2.2.2 化学平衡常数（优选课件）-【教学新思维】2024-2025学年高二化学同步讲透教材（人教版2019选择性必修1）

科学的伟大进步，来源于崭新和大胆的想象力。 ——杜威 能否计算投料时，可逆反应达到化学平衡状态时各气体的量？ 如何计算可逆反应达到化学平衡状态时各气体的量？ SO2 O2 SO3 O2 化学平衡常数 化学平衡常数 学习目标 1 表达式 2 书写 3 意义 4 影响因素 5 计算 在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？ 问题探究 序号 起始时的浓度 ×10-2 mol·L-1 平衡时的浓度 ×10-2 mol·L-1 平衡时 c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) 1 1 1 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 2 1 3 0 0 0.25 2.25 0.75 0.75 3 0.25 3 0.75 0.75 0.24 2.96 0.79 0.79 1.0 800 ℃，在容积不变的密闭容器中发生反应： c(CO)•c(H2O) c(CO2)•c(H2) 一定温度下，表中的反应达到化学平衡状态时，生成物浓度的乘积与反应物浓度的乘积的比值是一个定值 交流▪研讨 1.0 1.0 该结论适用于其他可逆反应吗？ c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 是定值 问题解决 c (HI) c(H2)• c(I2) 是定值？ 序号 起始时的浓度 平衡时的浓度 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70 2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87 3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86 4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81 5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00 6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34 457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： ×10-3 mol·L-1 ×10-3 mol·L-1 3806 2882 3335 4106 4870 1653 问题解决 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 是定值 问题解决 c (HI) c(H2) • c(I2) 不是定值 需要考虑化学计量数？ c (HI) c(H2) • c(I2) 2 序号 起始时的浓度 平衡时的浓度 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70 2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87 3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86 4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81 5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00 6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34 457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： ×10-3 mol·L-1 ×10-3 mol·L-1 3806 2882 3335 4106 4870 1653 2 问题解决 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 是定值 问题解决 c (HI) c(H2) • c(I2) 不是定值 c (HI) • c (HI) c(H2) • c(I2) 是定值吗？ 是定值？ 即 c2 (HI) c(H2) • c(I2) 序号 起始时的浓度 平衡时的浓度 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70 2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87 3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86 4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81 5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00 6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34 457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： ×10-3 mol·L-1 ×10-3 mol·L-1 2 问题解决 48.38 48.61 49.54 48.48 48.71 48.81 在一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值(扣除实验误差) 该结论适用于其他可逆反应吗？ 500 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 序号 平衡时的浓度/mol·L-1 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.50 1.00 0.087 3 1.35 1.15 0.412 4 2.43 1.85 1.27 5 1.47 0.75 0.376 6.00×10－2 5.98×10－2 6.05×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 问题解决 平衡时 科学家们通过大量数据验证，证明了上述结论成立，计算得出的定值称为 一定温度下，可逆反应达到化学平衡状态时，生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘积的比值是一个定值，比值是一个常数。 规律总结 化学平衡常数，简称平衡常数，用K来表示。 平衡常数表达式 1 K＝ c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q 在非平衡时，即在任意的时刻 温馨提醒 · · c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q · · 浓度商 Qc Qc＝ c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q · · 问题探究 一个化学反应，用不同方式表达时，其平衡常数表达式相同吗？ 两个平衡常数之间有何关系？ K1＝ c2(NH3) c3(H2) c(N2) · K2＝ c(NH3) c3/2(H2) c1/2(N2) · K1＝ K2 2 问题探究 K1＝ c2(NH3) c3(H2) c(N2) · K2＝ c2(NH3) c3/2(H2) c1/2(N2) · 请写出反应的平衡常数表达式： 解后反思 一个化学反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？ 同一反应方程式，正反应和逆反应方程式的平衡常数互为倒数。 小试身手 写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 化学平衡常数 2 固体，视为定值 1 抓三点 不列入K表达式中 2 水的处理 水溶液中的水不写入K表达式中 其他形式的水则写入K表达式中 3 与化学方程式关系 方程式不同，其K表达式也不同 小试身手 写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 问题探究 C(s)＋H2O(g)＝CO＋H2 K1 　 CO＋1/2O2＝CO2 K2 　 H2＋1/2O2＝H2O(g) K3 　 写出反应：C(s)＋O2＝CO2的K与以上三个平衡常数间的关系 　 若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商) 解后反思 卤素与氢气的反应 物质 反应条件 反应方程式 氢化物稳定性 F2 冷暗处爆炸 H2＋F2＝2HF HF很稳定 Cl2 光照爆炸 HCl较稳定 Br2 加热至500℃ HBr较不稳定 I2 加热1 000℃ HI很不稳定 H2＋Br2 2HBr H2＋I2 2HI H2＋Cl2 2HCl 光照 知识回顾 25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数 化学方程式 平衡常数 ( K ) F2(g) + H2(g) 2HF(g) 6.5 ×1095 Cl2(g) + H2(g) 2HCl(g) 2.57 ×1033 Br2(g) + H2(g) 2HBr(g) 1.91 ×1019 I2(g) + H2(g) 2HI(g) 8.67 ×102 资料在线 化学平衡常数 3 K值越大，表示反应进行得越完全 K值越小，表示反应进行得越不完全 K值＞105反应基本完全 化学平衡常数的大小反映的是反应进行的程度大小，并不涉及反应时间和化学反应速率。也就是说， 某个化学反应的平衡常数很大，可能化学反应速率却很小。 平衡常数的大小反映的是反应进行的程度大小，并不涉及反应时间的化学反应速率。 即某个化学反应的平衡常数很大，可能化学反应速率却很小。 常温下：K＝5×108 常温下限度较大，但化学反应速率很小。 平衡常数受哪些因素影响？ 问题解决 温 度 /K 序 号 初始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 K c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 698 ① 0.01067 0.01196 0 0.001831 0.003129 0.01767 54.4 ② 0 0 0.01069 0.001141 0.001141 0.008410 54.0 798 ③ 0.01135 0.00904 0 0.00456 0.00195 0.00859 8. 3 ④ 0 0 0.01655 0.00339 0.00339 0.00977 8.3 观察与思考 K值与 浓度无关 在容积不变的密闭容器中发生反应： 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。 思考﹒ 讨论 压强不影响平衡常数的大小 温 度 /K 序 号 初始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 K c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 698 ① 0.01067 0.01196 0 0.001831 0.003129 0.01767 54.4 ② 0 0 0.01069 0.001141 0.001141 0.008410 54.0 798 ③ 0.01135 0.00904 0 0.00456 0.00195 0.00859 8. 3 ④ 0 0 0.01655 0.00339 0.00339 0.00977 8.3 观察与思考 K值与 温度有关 在容积不变的密闭容器中发生反应： 影响平衡常数因素 4 仅与温度有关 与压强、浓度、体积等其他因素无关 温度对平衡常数有影响，根据不同温度下平衡常数的大小，如何判断反应的热效应？ 问题解决 单击此处编辑母版文本样式 二级 三级 四级 五级 温度/K 初始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 K c(N2O4) c(NO2) c(N2O4) c(NO2) 298 0.050 0 0.02175 0.05650 0.1468 333 0.050 0 0.00488 0.0901 1.664 观察与思考 观察表格，想想影响K值大小的因素是什么？ 升温，K值增大 反应吸热 化学平衡常数应用 5 升温，K值增大，正反应为吸热反应 判断反应热效应 温 度 /K 序 号 初始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 K c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 698 ① 0.01067 0.01196 0 0.001831 0.003129 0.01767 54.4 ② 0 0 0.01069 0.001141 0.001141 0.008410 54.0 798 ③ 0.01135 0.00904 0 0.00456 0.00195 0.00859 8. 3 ④ 0 0 0.01655 0.00339 0.00339 0.00977 8.3 观察与思考 在容积不变的密闭容器中发生反应： 升温，K值减少 反应放热 化学平衡常数应用 5 升温，K值增大，正反应为吸热反应 判断反应热效应 升温，K值减少，正反应为放热反应 温升，K大，正吸热 α ＝ 某反应物已转化的量 该反应物的总量 ×100% ＝ 某反应物的起始量－某反应物的平衡量 该反应物的起始量 ×100% 平衡转化率 资料在线 不同投料时，合成氨可逆反应达到化学平衡状态时，如何求解各气体的量？ 合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。 设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)。反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。计算： 2. 该条件下反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数。 1. 该条件下N2的平衡转化率。 问题解决 起始量/mol 0.6 1.6 问题解决 0 转化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 0.6-x 1.6-3x 2x 2x 2.2－2x ＝ 4 7 x＝0.4 N2的平衡转化率＝ 0.6－0.4 0.6 66.7% 起始量/mol 转化量/mol 平衡量/mol 0.6 1.6 x 3x 2x 0.6-x 1.6-3x 2x 0.2 0.4 0.8 平衡量/mol/L 0.1 0.2 0.4 问题解决 K＝c(N2)×c3(H2)/c2(NH3) ＝0.1×0.23/0.42 ＝0.005 单击此处编辑母版文本样式 二级 三级 四级 五级 化学平衡常数应用 5 判断反应热效应 计算平衡量——三段式 起始量/mol 转化量/mol 平衡量/mol 在一定温度下的密闭容器中存在如下反应： 若c始(SO2)＝0.4 mol·Lˉ1，c始(O2)＝1 mol·Lˉ1，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，如何判断该反应是否达到平衡状态 ？ 2. 若未达到平衡，反应向哪个方向进行？ 请你试一试 起始浓度/mol·Lˉ1 转化浓度/mol·Lˉ1 某时浓度/mol·Lˉ1 0.4 1 0.4×50%　　 0.1 0.2 0.2 0.9 0.2 请你试一试 Qc ＝ 0.22 0.22 0.9 × 1.1 ＝ ＜19 未达平衡 向正反应方向进行 单击此处编辑母版文本样式 二级 三级 四级 五级 化学平衡常数应用 5 判断反应热效应 计算平衡量——三段式 判断反应是否平衡及进行方向 某时刻 Qc＝ c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q 平衡时 K＝ c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q 判断正在进行的反是否平衡及反应向何方向进行 Qc＝K 反应平衡 Qc≠K 反应不平衡 Qc＜K 生成物量偏低 向正反应方向进行 Qc＞K 生成物量偏高 向逆反应方向进行 已知化学反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，850℃时，平衡常数为1。 当上述反应进行到某时刻时，混合物中各组分的浓度分别为：c(CO)＝2.0×10－3 mol/L，c(H2O)＝3.5×10－3 mol/L， c(CO2)＝2.5×10－3 mol/L， c(H2)＝2.5×10－3 mol/L，此时该反应是否达到化学平衡状态？ 你学会了吗？ Qc ＝ 2.5×10－3 × 2.5×10－3 2.0×10－3 3.5×10－3 × 0.89 ＝ ＜1 故反应未达平衡，反应正向进行 化学平衡的本质是什么？ 思考﹒ 讨论 反应速率 时间(t) υ(正) υ(逆) υ(正)＝υ(逆) υ(正)==υ(逆) 电梯 平衡移动方向的判断 感受﹒ 理解 υ(正)＝υ (逆) 49 49 电梯 平衡移动方向的判断 感受﹒ 理解 υ(正)＞υ (逆) 平衡向着相对较快的方向移动! 电梯 平衡向着相对较快的方向移动! υ(正)＜υ (逆) 平衡移动方向的判断 感受﹒ 理解 如通入O2即增加O2的浓度，υ(正)和υ(逆)如何变化？ 反应速率 时间(t) υ(正) υ(逆) υ(正)＝υ(逆) υ´(正) υ´(逆) υ´(正)＝υ´(逆) 因一个平衡因条件改变，产生一个新的平衡 压强 温度 υ(正)＝υ (逆) w不变 化学平衡Ⅰ 改变某一条件 υ(正)≠υ (逆) 不平衡 条件Ⅰ 条件Ⅱ 压强 温度 υ'(正)＝υ'(逆) w不变 化学平衡Ⅱ 化学平衡的移动 化学平衡的移动 6 定义 1 由于温度、压强、浓度等反应条件的改变，而使可逆反应由一个平衡状变为另一个平衡状的过程 平衡向右移动 2 研究对象 已建立平衡状态的体系 3 注意 须是可逆反应（讨论平衡移动的前提） 移动是个过程，与时间有关，要有始态、终态（旧、新平衡） 外部条件必然发生改变 4 移动方向判断 υ(正)＞υ (逆) υ(正)＜υ (逆) 平衡向左移动 这节课我学到了什么？ （用一句话表示） 还有什么疑问？ 课堂小结 课堂小结 平衡常数越大，反应程度越大 平衡常数 平衡常数 表达式 K＝ c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q · · 意义 影响因素 仅与温度有关 与方程式相对应、固体/液体不写 书写 三段式 计算 课堂小结 浓度商 在非平衡时，即在任意的时刻 c (C) c (D) c (A) c (B) m n p q · · Qc＝ 判反应方向 Qc＜K 向正反应方向进行 Qc＞K 向逆反应方向进行 判热效应 升温 K减小 正反应放热 降温 K增大 正反应放热 升温 K增大 正反应吸热 降温 K减小 正反应吸热 课堂小结 化学平衡移动的本质 条件改变 引起 速率变化 若仍保持v(正)＝v(逆)，平衡不移动 若仍保持v(正)≠v(逆)，平衡移动 平衡移动方向的判断 感受﹒ 理解 实质 1 2 方向判断 υ(正)与υ(逆)相等被打破，平衡被破坏 υ(正)＞υ(逆) υ(正)＜υ(逆) 化学平衡向正反方向移动 化学平衡向逆反方向移动 特别提醒 反应速率、平衡浓度改变了，平衡不一定发生移动。 百分含量改变了，化学平衡一定发生移动。 1 2 已化学反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，850℃时，K=1 。 看我七十二变 1. 若2 mol CO和2 mol H2O(g)发生反应，求CO的转化率。 2. 若2 mol CO和10 mol H2O(g)发生反应，求CO的转化率。 50% 83.3% 近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题： H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)。在610 k时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 ①H2S的平衡转化率α1＝____%，反应平衡常数K＝__________。 ②在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2____α1，该反应的ΔH_____0。（填“＞”“＜”或“＝”） 2.5 2.8×10－3 ＞ ＞ 考考你自己 $$