2.2.3化学平衡常数 课件 2024-2025学年高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

2.2.3化学平衡常数 学习目标： 1.通过化学平衡状态时的浓度数据分析,认识化学平衡常数的含义。 2.构建化学平衡常数与平衡转化率相关计算的思维模型(三段式法),理清计算的思路,灵活解答各类问题。 课本P60 交流讨论 可逆反应2NO2 N2O4体系中各物质的物质的量浓度（25℃） 起始浓度/mol·L-1 平衡浓度/mol·L-1 平衡浓度关系 c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4) c2(NO2) 2.00×10-2 0 6.32×10-3 6.84×10-3 3.00×10-2 0 8.00×10-3 1.10×10-2 0 2.00×10-2 9.46×10-3 1.52×10-2 0 0.100 2.28×10-2 8.86×10-2 1. 1 1.3 1.6 3.9 171 171 170 171 试归纳总结平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的关系 温度相同 比值近似相同 起始浓度不同 反应途径不同 平 衡 浓 度 不 同 化学平衡时各物质浓度的关系 分析课本表2-6 25 ℃时反应体系 2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)中各物质的浓度数据,我们可以发现以下规律: (1)无论该反应从正向开始还是从逆向开始,平衡时只要温度一定, 的值近似相等。 (2)无论反应物或生成物的浓度如何改变,平衡时只要温度一定, 的值近似相等。 对于一般的可逆反应 在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足的数学关系式为,其结果是一个定值： 1.化学平衡常数的概念及表达式 生成物浓度幂之积 反应物浓度幂之积 该定值就是反应的化学平衡常数，用符号K表示。 aA+bB ⥫⥬ cC+dD 一、化学平衡常数 注意事项 ①K与起始浓度无关；与正向建立还是逆向建立平衡无关,即与平衡建立的途径无关。 ②计算时， c为各组分的平衡浓度(即三行式第三行) 。 aA+bB ⥫⥬ cC+dD 1. N2(g) + 3H2(g) ⥫⥬ 2NH3(g) 2. Cl2(aq) +H2O(l) ⥫⥬HCl (aq)+ HClO (aq) 3. 2Fe 3+ (aq) + 2I - (aq)⥫⥬ 2Fe 2+ (aq)+I2(s) 练习1：书写平衡常数表达式 注意:K值表达式中， 固体、纯液体、 水溶液中液态水不写 4.C(s)+CO2(g)⥫⥬2CO(g)　 5.CO(g)+H2O(g)⥫⥬H2(g)+CO2(g)　 6.C(s)+H2O(g)⥫⥬CO(g)+H2(g)　 注意: H2O(g) 要写入 K值表达式中 K=_______ 练习2：根据平衡常数表达式写出方程式 2SO2(g)+O2(g) ⥫⥬ 2SO3(g) 2NH3 ⥫⥬ N2+ 3H2 N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+ 3H2 N2 + H2 NH3 1 2 3 2 写出平衡常数表达式分析K1与K2的关系是_____， K1与K3的关系是____。 ①方程式系数变成原来的n倍，则平衡常数变成 原来的n次方；正逆反应平衡常数互为倒数 思考1：写出平衡常数表达式，思考K之间的关系 ②若两反应相加，则K值相乘； 若两反应相减，则K值相除 已知在一定温度下,下列各反应的焓变和平衡常数如下: ①C(s)+CO2(g)⥫⥬2CO(g)　ΔH1　K1 ②CO(g)+H2O(g)⥫⥬H2(g)+CO2(g)　ΔH2　K2 ③C(s)+H2O(g)⥫⥬CO(g)+H2(g)　ΔH3　K3 则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3=　　　　　　, K1、K2、K3三者关系为K3=　　　　　　　。  ΔH1+ΔH2　 K1·K2 思考2：写出平衡常数表达式，思考K之间的关系 2(双选)在某温度下，可逆反应： mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为Ｋ，下列说法正确的是 （　　 ） Ａ.Ｋ越大，达到平衡时，反应进行的程度越大． Ｂ.Ｋ越小，达到平衡时，反应物的转化率越大． Ｃ.Ｋ随反应物浓度改变而改变． Ｄ.Ｋ随温度改变而改变． 1.已知下列反应的平衡常数： ①H2(g) + S(s) H2S(g) K1 ②S(s) + O2(g) SO2(g) K2 则反应③H2(g) + SO2(g) O2(g) + H2S(g)的平衡常数是( ) A.K1 + K2 B.K1–K2 C.K1×K2 D.K1/K2 D ①-② 思考： 学习化学平衡常数有什么重要意义？对我们研究化学反应进行的程度有什么帮助？ 请大家阅读书本P61页及表2-7，并得出结论。 课堂探究 下表为25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数： 请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义。 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 2.化学平衡常数的意义 平衡常数的大小定量反映了化学反应进行的程度。 即：反应的限度 2.化学平衡常数的意义 aA+bB ⥫⥬ cC+dD 一般来说，平衡常数K>105，认为是完全反应 注意:平衡常数表示反应进行的程度，并不涉及化学反应速率。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。 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 课堂探究 下表为25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数： 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 内因：反应中物质的性质（主要因素） 3.化学平衡常数的影响因素 请根据以下数据分析平衡常数受哪些因素的影响？ 3.化学平衡常数的影响因素 请根据以下资料提供的数据，分析影响平衡常数的因素。 H2(g) + I2(g) 2HI(g)不同条件下的平衡常数 外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。 方程式方向和系数 已知合成氨的反应为： N2(g)+3H2(g) ) ⥫⥬ 2NH3(g) ΔH=-92.6kJ·mol-1 合成氨反应的平衡常数与温度的关系如下表： T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 【观察与思考】课本P61分析 4.根据化学平衡常数判断可逆反应的热效应 吸热反应： 放热反应： 升高温度，k值增大； 升高温度，k值减小； (1)浓度、温度变化时,平衡常数都会改变。(　　) (2)K值越大,表明可逆反应正向进行的程度越大。 (3)K值越大,该可逆反应的速率越快。(　　) (4)K值越大,反应越容易进行。(　　) × √ × × 二、平衡转化率( ) ×100%  = 该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度 该反应物的起始浓度 1、定义：某反应物在平衡时已转化的量与该物质起始时的总量的比值。 2、表达式： 3、理解注意： (1)转化率是对反应物而言的； (2)在一定温度下可逆反应中，K值越大，反应物的转化率就越高； (3)对于一给定可逆反应，K值只与温度有关，而 不仅与温度有关也与反应物起始浓度有关。 1.(双选)对于反应3Fe(s)+4H2O(g) ⇌ Fe3O4(s)+4H2(g)的平衡常数, 下列说法正确的是(　 　) BC 三、简单计算 1.计算的一般思路和方法 (1)计算模型——三段式法 　　　　　　　　 aA(g)+bB(g)⥫⥬cC(g)+dD(g) c始/(mol·L-1) n1 n2 0 0 Δc/(mol·L-1) ax 𝑏𝑥 𝑐𝑥 𝑑x c平/(mol·L-1) n1-ax n2-𝑏𝑥 𝑐𝑥 𝑑x (2)解题思路 3.基本计算关系 (1)各物质的物质的量浓度变化量之比=物质的量变化量之比=化学计量数之比。 (2)反应物的转化率= 。 (3)反应产物的产率= 。 (4)平衡时B组分的体积分数=平衡时B组分的物质的量分数= 。 例：在830 ℃时,发生反应: CO(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+H2(g)　ΔH<0。 (1)①起始时,c(CO)=2 mol·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,平衡 时CO的转化率为60%,水蒸气的转化率为　　; K值为　　　　。  ②若只将起始c(H2O)改为6 mol·L-1,则平衡时水蒸气的 转化率为　　。  40%　　 1 25% (2)若起始时c(CO)=amol·L-1,c(H2O)=b mol·L-1, c平(H2)=c mol·L-1,则: ①a、b、c之间的关系式是　　　　。  ②当a=b时,a=　　　　c。  2 c=𝑎𝑏/(𝑎+𝑏) (1)① 　　　　　　　　　CO(g) + H2O(g) ⥫⥬ CO2(g) + H2(g) 起始/(mol·L-1) 2 3 0 0 变化/(mol·L-1) 2×60% 2×60% 2×60% 2×60% 平衡/(mol·L-1) 0.8 1.8 1.2 1.2 α(H2O)=1.2mol·L−1/3mol·L −1×100%=40%, K= 。 ②温度不变,K值不变,设CO的转化浓度为x mol·L-1,则 　　　　　　　CO(g) + H2O(g )⥫⥬ CO2(g) + H2(g) 起始/(mol·L-1) 2 6 0 0 变化/(mol·L-1) x x x x 平衡/(mol·L-1) 2-x 6-x x x K=(𝑥·𝑥)/((2−𝑥)(6−𝑥))=1,x=1.5 α(H2O)=1.5mol·L−1/6mol·L−1×100%=25%。 (2) 　 　　　　　　　CO(g)+H2O(g)⥫⥬CO2(g)+H2(g) 起始/(mol·L-1) a b 0 0 变化/(mol·L-1) c c c c 平衡/(mol·L-1) a-c b-c c c K=(𝑐·𝑐)/((𝑎−𝑐)(𝑏−𝑐))=1,c=𝑎𝑏/(𝑎+𝑏)。当a=b时,a=2c。 【课堂练习】 1.写出下列反应的化学平衡常数： (1)2SO2(g)+O2(g) ⥫⥬ 2SO3(g) (2) C(s)+H2O(g) ⥫⥬ CO(g)+H2(g) (3)H2(g)+I2(g) ⥫⥬ 2HI(g) (4) 4NH3(g)+5O2(g) ⥫⥬ 4NO(g)+6H2O(g) 2.已知下列反应的平衡常数：① ， K1；② ，K2 ；则反应 的平衡常数是 C 3.已知 N2(g)+3H2(g) ⥫⥬ 2NH3(g)的平衡常数为K1，1/2N2(g)+3/2H2(g) ⥫⥬ NH3(g)的平衡常数为K2，NH3(g) ⥫⥬ 1/2N2(g)+3/2H2(g)的平衡常数为K3， ①写出K1和K2的关系式 。 ②写出K2和K3的关系式 。 ③写出K1和K3的关系式 。 K1=K22 K2=1/K3 K1=1/K32 4.在容积不变的密闭容器中，将 2molCO(g)与 3molH2O(g)混合加热到一定温度，发生CO (g) + H2O (g) ⥫⥬ CO2 (g) + H2 (g) 反应 ，反应达到平衡时，该反应的平衡常数K为1.0。正确的是 A．该反应的平衡常数表达式为 B．反应达到平衡时， C． CO 的平衡转化率为40% D．不管反应进行到何种程度，容器中原子个数之比 保持不变 D 33 5.在5L的密闭容器中充入2mol气体A和1mol气体B，一定条件下发生反应2A(g)+B(g) ⥫⥬ 2C(g)。达到平衡时，在相同温度下测得容器内混合气体的物质的量是反应前的5/6 ，则A的转化率为 A．67% B．50% C．25% D．5% B 知识拓展 压强平衡常数 1.压强平衡常数(Kp) (1)含义 在化学平衡体系中,由各气体物质的分压替代浓 度,计算的平衡常数叫压强平衡常数,用符号Kp 表示,其单位与表达式有关,一般不写。 (2)表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)⥫⥬pC(g)+qD(g),在一定温度下,达到平衡时,其压强平衡常数 。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示对应物质的分压。 注意　①混合气体中某组分的分压=总压×该组分的物质的量分数, 。 ②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+…。 例1(1)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g),达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的压强平衡常数Kp= 。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。  1/48 (2)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应2H2S(g)⥫⥬S2(g)+2H2(g)　ΔH>0。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为 　　　 　,平衡常数Kp=　　　　kPa。  50% 4.76 (2)设初始时H2S为1 mol,则Ar为4 mol,H2S转化了2x mol,列三段式: 　 2H2S(g)⥫⥬S2(g)+2H2(g) 初始量/mol 1 0 0 转化量/mol 2x x 2x 平衡量/mol 1-2x x 2x 平衡时H2S与H2的分压相等,则n(H2S)=n(H2),1-2x=2x,可得x=0.25,则H2S的平衡转化=0.25×2mol/1mol×100%=50%,平衡时,n(H2S)=n(H2)=0.5 mol, n(S2)=0.25 mol,此时容器中气体总物质的量为0.5 mol+0.5 mol+0.25 mol+4 mol=5.25 mol,则H2S(g)、S2(g)、H2(g)的分压分别为(100×0.5/5.25)kPa、(100×0.25/5.25)kPa、(100×0.5/5.25)kPa,代入 ,可得Kp≈4.76 kPa。 【随堂训练】 1.在温度为T时,将NH4HS(s)置于抽真空的容器中,当反应NH4HS(s)⥫⥬NH3(g)+H2S(g)达到平衡时,测得总压强为p,则该反应的压强平衡常数Kp为(　　) C 提高二氧化硫的转化率 放热 减小 $$