2.2.2 化学平衡常数（课件）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

第二单元 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第2课时 化学平衡常数 学习目标 1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式； 2.应用化学平衡常数判断可逆反应进行的程度、方向以及反应的热效应； 3.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。 复习回顾 化学平衡状态及判断 3 当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物？ 反应物和生成物的浓度之间又有怎样的定量关系？ 化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。 新课导入 【问题探究】 起始时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时各物质的浓度/（mol·L） 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) c2(HI)/c(H2)·c(I2) 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50 c2(HI)/c(H2)·c(I2)平均值 48.70 457.6 ℃时反应体系H2(g)+I2(g) 2HI(g)中个物质的浓度如下： c2(HI) c(H2) · c(I2) 457.6℃达到平衡时， 是一个常数。 新课导入 通过分析实验数据得出： 结论2：常数与反应物的起始浓度大小无关； 与正向建立还是逆向建立平衡无关。 c2(HI) c(H2) · c(I2) 结论1： 为常数 与物质起始浓度有关吗？ 叫什么？ 6 1．化学平衡时各物质的浓度关系 分析各物质的浓度数据，可以发现以下规律： ①无论该反应从正、逆哪个反应方向进行，平衡时 的值近似相等，即与平衡状态建立的途径 。 ②无论反应物或生成物的起始浓度如何改变，平衡时， 的值近似相等，与各物质的浓度 。 无关 无关 任务一 化学平衡常数 7 表达式： 对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)，浓度商Q ＝ 。 在任意时刻，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，常用Q表示。 （1）浓度商 2．化学平衡常数 任务一 化学平衡常数 8 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，称为化学平衡常数，简称平衡常数，符号：K =K（常数）(化学平衡时） cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) (2)固体或纯液体浓度看作常数“1”，不代入表达式 (1)其中c为各组分的平衡浓度 (3)一般不写K的单位 概念： 表达式： 注意： 浓度商，常用Q表示 K的单位为(mol·L-1)n n=(p+q)-(m+n) （2）化学平衡常数 任务一 化学平衡常数 在某温度下，将含有H2和I2各0.10 mol 的气态混合物充入10 L 的密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)＝0.0080 mol·L－1： （1）计算该反应的平衡常数。 （2）在上述温度下，若起始时向该容器中通入H2和I2(g)各0.2 mol，试求达到化学平衡时各物质的浓度。 【解】（1）依题意可知，平衡时c(H2)＝0.0080 mol·L－1   起始浓度/(mol·L－1) 0.010 0.010 0 变化浓度/(mol·L－1) 平衡浓度/(mol·L－1) K＝ c(H2)·c(I2) c2(HI) ＝ (0.0080)2 (0.0040)2 ＝ 0.25 0.0020 0.0080 0.0040 0.0080 0.0040 0.0020 【课堂练习1】   （2）依题意可知，c(H2)＝0.020 mol·L－1，c(I2)＝0.020 mol·L－1mol·L－1。 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 K只随温度发生变化，因此： K＝ c(H2)·c(I2) c2(HI) ＝ (0.020－x)2 (2x)2 ＝ 0.25 解得：x＝0.0040 平衡时：c(H2)＝c(I2)＝0.016 mol·L－1，c(HI)＝0.0080 mol·L－1 【思考】浓度商与平衡常数有什么区别？ 1. 在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，都为浓度商，而化学平衡常数，则是在一定温度下，可逆反应达到平衡时的浓度商。 2. 当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明该反应已达到化学平衡状态。 任务一 化学平衡常数 12 写出下列反应的化学平衡常数：     c(H2)·c(I2) c2(HI) c(H2O) c(CO) · c(H2) 【课堂练习2】 (1)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。 (2)水的处理 ①气态水或非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数。 ②稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度视为常数“ 1”而不代入公式 3．化学平衡常数的书写 任务一 化学平衡常数 ) H ( c ) O H ( c 2 4 2 4 K = CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) K = ) Cr2O72- ( c ) CrO42- ( c 2 ) H+ ( c 2 Cr2O72-(aq) +H2O(l） 2CrO42- (aq) +2H+ (aq) K =   C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O K =   非水溶液中的反应 Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g) 【课堂练习3】 写出下列平衡常数表达式，并思考，K1、K2、K3之间有何关系？ c(H2)·c(I2) c2(HI) c(H2)·c(I2) c2(HI) c2 (H2)·c2 (I2) c4(HI) 思考交流 4、化学平衡常数与方程式的关系 ① N2 (g) + 3H2 (g) ⇌2NH3 (g) K1 △H1 ② 2NH3 (g) ⇌N2 (g) + 3H2 (g) K2 △H2 ③ 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) ⇌NH3 (g) K3 △H3 △H1、△H2两者关系为 K1、K2两者关系为 △H1、△H3两者关系为 K1、K3两者关系为 △H1= -△H2 △H1= 2△H2 K1=1/K2 K1=K22 任务一 化学平衡常数 【课堂练习4】 ① 2NO (g) + O2 (g) ⇌ 2NO2 (g) K1 △H1 ② 2NO2 (g) ⇌ N2O4 (g) K2 △H2 ③ 2NO (g) +O2(g) ⇌ N2O4 (g) K3 △H3 △H1、△H2、△H3三者关系为 K1、K2、K3三者关系为 △H1+△H2=△H3 K1·K2=K3 · 【课堂练习4】 ① C (s) + H2O (g) ⇌ CO (g) + H2 (g) K1 △H1 ② CO (g) +H2O (g) ⇌ CO2 (g) + H2 (g) K2 △H2 ③ C (s) + CO2(g) ⇌ 2CO(g) K3 △H3 △H1、△H2、△H3三者关系为 K1、K2、K3三者关系为 △H1 - △H2=△H3 K1/K2=K3 · 【课堂练习5】 (1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。 (2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 4、化学平衡常数与方程式的关系 任务一 化学平衡常数 (3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则： ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝ 。 (4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。 H2(g) + I2(g) 2HI(g)不同条件下的平衡常数 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 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。不受浓度的影响。 5、平衡常数的影响因素 任务一 化学平衡常数 (1)内因：化学反应本身的性质。 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受 影响。 与压强、起始浓度、起始反方向均无关。 温度 5、平衡常数的影响因素 任务一 化学平衡常数 （1）平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度 (也叫反应的限度)。 （2）通常，K越大，说明平衡体系中________所占的比例越大，______反应进行的程度越大，即该反应进行得越 ，平衡时反应物的转化率越 ；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。 （3）一般来说，当K＞______时，该反应就进行得基本完全了。 生成物 正 105 1、 判断反应进行的程度 完全 大 任务二 化学平衡常数的意义 24 （1）Q < K：反应向 方向进行，V正 > V逆 ； （2）Q = K：反应处于 ，V正 = V逆 ； （3）Q > K：反应向 方向进行，V正 < V逆 。 2、 判断正在进行的可逆反应进行的方向 正反应 逆反应 化学平衡状态 任务二 化学平衡常数的意义 25 Q＞K，v正＜v逆，反应向逆方向进行 【解析】 Q＝ c(CO)·c(H2) c(C)· c(H2O) ＝ 2.0×1.5 1.0 ＝3.0 >K 【课堂练习6】 已知反应C(S)+H2O(g) CO(g)+H₂(g)的平衡常数K=1.0，某时刻H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度分别为1.0mol/L，2.0mol/L，1.5mol/L。试回答: (1)此时反应是否处于平衡状态? (2)如果不平衡，此时反应朝哪个方向进行? 可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。 1、计算模型——“三段式”法 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) 起始量/mol　 a　　　b　　　0　　　0 转化量/mol　　　　　　　 平衡量/mol　　 mx a－mx nx px qx b－nx px qx 任务三 化学平衡常数的相关计算 27 2．思维模型——三步骤(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于 之比或关键量列等式关系。(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。 化学计量数 任务三 化学平衡常数的相关计算 28 3．常见的计算量(1)平衡常数K＝ (2)平衡时A的物质的量浓度： (3)平衡时A的转化率： A、B的转化率之比为 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)起始量/mol　a　　　　b　　　0　　　0转化量/mol　mx　　　nx　　　px　　qx平衡量/mol　a－mx　b－nx　　px　　qx c(A)＝ mol·L－1。 α(A)∶α(B)＝ 任务三 化学平衡常数的相关计算 29 3．常见的计算量 (4)平衡时A的体积分数： (5)平衡时和开始时的压强之比： (6)生成物产率＝ mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g)起始量/mol　a　　　　b　　　0　　　0转化量/mol　mx　　　nx　　　px　　qx平衡量/mol　a－mx　b－nx　　px　　qx 任务三 化学平衡常数的相关计算 30 【解】设到达平衡时CO转化为CO2的物质的量为x mol，容器的容积为y L。   起始浓度/(mol·L－1) 2.0/y 10/y 0 0 变化浓度/(mol·L－1) x/y x/y x/y x/y 平衡浓度/(mol·L－1) (2.0－x)/y (10－x)/y x/y x/y x2＝(2.0－x)(10－x) ＝20－12x＋x2 x＝5/3 CO转化为CO2的转化率为：   c(CO)· c(H2O) c(CO2)· c(H2) 【课堂练习7】 在容积不变的密闭容器中，将2.0molCO与10 mol H2O混合加热到830 ℃，达到下列衡:CO(g)+H2O(g)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。 分压 定义 计算公式 分压定律 相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。 混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总× 。 混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋… nB n总 任务四 压强平衡常数及其应用 一定温度下，气相反应达平衡时，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，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示 Kp ＝ pp(C) • pq(D) pm(A) • pn(B) m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 压强平衡常数 任务四 压强平衡常数及其应用 计算步骤 任务四 压强平衡常数及其应用 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　 【课堂练习8】 思维构建 Lavf60.4.100 $$