第2章 第2节 第1课时 化学平衡常数 平衡转化率（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（鲁科版2019）

化学反应的方向、限度与速率 第2章 第2节　化学反应的限度 第1课时　化学平衡常数　平衡转化率 课程标准要求 学业质量水平 1．知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。 2．认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。 1．能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。(水平3) 2．能用数据、图表、符号等描述实验证据并据此进行分析推理形成结论。(水平4) 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 栏目索引 课前预习案 课堂探究案 冲关演练案 课前预习案 一、化学平衡状态 1．含义 (1)研究表明，可逆反应在适当条件下进行一段时间后一定会达到化学平衡状态，此时平衡混合物的________不再随时间的延续而变化，反应达到一定的________。 (2)达到平衡状态时，正反应和逆反应的速率相等，反应物和生成物的浓度均保持不变，体系的________不随时间而改变。 2．定量描述 可以用________________来定量描述化学反应的限度。 组成　 限度　 组成　 化学平衡常数　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L (3)意义 ①化学平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的________(即反应________)。平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越________。 ②反应的平衡常数与反应可能进行的程度 一般来说，一个反应的平衡常数数值大于______________，通常认为该反应可以进行得较完全。相反，若一个反应的平衡常数数值小于__________________，通常认为该反应很难进行。 程度　 限度　 完全　 105(或106)　 10－5(或10－6)　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 浓度商　 平衡常数　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L [注意]　对于溶液体系和恒容的气态反应体系，可以用物质的量浓度代替物质的量进行计算。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 提高　 提高　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L ×　 ×　 ×　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L √　 √　 ×　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 学习任务一　化学平衡状态及其判断 提示　达到平衡前，SO2和O2的浓度逐渐减小，v(正)逐渐减小，SO3的浓度逐渐增大，v(逆)逐渐增大。 课堂探究案 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 2．达到平衡状态时，各物质的浓度怎样变化？v(正)、v(逆)有什么关系？ 提示　达到平衡状态时，SO2、O2和SO3的浓度均保持不变；v(正)＝v(逆)。 3．结合上述反应分析，化学平衡状态有哪些特征？ 提示　化学平衡状态的特征概括为“逆、等、动、定、变”。 4．恒容密闭容器中进行上述反应，下列描述能反映上述反应达到平衡状态的是________(填序号，多选)。 ①SO2、O2和SO3的物质的量浓度之比为2∶1∶3；②SO2和SO3的物质的量之比不变；③混合气体的密度保持不变；④气体的平均相对分子质量保持不变；⑤单位时间内消耗m mol O2，同时消耗m mol SO3；⑥SO3的体积分数保持不变 提示　②④⑥ 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 1．化学平衡状态的特征 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 解析　该反应的正反应是气体总分子数增加的反应，容积不变，正向进行时气体压强增大，当气体压强不变时，该反应达到平衡状态，A正确；C是固体，反应正向进行时，气体总质量增大，当气体质量不变时，该反应达到平衡状态，B正确；CO与H2都是生成物，其物质的量之比等于其化学计量数之比(即1∶1)，故不能判断是否平衡，C错误；生成n mol CO必然消耗n mol H2O(g)，若同时生成n mol H2O(g)，该反应达到平衡状态，D正确。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 钢铁生产是17世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。炼制1 t生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体，炼铁工程师设法增加高炉的高度，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变，这成了炼铁技术的科学悬念。直到19世纪下半叶，人们才认识到CO还原Fe2O3的反应是可逆反应，这一谜底才得以揭开。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 提示　①CO或CO2的浓度保持不变；②混合气体的密度保持不变；③n(CO)或n(CO2)保持不变；④Fe2O3(s)的质量不变等。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 学习任务二　化学平衡常数和平衡转化率 1．请写出下表中各反应的平衡常数表达式，并讨论下面的问题。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L (1)对于一个反应，其平衡常数的表达式是唯一的吗？平衡常数的表达式与哪些因素有关？ (2)对于一个反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？ (3)若浓度的单位为mol/L，写出上表中后三个反应K的单位，并思考K的单位与反应的化学方程式之间有什么关系？ 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L (1)对于同一个化学反应，由于化学方程式的书写方式不同，各反应物、反应产物化学式前的系数不同，平衡常数的表达式就不同。 (2)对于一个反应，其正反应和逆反应的平衡常数互为倒数。 (3)④mol·L－1；⑤单位为1；⑥(mol·L－1)2　平衡常数的单位与化学方程式的表示形式相对应。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 1．化学平衡常数表达式的书写 (1)平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物和生成物的化学计量数不同，则平衡常数的表达式就不同。 (2)书写平衡常数表达式时，纯液体、固体不作考虑，表达式中不能出现这些物质。特别注意水的状态，若为H2O(g)，平衡常数表达式中要书写，若为H2O(l)，则不必书写。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L (3)若反应方向改变，则平衡常数改变。若化学方程式中各物质的化学计量数同等倍数增大，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。 (4)对于给定的可逆反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 (5)对于某一可逆反应，平衡常数只受温度影响，与反应物和生成物的浓度变化无关。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 2．利用“三段式法”计算平衡常数(K) (1)思维模板 先确定各物质的初始浓度、转化浓度和平衡浓度，再代入平衡常数表达式进行计算： ①对于反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度； ②对于生成物：平衡浓度＝初始浓度＋转化浓度。 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 下列说法正确的是(　　) A．常温下，NO分解产生O2的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2) B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值为5×10－80 C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2 D．以上说法都不正确 答案　C　 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 返回导航 第2章　化学反应的方向、限度与速率 化学　选择性必修1　L 谢谢观看！ 二、化学平衡常数 1．化学平衡常数 (1)含义 对于化学反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，K＝______________，温度一定时，K为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。 (2)书写方法 ①平衡常数表达式用平衡状态时的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值来表示。 ②对于纯固体或纯液体参与的反应，纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中。 例如，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的化学平衡常数表达式为K＝____________。 eq \f(c\o\al(c,平)C·c\o\al(d,平)D,c\o\al(a,平)A·c\o\al(b,平)B)　 eq \f(c2HI,cH2·cI2)　 2．浓度商(Q) (1)概念 对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的任意状态，_______________称为浓度商(Q)。 (2)具体应用 通过实验数据计算出反应在某一时刻的__________，将其与该时刻温度下的____________(K)进行比较，若Q＝K，说明该反应在该温度下已经达到化学平衡状态。 eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)　 三、平衡转化率 1．平衡转化率的计算 在实际应用中常用平衡转化率(α)表示一定条件下的反应限度。对于化学反应：aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率可以表示为 α(A)＝______________________________________________________。 eq \f(初始时A的物质的量－平衡时A的物质的量,初始时A的物质的量)×100%　 2．浓度对平衡转化率的影响 以反应H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)为例，增大氢气的浓度，可使二氧化碳的平衡转化率________；同理增大二氧化碳的浓度，可使氢气的平衡转化率________。 巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (以反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH>0为例) (1)一定条件下，达到平衡状态时，v正(H2)＝v逆(HI)(　　) (2)恒容条件下，当c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1时，该反应达到平衡状态 (　　) (3)一定温度下，该反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(c2HI,cH2·cI2)(　　) (4)平衡常数(K)的大小反映了化学反应可能进行的程度(　　) (5)平衡常数(K)和平衡转化率(α)都能表示一定条件下的反应限度(　　) (6)一定条件下，对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大c(N2)，N2和H2的平衡转化率均增大(　　) 结合化学平衡状态的特征，以反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为例，交流讨论。 1．恒容密闭容器中充入SO2和O2进行反应，达到平衡前，各物质的浓度怎样变化？v(正)、v(逆)怎样变化？ 2．化学平衡状态的判断 判断可逆反应是否达到平衡状态的标志很多，需要在运用中体会，常用直接标志和间接标志如下： (1)直接标志 直接标志eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①v正＝v逆,②各组分的物质的量或质量不变,③各组分的含量ω、φ等不变,④各组分的浓度或n、m、V等不变)) (2)间接标志 eq \a\vs4\al(间接,标志) eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①总量：n总[或恒温恒压下的V总、恒温恒容,下的P总]不变需具体分析,②复合量：混合气体的平均相对分子质量\o(M,\s\up6(－)),不变、混合气体的密度ρ不变需具体分析,③其他：如平衡体系的颜色不变实际上是有,色物质的浓度不变)) 1．在恒温恒容密闭容器中充入足量的H2O(g)和CO(g)，发生反应：H2O(g)＋CO(g)H2(g)＋CO2(g)。下列情况表明该可逆反应已达到平衡状态的是(　　) A．容器内气体的压强不再改变 B．CO的生成速率和CO2的消耗速率相等 C．体系中CO和CO2的浓度相等 D．eq \f(cCO2,cCO)的值不再改变 答案　D　 解析　该反应前后气体总分子数不变，则恒容时气体总物质的量和压强始终不变，A错误；CO的生成速率和CO2的消耗速率均代表逆反应速率，B错误；平衡时，体系中CO和CO2的浓度均不变，二者相等时，不一定平衡，C错误；CO是反应物，CO2是生成物，eq \f(cCO2,cCO)的值不变，此时CO和CO2的浓度均不变，该反应达到平衡状态，D正确。 2．在一定温度下，容积不变的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，下列不能说明该可逆反应已经达到平衡状态的是(　　) A．混合气体压强不再发生变化 B．混合气体质量不再发生变化 C．反应中CO与H2的物质的量之比为1∶1 D．生成n mol CO的同时生成n mol H2O(g) 答案　C　 [方法技巧]　(1)判断可逆反应是否达到化学平衡状态，关键是看给定条件下题中给的物理量是“变量”还是“恒量”。 ①当“变量”保持不变时，表明反应达到平衡状态； ②当“恒量”不变时，不能判断反应是否达到平衡状态。 (2)“v(正)＝v(逆)”的理解：①对于同种物质，其消耗速率与生成速率相等；②对于不同种物质，v(正)与v(逆)之比等于对应物质的化学计量数之比。 (3)根据平均相对分子质量或密度判断化学反应是否达到平衡状态，要抓住定义式“eq \o(M,\s\up15(－))＝eq \f(m总,n总)”和“ρ＝eq \f(m总,V)”判断。 思考：恒容条件下进行反应Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，试写出四个能反映该反应达到平衡状态的依据。 反应 K 单位 ① eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) (mol·L－1)－1 ② N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (mol·L－1)－2 ③ 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) (mol·L－1)2 ④ NH3·H2O(aq)NHeq \o\al(＋,4)(aq)＋OH－(aq) ⑤ FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ⑥ AgCl(s)Ag＋(aq)＋Cl－(aq) 提示　①K＝eq \f(cNH3,c\f(1,2)N2·c\f(3,2)H2)　②K＝eq \f(c2NH3,cN2·c3H2)　③K＝eq \f(cN2·c3H2,c2NH3)　 ④K＝eq \f(cNH\o\al(＋,4)·cOH－,cNH3·H2O)　⑤K＝eq \f(cCO2,cCO)　⑥K＝c(Ag＋)·c(Cl－) 2．已知：在容积为2 L的密闭容器中，充入2.0 mol CO和4.0 mol H2O(g)混合加热到830℃，达到下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，测得平衡时c(CO2)＝0.4 mol/L，求达到平衡时CO的平衡转化率及平衡常数K。 提示　利用“三段式法”进行计算： 　　　　 　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 起始浓度/mol/L　 1.0　　 2.0　　　　0　　 0 转化浓度/mol/L　　 0.4　　 0.4　　　 0.4　　0.4 平衡浓度/mol/L　　 0.6　　 1.6　　　 0.4　　0.4 达到平衡时CO的平衡转化率为α(CO)＝eq \f(0.4 mol/L,1.0 mol/L)×100%＝40%，该温度下的平衡常数K＝eq \f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq \f(0.4×0.4,0.6×1.6)＝eq \f(1,6)。 (2)应用示例 以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例，t℃下，假设A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，达到平衡时A的转化浓度为mx mol/L，则有 　　　　　　 　mA(g) ＋ nB(g)  pC(g) ＋ qD(g) 初始浓度/(mol/L)　　　　a　　　　b　　　　0　　　　0 变化浓度/(mol/L)　　　　mx　　　nx　　　　px　　 　qx 平衡浓度/(mol/L)　　　　a－mx　b－nx　　　px　　 　qx 则t℃下该反应的化学平衡常数为 K＝eq \f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)。 1．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志。常温下，下列反应的平衡常数的数值(单位省略)如下： ①2NO(g)N2(g)＋O2(g)　　　　K1＝1×1030 ②2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　　　　K2＝2×1081 ③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　　　　K3＝4×10－92 解析　由反应①可知，NO分解产生O2的平衡常数表达式为K1＝[c(N2)·c(O2)]/c2(NO)，A错误。反应②2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)的K2＝2×1081，则反应2H2O(l)2H2(g)＋O2(g)的平衡常数为K＝1/K2＝1/(2×1081)＝5×10－82，B错误。常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的平衡常数K逐渐减小，则分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2，C正确，D错误。 2．向温度为300℃的2 L密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，体系达到平衡状态后SO2的浓度为0.1 mol/L，下列说法错误的是(　　) A．该温度下，反应的平衡常数为K＝1 620(单位省略) B．SO2和O2的平衡转化率相等 C．平衡后保持温度和容器体积不变，再充入SO3(g)，平衡常数不变 D．若不再向容器中加入任何物质，仅改变条件不可能使SO2的浓度达到1 mol/L 答案　D　 解析　利用“三段式法”计算平衡常数： 　　　　　　　 　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 初始浓度/mol·L－1　　　　1　　　0.5　　 　0 转化浓度/mol·L－1　　　　0.9　　0.45　　　0.9 平衡浓度/mol·L－1　　　　0.1　　0.05　　　0.9 则该温度下，平衡常数K＝eq \f(0.92,0.12×0.05)＝1 620(单位省略)，A正确；SO2和O2的平衡转化率均为90%，B正确；平衡常数只与温度有关，温度不变，充入SO3(g)，平衡常数不变，C正确；若缩小容器的体积，可能使SO2的浓度达到1 mol/L，D错误。 [易错警示]　平衡转化率(α)及计算 (1)平衡转化率是在一定条件下一个化学反应进行到最大限度时反应物的转化率。 (2)对于化学反应：mA＋nBpC＋qD α(A)＝eq \f(c转A,c0A)×100%＝eq \f(n转A,n0A)×100% $$