2.2.2化学平衡常数 平衡转化率 课件 2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

　化学平衡常数　平衡转化率 1.可逆反应和不可逆反应 在同一条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。如果反应只能向一个方向进行，则称不可逆反应。 知识回顾 注 意 (1)同一条件下，同时进行； (2)反应物不能完全转化为生成物。 (3) 使用“ ” 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 AC 2、化学平衡： (1)、定义：化学平衡状态，就是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 (1)逆： (2)等: (3)动: (4)定: (5)变: (6)同： 研究对象为可逆反应 v(正)= v(逆) 动态平衡v(正)= v(逆) ≠0 条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。 （2） 特征： 平衡的建立与途径无关 反应混合物中各组分的浓度保持不变（不一定相等） v（正）=v（逆）≠0 反应混合物中各组分的浓度(百分含量）保持不变 (3)化学平衡状态的判断依据： 对前后气体分子数相等的反应 如: H2(g)+I2(g) 2HI(g) 总物质的量、总压强、 平均摩尔质量在任何时候都不变,不能作为平衡状态的判断标志 对前后气体分子数不相等的反应 如:N2+3H2 2NH3 总物质的量、总压强、平均摩尔质量不再变化 密度(总质量 /容器的体积)要具体分析 小结：化学平衡状态的标志(变量不变，即是平衡) 对于密闭容器中的反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或物质的量分数一定 ②各物质的质量或各物质的质量分数一定 ③各气体的体积或体积分数一定 正、逆反应速率的关系 ①在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA ②在单位时间内消耗了n molB同时消耗p molC ③νA: νB: νC: νD=m:n:p:q ④在单位时间内生成了n molB,同时消耗qmolD 压强 ①m+n≠p+q时，总压强一定 ②m+n=p+q时，总压强一定 平均相对分子质量 ①当m+n≠p+q时,平均相对分子质量一定， ②当m+n=p+q时,平均相对分子质量一定， 温度 在其他条件不变的条件下，体系温度一定时 体系密度 容器体积保持不变，混合气体密度不变 颜色 反应体系内有色物质的颜色一定 √ √ √ √ √ √ √ √ √ 1、可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g) △H 达到 平衡的标志是 A 、C生成的速率与C分解的速率相等 B、单位时间生成 n mol A，同时生成 3n molB C、单位时间生成nmol A，同时生成 2nmolC D、νA: νB: νC=1:3:2 E、3ν正(A)=ν逆(B) ACEGH F、 A、B、C的浓度相等 G、 A、B、C的浓度不再变化 H、 A、B、C的物质的量不再变化 I、A、B、C的分子数之比为1 ∶3 ∶ 2 J、 反应的△H保持不变 2.在1 L恒容的密闭容器中，可以证明可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已达到平衡状态的是(　　) ①.v正(N2)=2v逆(NH3) ②.一个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成 ③. 3个H－H键断裂的同时，有6个N—H键生成 ④. c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2 ⑤.N2、H2、NH3的体积分数都不再改变 ⑥.混合气体的压强不再改变 ⑦其他条件不变时，混合气体的密度不再改变 ⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变 ②⑤⑥⑧ 若改为恒压容器呢？ ②⑤⑦⑧ 1.在体积不变的容器中进行的可逆反应： 2SO2+O2 2 SO3 ，达到平衡状态的标志是 SO2 、 O2 、 SO3的体积分数不再发生变化 B.总物质的量不再发生变化 C.总质量不再发生变化 D.总压强不再发生变化 E. SO2、O2、 SO3的浓度相等 F.混合气体的密度不变 G.平均摩尔质量不变 H2(g)+I2(g) 2HI(g) ABDG H.混合气体颜色不变 H H2、I2、HI H2、I2、HI 拓展提高： 颜色不变、温度不变 可作为平衡标志 2.将一定质量氨基甲酸铵置于密闭容器中（固体试样体积不计），在一定温度下体积恒定的容器里使其达到分解平衡：NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。判断该分解反应已达到化学平衡的是（ ） A.2v(NH3)=V(CO2) B.密闭容器中c(NH3):c(CO2)=2:1 C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变 E.1mol NH2COONH4(s) 分解同时有 17gNH3消耗 C B AD 3、 练习:下列说法中可以充分说明反应: P(气)+Q(气) R(气)+S(气) , 在恒温下已达平衡状态的是（　　　） (A)反应容器内压强不随时间变化 (B)P和S的生成速率相等 (C)反应容器内P、Q、R、S共存 (D)反应容器内总物质的量不随时间而变化 2P(气)+Q(气) R(气)+S(气)? 4.反应 A(g) +2B(g) C (g) +2D (s)在体积不变的 容器中进行下列叙述不是达到平衡的标志是 ( ) ①v正(C) = v逆(B) ②生成a molA的同时消耗2a molB ③A、B、C的浓度不再变化 ④混合气体的密度不再变化 ⑤混合气体的压强不再变化 ⑥混合气体的物质的量不再变化 ⑦A、B、C、D的分子数相等 A. ①⑦ B. ①⑤⑦ C.① ④ D.②⑥ A 状态! 5：在一定的温度下，向密闭容器中加入 1molX气体和2molY气体，发生如下反应: X(g)+2Y(g) 2Z(g)，此反应达到平衡的标志 A 容器内压强不随时间变化 B 容器内各物质的浓度不随时间变化 C 容器内的X、 Y、 Z浓度之比为1：2：2 D 单位时间内消耗0.1mol x同时生成0.2mol z E 混合气体的密度不随时间变化 变形：X(g)+2Y(g) 2Z(g)+D(g) X(s)+2Y(g) 2Z(g) AB B BE 7.研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)，在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　) A.体系压强保持不变 B.混合气体颜色保持不变 C.SO3和NO的体积比保持不变 D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 B 化学平衡状态判断依据 ②体积分数(或物质的量分数） 、总物质的量、总压强、平均相对分子质量、密度不变 ——绝对标志，一定平衡 ——相对标志，不一定达平衡 一句话：反应开始某个量在变，后来不变了，就说明达到平衡。 ①等(ν正 =ν逆)；定（各物质的浓度、物质的量、质量、颜色）不变 注意：在判断时需看三个方面： 一看条件（恒温恒容还是恒温恒压）；二看物质状态；三看系数。 　化学平衡常数　平衡转化率 初始浓度（mol/L） 平衡浓度（mol/L） C始(H2） C始(I2) C始(HI) C平（H2） C平(I2) C平（HI） 0.01067 0.01196 0 0.001831 0.003129 0.01767 0.01135 0.009044 0 0.003560 0.001250 0.01559 0.01134 0.007510 0 0.004565 0.0007378 0.01354 0 0 0.004489 0.0004798 0.0004798 0.003531 0 0 0.01069 0.001141 0.001141 0.008410 54.49783 54.61755 54.43245 54.15954 54.32762 交流·研讨 问题1：请根据表中的实验数据计算平衡时的 的值，将结果填入表中。 实验测得反应：H2（g）＋ I2（g） 2HI（g） 在698.6K时各物质的初始浓度和平衡浓度。 问题2︰请分析计算所得数据，寻找其中的规律。 C平（H2） C平（I2） C2平（HI） C平（H2） C平（I2） C2平（HI） 分析计算数据，得出规律： （1）不管H2 I2 HI的初始浓度多少，只要温度 不变，达平衡时，　　　　　　　为常数。 （1）定义：在一定温度下，当可逆反应达到平衡时，生成物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。这个常数叫该反应的化学平衡常数（平衡常数），符号：K （2）研究其他平衡体系也有相似的结论。 1：化学平衡常数 C平（H2） C平（I2） C2平（HI） （2）表达式： 对于一般可逆反应： 温度一定时，则有 为常数。 （3）单位： (mol/L-1)c+d-a-b CC平（C） Cd平（D） Ca平（A） Cb平（B） K = 平衡常数Ｋ只与温度有关， 与浓度、压强、催化剂等都无关. 外因： (4) 影响平衡常数大小的因素 内因：由反应本身决定。 规律：吸热反应：升高温度平衡常数增大 放热反应：升高温度平衡常数减小 CH3COOH+ C2H5OH CH3COOC2H5+ H2O 浓H2SO4 ②固体和溶剂水的浓度是常数，在K的表达式中不出现。 注： CO32-(aq)+H2O(l) HCO3-(aq)+OH-(aq) ①表达式中反应物或生成物的浓度是平衡时的浓度； ③水为气态时表达式中出现水的浓度。 C(S)+H2O(g)　　CO（g）+H2（g） ④ K 与 正向建立还是逆向建立平衡无关, 同一温度下可以有多个平衡状态，但平衡时 只有一个常数。 【交流．研讨】写出各反应的平衡常数表达式及对应单位，并讨论下面的问题。 反应 K 单位 1 2 3 假设 的平衡常数为K1， 则上述2和3的平衡常数？ K2=K12 K3 = 1/K2 = K1-2 ⑦同一个化学反应，平衡常数表达式， 数值，单位与化学方程式的书写方式有关。 ⑥对于给定的化学反应，正，逆反应的平衡常数互为倒数。 ⑤同一反应系数扩大a倍，则平衡常数变为Ka 　1:在2000K时,反应CO(g)+1/2O2(g） CO2（g） 的平衡常数为K,则相同温度下反应 2CO2（g） 2CO(g) + O2（g）的平衡常数为 （ ） A、 1/K B、 K2 C、(1/K)2 D、 K-1/2 C 巩固练习 < 吸热 △H1-△H2 2.平衡常数的应用 ⑴判断反应可能进行的程度 K>105时， 基本完全反应。 K在10-5～105之间 可逆反应。 K<10-5时， 很难反应。 对于同类型的反应（单位要一样） K值越大，反应越完全，K值越小，反应越不完全 请通过以下各反应平衡常数的数值，讨论反应可能进行的程度： 化 学 反 应 K的数值 反应程度 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)（570K） 约为1059 2HCl(g) H2(g)+Cl2(g) (300K) 约为10－33 PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) (470K) 约为１ 正反应 接近完全 正逆反应相当 正反应几乎不发生 对于可逆反应： 在一定温度下的任意时刻， Q叫做反应的浓度商 =K，反应达平衡状态， V(正)=V(逆) Q <K, 反应向正反应方向进行，V(正)>V(逆) >K, 反应向逆反应方向进行，V(正)<V(逆) ⑵判断反应进行的方向、反应是否达到平衡状态 练：2L的密闭容器中充入1 molN2和2.6 molH2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如下表所示: 1.此条件下该反应的化学平衡常数K=________ 2.反应达到平衡后，保持温度、容积不变，若向平衡体系中加入0.4molN2、1molH2和0.2molNH3 ，化学平衡将向________ 方向移动（填“正反应”或“逆反应”）。 0.1(mol/L)-2 Q<K,平衡向正反应方向移动 1.恒温条件下，在体积可变的密闭容器中发生反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 达到平衡时，测得CO、H2、CH3OH分别为1mol、1mol、1mol，容器的体积为3L。 ①该条件下，反应的平衡常数K＝ 。 ②再往容器中通入3mol CO，此时平衡将 移动（填“向右”、“向左”或“不”）。 解析：由平衡常数表达式K＝[CH3OH]/[CO][H2]2＝9 L2 ·mol-2。在体积可变的密闭容器中再往容器中通入3mol CO后，容器体积变为6L，然后代入Q表达式求出此时Q＝K，所以平衡不移动。 9 L2 ·mol-2 不 【针对训练】 1.已知：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) △H＝－41kJ·mol－1。某温度下，向容积为2L的密闭容器中充入1.0molCO(g)和1.0molH2O(g)，在tmin时达到平衡，测得放出了32.8kJ热量，由此可知在该温度下反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)的化学平衡常数为 。 2. 某温度下，SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g) △H =-98kJ·mol-1。开始时在100L的密闭容器中加入4.0molSO2和10.0mol O2，当反应达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=____________。 0.0625 3.33或10/3 针对性练习： 3．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应： ①NH4I（s） NH3（g）＋HI（g）； ②2HI（g） H2（g）＋I2（g）。 达到平衡时，c（H2）＝0.5mol·L－1，c（HI）＝4mol·L－1， 则此温度下反应①的平衡常数为 （ ） A．9 B．16 C．20 D．25 C 4、已知反应 ① CO(g)＋CuO(s) CO2(g)＋Cu(s) ΔH1 ② H2(g)＋CuO(s) Cu(s)＋H2O(g) ΔH2 ③ CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH3 ④ CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH4 ⑤ 1/2CO2(g)＋1/2H2(g) 1/2CO(g)＋1/2H2O(g) ΔH5 在相同温度下的平衡常数分别为K1 、K2、K3、 K4 、 K5则下列说法正确的是(　　) A.反应①的平衡常数K1＝[CO2][Cu]/[CuO][CO] B. 焓变的关系为：ΔH3 ＝ ΔH1 -ΔH2、 ΔH4 = - ΔH3、 ΔH4=2ΔH5 C. 平衡常数的关系为：K3＝ K1 - K2、 K4 = - K3、K4= 2 K5 D.反应①在一定温度下达到平衡，增加CO浓度平衡右移，K增大 B 提醒：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 化学反应方向或系数改变，化学平衡常数均发生改变。 K3＝ K1 / K2、 K4 = 1 / K3、K5 = K42 素养——有关化学平衡计算题的解题技能 化学平衡的计算 ①写出化学平衡的化学方程式； ②找出各物质的初始量、转化量、平衡量； ③根据已知条件列方程计算。 ①反应物：初始浓度-转化浓度=平衡浓度。 生成物：初始浓度+转化浓度=平衡浓度。 ②各物质的转化浓度之比等于 各物质前的化学计量数之比。 1.计算模式——三段思维法 2.物质浓度的变化关系 A的转化量 A的初始量 ×100% △n(A) n0(A) 二、平衡转化率(α) 1、计算式：对于化学反应aA+bB cC+dD，反应物A的平衡转化率可表示为： α(A) = ×100% = △c (A) c0(A) ×100% = 小结：1、平衡转化率的有关计算 (1)已知初始浓度和平衡浓度，求平衡常数和平衡转化率 (2)已知平衡转化率和初始浓度，求平衡常数。 (3)已知平衡常数和初始浓度，求平衡转化率。 ①化学平衡常数K可以推断反应进行的_______。 ②K越大，说明反应进行的越_______，反应物的转化率也越____，但K只与_____有关。 ③转化率也可以表示某一可逆反应进行的_____ α越大，反应进行的越_____，但是α与反应物的起始浓度等因素有关。 ④转化率变，K________变，但K变了，转化率 ______变。 程度 完全 高 温度 程度 完全 不一定 一定 小结：2、化学平衡常数与转化率的区别和联系 在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为 1.0 mol·L－1，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示： 【练习】1.在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是 A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.15 mol·L－1 , Z为0.1 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1 此题可用极端假设法假设反应逆向进行到底： 　　　　　 　 X2(g)＋Y2(g)2Z(g) 起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围为0＜c(X2)＜0.2 mol·L－1，0.2 mol·L－1＜c(Y2)＜0.4 mol·L－1,0＜c(Z)＜0.4 mol·L－1。A项符合题意。 6．一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 (　　) A．①② B．②④ C．③④ D．①④ D 2.设反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ,ΔH1，其平衡常数为K1。 反应②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ; ΔH2，其平衡常数为K2。在不同温度下，K1、K2的值如下： 温度 K1 K2 973 K 1.47 2.38 1 173 K 2.15 1.67 （1）从上表可以推断：ΔH2 0（填“>”或“<”）。 （2）现有反应 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ;ΔH3，其平衡常数为K3， ΔH3= （用△H1、△H1表示） K3的值为 （用K1、K2表示）, 该反应是 反应（填“放热”或“吸热”）。 1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。 2．明确三个关系： (1)对于反应物，起始量－变化量＝平衡量。 (2)对于生成物，起始量＋变化量＝平衡量。 (3)各物质转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 3．计算方法：三段式法 化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。 　　　　　　mA(g)　＋　nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始(mol) a b 0 0 变化(mol) mx nx px qx 平衡(mol) a－mx b－nx px qx ③对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)，则该反应的平衡常数的表达式Kp＝____________；如果p4＝0.36 MPa，求a点的平衡常数Kp＝____________。(保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数) 答案：③eq \f(p2CO·p2H2,pCO2·pCH4)　1.64(MPa)2　 $$