第2章 第2节 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第二节　化学平衡 第1课时　化学平衡状态　化学平衡常数 课程标准 核心素养目标 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.变化观念与平衡思想：结合实例和图像分析化学平衡状态的建立过程，从定性和定量角度(平衡常数)深化理解化学平衡状态。 2．证据推理与模型认知：通过“化学平衡常数”的模型建构，从定量角度认识化学平衡状态。 [对应学生用书P29] 一、化学平衡状态 1．化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H22NH3。 反应 N2与H2发生反应 NH3发生分解反应 图示 浓度变化 随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2和H2的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 结论 通过上述分析可知，化学平衡的建立与反应途径无关 2.化学平衡状态的概念 (1)在一定条件下，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 (2)化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 3．化学平衡状态的特征 二、化学平衡常数 1．概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。 2．表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)： (1)浓度商：在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示。 (2)平衡常数：该反应在一定温度下达到化学平衡时，化学平衡常数K＝。 3．影响因素 化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下只受温度影响，与其他因素(如浓度、压强、催化剂等)无关。 4．意义 (1)通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大。 (2)一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了。 ◆拓展延伸 从速率角度认识化学平衡建立 (1)从反应物开始建立 ①开始时，v正最大，v逆为0； ②随着反应进行，v正逐渐减小，v逆逐渐增大； ③达到平衡时，v正＝v逆。 (2)从生成物开始建立 ①开始时，v逆最大，v正为0； ②随着反应进行，v逆逐渐减小，v正逐渐增大； ③达到平衡时，v正＝v逆。 ◆深化理解 关于平衡时v正＝v逆的理解 (1)同一物质：正、逆反应速率相等。 (2)不同物质：v正、v逆代表正、逆反应的速率，且其比值等于对应物质的化学计量数之比。 ◆名师点拨 书写平衡常数表达式注意事项 (1)书写平衡常数表达式时，固体、液体纯物质不作考虑，表达式中不能出现这些物质。 (2)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。 (3)浓度商中的浓度为任意时刻的浓度，而平衡常数中的浓度指平衡时的浓度。 ◆易错警示 (1)化学平衡常数K只反映可逆反应进行的程度，不表示化学反应速率，即使K很大，化学反应速率也不一定大。 (2)当反应中Q＝K时，表明该反应达到限度，即达到化学平衡状态。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P31] 探究一 化学平衡状态的判断 硫酸是一种重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等。目前，我国主要以黄铁矿(FeS2)为原料，用“接触法”制备硫酸，SO2的催化氧化反应(2SO2＋O22SO3)是制备硫酸的重要反应。 [问题设计] (1)恒温恒容密闭容器中进行反应：2SO2＋O22SO3，试写出三个能反映该反应达到化学平衡状态的依据。 提示：①v正(SO2)＝v逆(SO3)；②SO2、O2或SO3的浓度保持不变；③混合气体的平均摩尔质量不变(其他合理答案均可)。 (2)恒温恒压密闭容器中进行反应：2SO2＋O22SO3，试写出两个能反映该反应达到化学平衡状态的依据。 提示：①混合气体的密度保持不变；②SO2、O2或SO3的物质的量保持不变(其他合理答案均可)。 1．判断化学平衡状态的“两审”和“两注意” 2．判断化学平衡状态的方法 【例1】 (2024·吉林友好学校联合体高二期中)在恒温恒容密闭容器中加入足量的Fe2O3(s)和CO(g)，模拟炼铁高炉中的反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)⥫⥬2Fe(s)＋3CO2(g)，下列情况表明该可逆反应达到平衡状态的是(　　) A．容器中气体的压强不再改变 B.容器中气体变化的密度不再改变 C．Fe2O3的浓度不再改变 D．CO和CO2的正反应速率相等 B　解析：该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，反应在恒温恒容密闭容器中进行，则反应前后气体的压强始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，A不符合题意；容器体积始终不变，而气体总质量为变量，则混合气体的密度不变时，说明反应已达平衡，B符合题意；氧化铁固体，其浓度可以看做定值不是变量，C不符合题意；由于化学方程式中CO和CO2的化学计量数相等，则二者的正反应速率始终相等，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，D不符合题意。 解答本题的思路如下： (1)反应条件——恒温恒容；反应特点——不均为气体，反应前后气体化学计量数之和相等。 (2)分析气体压强、气体质量、气体物质的量、反应速率等变化反应是否达到平衡状态。 1．(2024·湖湘教育三新探索协作体倒二期中)氨基甲酸铵(NH2CO2NH4)是合成尿素的一种中间产物。已知某温度下，向恒容密闭容器中加入a mol NH2CO2NH4(s)，反应NH2CO2NH4(s)⥫⥬CO(NH2)2(s)＋H2O(g)，达到平衡。下列叙述不能表明反应达到平衡状态的是(　　) A．单位时间内消耗1 mol NH2CO2NH4同时消耗1 mol CO(NH2)2 B．气体的平均相对分子质量不再改变 C．气体的密度不再改变 D．容器内的压强不再改变 B　解析：单位时间内消耗1 mol NH2CO2NH4同时消耗1 mol CO(NH2)2，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A不符合题意；该反应中只有水蒸气一种气体，故气体的平均相对分子质量一直不变，当其不再改变时，不能说明反应达到平衡状态，B符合题意；恒容密闭容器，容器体积不变，气体的总质量在不断变化，根据公式ρ＝可知，当气体的密度不再改变时，反应达到平衡状态，C不符合题意；恒容体系，容器体积不变，在平衡前气体物质的量在不断变化，则容器内的压强在不断变化，当容器内的压强不变时，反应达到平衡状态，D不符合题意。 探究二 化学平衡常数及相关计算 研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： ①2NO2(g)＋NaCl(s)⥫⥬NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1 ②2NO(g)＋Cl2(g)⥫⥬2ClNO(g)　K2 [问题设计] (1)写出平衡常数K1的表达式。 提示：固体物质一般不列入平衡常数表达式，则K1＝。 (2)反应NO(g)＋Cl2(g)⥫⥬ClNO(g)的平衡常数K3与K2有何关系？ 提示：K3＝。 (3)T ℃下反应②达到平衡状态，此时保持恒温恒容，向体系中充入0.5 mol Cl2，平衡常数K是否变化？比较此时的浓度商Q和K的大小，判断反应是否处于平衡状态？ 提示：不变　Q<K　未处于平衡状态 1．化学平衡常数与化学方程式书写方式的关系 (1)若化学方程式中各物质的化学计量数同时扩大为原来的n倍，则平衡常数K变为原来的n次幂。例如，反应2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)，平衡常数K1＝；反应HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)，平衡常数K2＝，则有K1＝K。 (2)对于同一可逆反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，即K正·K逆＝1。 (3)两个化学方程式相加(或相减)得到第三个化学方程式，则该反应的平衡常数是原来两反应的平衡常数的乘积(或商)。例如，反应①、②、③的平衡常数分别为K1、K2、K3，反应①＋反应②＝反应③，则有K3＝K1·K2。 2．利用三段式法计算平衡常数和平衡转化率 (1)思维模板 先确定各物质的起始浓度、转化浓度和平衡浓度，再代入平衡常数表达式进行计算。 ①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度。 ②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度。 (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 则T ℃下，该反应的化学平衡常数为K＝，平衡时A的转化率为α(A)＝×100%。 【例2】 (2024·浙东北联盟高二期中)在2 L密闭容器中充入3 mol A气体和2 mol B气体，在一定条件下发生反应3A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋xD(g)，达到平衡时，生成了1 mol C，经测定，D的浓度为0.5 mol/L，下列判断正确的是(　　) A．x＝3 B．B的转化率为30% C．平衡时A的浓度为0.75 mol/L D．达到平衡时，在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的60% C　解析：由三段式分析： 根据转化量之比等于其化学计量数之比可知，x＝2，A错误；B的转化率为×100%＝25%，B错误；平衡时A的浓度为＝0.75 mol/L，C正确；由阿伏加德罗定律可知，达到平衡时，在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的×100%＝100%，即反应前后体系压强不变，D错误。 2．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)　ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表所示： t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10 下列说法正确的是(　　) A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝2.0×10－3 mol/(L·min) B．平衡时，X的转化率为37.5% C．该温度下，此反应的平衡常数K＝1.2 D．其他条件不变，再充入0.10 mol Y，平衡常数K减小 B　解析：由表可知，前2 min时，消耗0.04 mol Y，同时消耗0.04 mol X，生成0.08 mol Z，则有v(Z)＝＝4.0×10－3 mol/(L·min)，A错误；平衡时，X的转化率为×100%＝37.5%，B正确；利用三段式法计算平衡常数： 则该温度下，此反应的平衡常数K＝＝＝1.44，C错误；平衡常数K只与温度有关，其他条件不变，再充入0.10 mol Y，平衡常数K不变，D错误。 [对应学生用书P33] 1．在一密闭容器中，充入1 mol N2和3 mol H2混合气在一定条件下发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，下列说法正确的是(　　) A．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零 B．当符合3v正(N2)＝v正(H2)时，反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，单位时间消耗a mol N2，同时生成3a mol H2 D．当N2、H2、NH3的分子数比为1∶3∶2时，反应达到平衡状态 C　解析：当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但不等于0，A错误；v正(N2)、v正(H2)都是正反应方向，不能判断反应是否达到平衡，B错误；单位时间内消耗a mol N2的同时生成3a mol H2，则正、逆反应速率相等，说明该反应已达到平衡状态，C正确；当体系达平衡状态时，N2、H2和NH3的物质的量浓度之比不一定为1∶3∶2，D错误。 2．一定温度下，在容积不变的密闭容器中发生反应CO(g)＋H2S(g)⥫⥬COS(g)＋H2(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．气体的压强不再变化 B．COS的体积分数不再变化 C．混合物的密度不再变化 D．H2S和H2的物质的量相等 B　解析：该反应是气体分子数不变的反应，气体的压强不再变化不能说明反应已达平衡，A错误；COS的体积分数不再变化，说明COS的物质的量不再改变，平衡不再移动，正、逆反应速率相等，能说明反应已达平衡，B正确；容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，不能说明反应已达平衡，C错误；H2S和H2的物质的量相等不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应已达平衡，D错误。 3．已知Fe3O4(s)＋4H2(g) 3Fe(s)＋4H2O(g)，该反应的化学平衡常数的表达式为(　　) A．K＝ B．K＝ C.K＝ D．K＝ C　解析：固体和液体纯物质不代入平衡常数的表达式，C符合题意。 4．(2024·新乡高二期中)一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SiHCl3(g)⥫⥬SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)。Q表示某时刻的浓度商，K为该温度下的平衡常数。下列情况能说明该反应一定达到化学平衡状态的是(　　) A．Q＝K B．体系内物质的总质量保持不变 C．SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4同时在容器中存在 D．单位时间内消耗2n mol SiHCl3，同时生成n mol SiH2Cl2 A　解析：Q＝K，说明反应达到平衡状态，A符合题意；根据质量守恒，体系内物质的总质量保持不变，不能说明反应达到平衡状态，B不符合题意；根据可逆反应的特征，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4同时在容器中存在，不能说明反应达到平衡状态，C不符合题意；两种表达方式都是正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意。 5．温度为T1时，向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的CO和H2O(g)，发生反应：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol。相关数据如下表所示： 反应物 CO H2O 起始时物质的量/mol 1.2 0.6 平衡时物质的量/mol 0.8 0.2 达到平衡的时间/min t1 (1)容器中，反应在t1 min 内的平均速率v(H2)＝ mol/(L·min)。 (2)容器中，平衡时，反应放出的热量 kJ。 (3)T1时，反应的平衡常数K＝ 。 答案：(1)　(2)16.4　(3)1 解析：(1)容器中，t1 min 达到平衡时CO的物质的量变化为1.2 mol－0.8 mol＝0.4 mol，又知容器的容积为2 L，则有v(CO)＝＝ mol/(L·min)；根据反应速率与化学计量数的关系可得，v(H2)＝v(CO)＝ mol/(L·min)。 (2)该反应中，消耗1 mol CO(g)放出41 kJ热量，容器中平衡时消耗0.4 mol CO(g)，则放出的热量为41 kJ/mol×0.4 mol＝16.4 kJ。 (3)按三段式法计算T1时平衡常数K： 故该反应的平衡常数K＝＝＝1。 学科网（北京）股份有限公司 $$