更加准确描述反应所进行的程度呢？ 以反应I2(g) +H2(g) 2HI(g)为例，探究平衡体系中各物质浓度的定量关系。 3 教学过程 序号 起始时浓度mol/L 平衡时浓度mol/L H2 I2 HI H2 I2 HI 1 0.01197 0.06944 0 0.005617 0.0005936 0.01270 2 0.01228 0.09964 0 0.003841 0.001524 0.01687 3 0.01201 0.008403 0.0 0.004580 0.0009733 0.01486 4 0 0 0.01520 0.001696 0.001696 0.01181 5 0 0 0.01287 0.001433 0.001433 0.01000 6 0 0 0.03777 0.004213 0.004213 0.02934 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 48.37 48.62 49.54 48.49 48.70 48.50 在457.6℃时，反应体系各物质的浓度如下表所示,计算平衡时 4 教学过程 (2) 平衡时， 与反应的起始浓度大小无关； 通过分析实验数据得出： (1)温度不变时，不管如何改变起始投料（投入反应物、投入生成物、改变各组分的浓度），平衡时， 数值基本不变，是一个常数。 (3) 平衡时 与正向建立还是逆向建立平衡无关，即与平衡建立的过程无关。 5 教学过程 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，浓度商是个常数(简称平衡常数)，用符号K表示，此时Q=K。 一、化学平衡常数 浓度商 mA（g） ＋ nB（g） pC（g） ＋ qD（g） 对于一般的可逆反应， 任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示，表达式如下： 1、表达式 其中c为任意时刻的浓度 平衡常数 其中c为各组分平衡时的平浓度 Q=K——用于定量判断反应是否达到平衡状态 6 教学过程 2、单位 3、化学平衡常数的意义 K的单位为(mol·L-1)n，单位与对应化学计量系数有关，没有固定的单位. n=(p+q)-(m+n) ※当浓度的单位为 mol·L-1，本教材要求平衡常数可不写单位 定量地衡量化学反应进行的程度. (1) K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。 (3)一般当K＞105时，该反应进行得基本完全。 (2)K值越小，表示反应进行得越不完全，当K<10－5时，该反应很难发生。 7 教学过程 例如：N2(g)+O2(g) 2NO(g) K=1×10-30(298K) 这意味着298K时，N2和O2基本上没有进行反应。 注意：化学平衡常数只反映是反应进行的程度，不表示化学反应速率。 即：化学反应进行的程度大（K大），化学反应速率不一定快。 8 课堂练习 在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进行如下反应： 2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，达到平衡时各物质的浓度分别是c(NO2)＝0.06 mol·L－1，c(NO)＝0.24 mol·L－1，c(O2)＝0.12 mol·L－1。试求： 该反应的化学平衡常数表达式为：_________________，值为_______，反应程度 . K = c(O2)2 ·c(NO) c(NO2) 2 1.92 小 9 课堂练习 化学反应 K表达式 N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g) 2NH3(g) N2(g)+ 3H2(g) Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g) 高温 Cr2O72-(aq) + H2O(l) 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq) 互为倒数 写出下列可逆反应的平衡常数（K）的表达式 10 教学过程 使用平衡常数应注意的问题 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O [C2H5OH][CH3COOH] [CH3COOC2H5][H2O] K= 3、溶液中的反应要写离子方程式的表达式。 1、平衡常数只受温度影响，必须指明温度，反应必须达到平衡状态。 2、固体、纯液体，浓度是固定不变的，所以浓度视为1，不计入表达式。 4、非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应。 11 教学过程 5、平衡常数与方程式书写方法有关。 （1）同一化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 （2）若方程式中化学计量数整体扩大n倍，平衡常数变为原来的n次方。 K1 与 K3的关系？ N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+3H2 N2 + H2 NH3 1 2 3 2 K 1 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c 2 3 2 3 2 = K 2 ) NH ( c ) H ( c ) N ( c 3 2 2 3 2 = K1 = 1/K2 K 3 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c / / 2 2 3 2 2 1 3 = ③ ② ① K1 =K32 K1 与 K2的关系？ △H的关系?? △H的关系?? 12 教学过程 K3＝K1  K2 （3）多重平衡规则：方程式呈相加(或相减)关系，则K呈现相乘(或相除) ①2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) K1 ②2NO2(g) N2O4 (g) K2 ③2NO(g)＋O2(g) N2O4 (g) K3 ③=①+② △H的关系?? 13 课堂练习 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g)　　B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g)　　D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)　　D(g) K3 ΔH3 下列说法正确的是( ) A.K3＝K1＋K2 B.加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 C.ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 D.增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 C 对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下： 14 教学过程 【思考与讨论】平衡常数受哪些因素影响？请根据以下资料提供的数据，分析影响平衡常数的因素。 表1: 25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数 内因：平衡常数的大小，主要与反应中物质的性质有关 二、影响化学平衡常数的因素 15 教学过程 数据分析 序号 起始浓度(×10-2 mol·L-1) 不同温度下的平衡常数(K ) c(H2) c(I2) c(HI) 457.6 ℃ 425.6 ℃ 25 ℃ 1 1.197 0.694 0 48.38 54.51 867 2 1.228 0.996 0 48.61 54.62 867 3 1.201 0.840 0 49.54 54.21 867 4 0 0 1.520 48.48 54.10 867 5 0 0 1.287 48.71 54.42 867 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 在容积不变的密闭容器中发生反应： 外因：经大量实验数据证明：在化学方程式一定的情况下（内因相同），平衡常数K仅受温度影响，与反应物或产物的浓度的无关。 16 教学过程 体系压强改变会影响平衡常数吗？ 压强改变可能会影响体系中物质的浓度， 而浓度的改变不影响平衡常数。 因此压强不影响平衡常数的大小。 放热反应（ΔH＜0）：T升高，K减小； T降低，K增大。 吸热反应（ΔH＞0） ： T升高，K增大； T降低，K增大。 17 教学过程 三、化学平衡常数的应用 1、判断反应进行的程度 K 越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率α越大。 2、判断反应进行的方向 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) p C(g)＋qD(g)， 其中c为任意时刻的浓度 其中c为各组分平衡时的平浓度 18 教学过程 温度相同时 Q＜K， 反应向正方向进行 Q = K， 反应达到平衡状态 Q ＞K， 反应向逆方向进行 v正＞v逆 v正＝v逆 v正＜v逆 3、判断可逆反应的热效应 ①若升高温度，K值增大，则正反应为 反应； ②若升高温度，K值减小，则正反应 为反应。 吸热 放热 19 课堂练习 在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应： 2SO2（g）+O2 （g）⇌ 2SO3（g） (1)写出该反应的化学平衡常数表达式K=_______________．             (2)降低温度，K值增大，判断该反应是________(“放热”或“吸热”)反应。 二氧化硫转化率______，化学反应速率______ （以上均填增大、减小或不变）。 放热 增大 减小 20 课堂练习 高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)△H<0， 其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知1100℃，K=0.263 (1)若反应向右进行，高炉内CO2和CO的体积比值________，平衡常数K值________(填“增大”“减小”或“不变”) (2)1100℃时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_______(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是v正____v逆(填“大于”、“小于”或“等于”)， 其原因是 。 增大 不变 否 大于 c(CO2)/c(CO)＝0.25＜0.263，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行 21 教学过程 三、化学平衡常数的相关计算 对于化学反应：a A + b B c C + d D α(A)= A的初始浓度 — A的平衡浓度 A的初始浓度 × 100% 计算模型——三段式法 解：设平衡时转化率为x mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 起始浓度 转化浓度 平衡浓度 a b 0 0 mx nx px qx a-mx b-nx px qx 2、三段式 1、转化率 22 课堂练习 23 【解析】 （1） H2 + I2 2HI 起始浓度/mol·L-1 0.010 0.010 0 变化浓度/mol·L-1 0.002 0 0.002 0 0.004 0 平衡浓度/mol·L-1 0.008 0 0.008 0 0.004 0 答：平衡常数为0.25。 c2 (HI) c(H2) · c(I2) 例1：在某温度下，将H2和I2各0.1 mol 的混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后c(H2)=0.008 0 mol/L。 （1）求该反应的平衡常数。 书P35 23 课堂练习 H2 + I2 2HI 起始浓度/mol·L-1 0.020 0.020 0 变化浓度/mol·L-1 x x 2x 平衡浓度/ mol·L-1 0.020-x 0.020-x 2x 答:平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L 解之得 x=0.004 0 mol/L 平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L c2 (HI) c(H2) · c(I2) 解：（2）设反应中转化（或消耗）了xmol/L的氢气 （2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.2 mol，试求达到平衡状态时各物质的浓度。 24 课堂练习 例2：在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到830℃，达到下列平衡：CO(g)+H2O ⇌ CO2(g)+H2(g)此时该反应的K为1.0。求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。 书P35 解：设达到平衡时CO转化为CO2的物质的量为x mol，容器的容积为y L。 CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g) 起始浓度/mol • L-1 变化浓度/mol • L-1 平衡浓度/mol • L-1 2.0/y 10/y 0 0 x/y x/y x/y x/y (2.0-x)/y (10-x)/y x/y x/y 答:达到平衡时CO转化为CO2的转化率为83%。 K= c(CO2)⦁ c(H2) c(H2O) • c(CO2) CO转化为CO2的转化率为： 25 课堂练习 一定温度下的密闭容器中存在如下反应： 2SO2+O2 2SO3 已知c(SO2)始=0.4mol/L，c(O2)始=1mol/L，经测定该反应在该温度下的平衡常数K≈19，试判断： （1）当SO2转化率为50％时，该反应 （“是”或“否”）达到平衡状态，若未达到，则反应向 （“正”或“逆”）方向进行。 （2）达平衡状态时， SO2的转化率为 . 否 正 80% 26 课堂练习 物　质 X Y Z 初始浓度/mol·L－1 0.1 0.2 0 平衡浓度/mol·L－1 0.05 0.05 0.1 3.在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 下列说法错误的是(　　) A．反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X＋3Y2Z，其平衡常数为1 600 C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 0.05 0.15 0.1 转化浓度/mol·L-1 C 1∶3∶2 √ √ √ × 27 教学过程 知识拓展：其它类型平衡常数 一、压强平衡常数Kp (只受温度影响) 一定温度下，气相反应: mA (g)+nB (g) eC(g)+fD(g)达平衡时，在浓度平衡常数表达式中，用分压代替浓度，即气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，用符号Kp表示， pe (C) · pf (D) pm (A) ·pn (B) Kp = p：平衡时，为混合气体中各组分的分压 如何求？？ 28 教学过程 混合气体中各组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，即pB＝p总× P总=P1+P2+P3+…… 总压：混合气体总压强等于组成该混合气体各成分的分压强之和 PV=nRT 【思考与讨论】结合阿伏伽德罗定律，讨论如何求算混合气体中个成分的压强？ 分压：一种气体单独存在于容器内时的压强 三段式求算各组分的物质的量分数 29 教学过程 【思考与讨论】 结合阿伏伽德罗定律，讨论如何求算平衡时混合气体的总压强？ （1）反应条件：恒压 p0 = p平 （2）反应条件：恒容 根据阿伏伽德罗定律，则有： PV=nRT 30 课堂练习 用测压法在刚性密闭容器中研究T ℃时4NO(g) N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示： (1)20 min时，NO的转化率α=________% (2)T ℃时，NO(g) N2(g)＋2NO2(g)反应的平衡Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数) 31 课堂练习 32 课堂练习 一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。(1)CO2的转化率为______________。 (2)CO2的分压为______ kPa，CO的分压为________ kPa。 (3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。 0.27a 25% 0.6a 0.4a　 33 课堂练习 解题模型建构 34 课堂练习 计算技巧 先列式、再化简、最后计算 若平衡时的总压未知，则先求总压 35 课堂小结 符号表达 影响因素 温度 定量 表征 化学反应限度 意义 判断反应进行的程度 判断可逆反应是否达平衡 通过Q与K的关系预测反应进行的方向 c平(A) ∙ c平(B) K＝ c c平(C) ∙ c平(D) d a b 化 学 平 衡 常 数 36 谢谢观看！ 37    K = = eq \f((0.0040)2,(0.0080)2) = 0.25 K= = =0.25 eq \f(1.66,2.0) ×100%=83% eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3)) 　　　N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g)(平衡时总压为p0) n(始) 1 mol 3 mol 0 Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 mol n(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 mol p(X) eq \f(0.5,3) p0 eq \f(1.5,3) p0 eq \f(1,3) p0 Kp＝ 　(列出计算式，不必化简) $$