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

第二节 化学平衡 第二章 化学反应速率与化学平衡 二、化学平衡常数 吃吃喝喝，星辰大海 1 起始时浓度mol/L 平衡时浓度mol/L 平衡时 c (H2) c(I2) c (HI) c[H2] c[I2] c[HI] 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 平均值 48.70 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 思考：在一定温度下，化学平衡体系H2(g)＋I2(g)　　2HI(g)中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？你能找到哪些规律？ 课本33-34页 一、化学平衡常数 分析课本33-34页表2-1，在457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)　　2HI(g)中各物质的浓度数据，我们可以发现以下规律： 1.化学平衡状态时浓度数据分析 (1)温度不变(保持457.6℃)时， 为常数,用 K 表示，K=48.70； 2 c (HI) c(H2) · c(I2) (3)常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关，即与平衡建立的过程无关。 (2)常数K与反应的起始浓度大小无关； 一、化学平衡常数 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，称为化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。 2.化学平衡常数的概念 3.化学平衡常数的表达式 当在一定温度下达到化学平衡时， 浓度的单位为mol·L-1，K的单位为(mol·L-1)（p+q-m-n）； 本书不考虑有关量的单位。 化学方程式 平衡常数表达式 2NO2(g)　　N2O4(g) ___________ 3Fe(s)＋4H2O(g)　　Fe3O4(s)＋4H2(g) ____________ Br2＋H2O　　H＋＋Br－＋HBrO _______________________ 写出下表中各反应的平衡常数表达式： 例题1 深度思考 化学平衡常数表达式中不出现固体或纯液体的浓度。 例题2 平衡常数表达式及其关系 N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+ 3H2 N2 + H2 NH3 1 2 3 2 根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 K1= =K3 2 K1= K2= K3= K1、K3、K3的关系是 例题3 平衡常数表达式及其关系变式 已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下： 则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝___________，K1、K2、K3三者关系为K3＝________。 ΔH1＋ΔH2 K1·K2 解析　化学方程式如果相加(或减)，则总热化学方程式的焓变应为两热化学方程式的焓变之和(或差)，而平衡常数则为两方程式平衡常数的乘积(或商)。 总结归纳 一、化学平衡常数 (1)化学平衡常数表达式书写注意事项 ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。 ①化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。 ②方程式的系数扩大n倍，K变为Kn； 正反应与逆反应的K，互为倒数 (2)多重平衡时，若两反应的平衡常数分别为K1、K2 平衡常数的大小反映了化学反应进行的 (也叫 )。 K越大，表示反应进行得越 　 ，平衡时反应物的转化率越 ，K越小，表示反应进行得越 ，平衡时反应物的转化率越 。一般来说，当K＞ 时，该反应就进行得基本完全了。 程度 反应的限度 完全 大 105 不完全 小 定量地衡量化学反应进行的程度 4.化学平衡常数的意义 (1)内因：不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学 平衡常数的主要因素。 5.化学平衡常数的影响因素 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响， 而其它外界条件，如浓度、压强、催化剂等变化对其无影响。 不同温度下，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数： T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 2.45×109 1.00×109 1.88×104 2.99×103 例题4 正误判断 (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)在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响(　　) (5)K值越大，反应越容易进行(　　) × √ × √ × 二、化学平衡的应用 平衡常数K能表示反应进行的完全程度，一个反应的K值越大，表明平衡时生成物浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率越大。 １、判断反应进行的程度 二、化学平衡常数的应用 例：已知反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。此温度下，在体积恒定的密闭容器中加入一定量的CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下： 思考：①此时，反应是否达到平衡状态？ ②此时，v正与v逆的大小关系？ 否 v正>v逆 2、判断某可逆反应是否处于平衡状态或平衡进行的方向 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/mol·L-1 0.1 0.1 0.1 一、化学平衡的应用 当Q＜K，化学平衡向正方向移动，直至达到新的平衡状态； 当Q＝K，可逆反应处于平衡状态； 当Q＞K，化学平衡向逆方向移动，直至达到新的平衡状态。 2、判断某可逆反应是否处于平衡状态或平衡进行的方向 如某温度下，可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 平衡常数为K，任意时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下： 称为浓度商, 一、化学平衡的应用 “三段式”法进行化学平衡的有关计算 可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应： 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。 4、化学平衡的有关计算 (1)解题模板： 　　　　　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 4、化学平衡的有关计算 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转) 4、化学平衡的有关计算 4、化学平衡的有关计算 (2)解题步骤 课本例1 在某温度下，将含有H2和I2各0.10mol的气体混合物充入容积为10L的密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)=0.0080mol/L。 (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(g)和I2(g)各0.2mol，试求 达到化学平衡时各物质的浓度。 规律：气体等体积反应，在恒温恒容条件下，等比例增加物质的浓度，物质的转化率不变，平衡浓度是原来平衡的倍数。 (1)的平衡转化率为20% (2)的平衡转化率为20% (3)求两次反应的平衡转化率。 课本例2变式 在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与2.0 mol H2O 混合加热到830℃，达到下列平衡：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和H2O的转化率。 2.0 mol CO与10 mol H2O 规律：增大一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，而本身的转化率减小。 平衡(1)H2O的平衡转化率为50% 平衡(2)H2O的平衡转化率为16.7% 例题5 深度思考 某恒定温度下，在一个2 L的密闭容器中充入气体A、气体B，其浓度分别为2 mol·L－1、1 mol·L－1，且发生如下反应： 3A(g)＋2B(g)　　4C(？)＋2D(？)。反应一段时间后达到平衡状态，测得生成1.6 mol C，且反应前后气体的压强比为5∶4，回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式为_______________。 (2)B的转化率为______。 (3)增加C的量，A、B的转化率______(填“变大”“变小”或“不变”)。 40% 不变 相同温度下，体积相等的两个恒容密闭容器中发生如下反应： N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH＝－92.6 kJ·mol－1，实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示： 例题6 容器编号 起始时各物质物质的量/mol 到达平衡时能量的变化 N2 H2 NH3 ① 1 3 0 放出热量：27.78 kJ ② 0.9 2.7 0.2 放出热量：Q kJ √ 化学平衡常数 表达式 固体、纯液体不出现在平衡常数中 影响因素：与温度有关，与反应物或生成物浓度变化无关 应用 判断可逆反应进行程度 判断可逆反应进行方向 当Q＜K，化学平衡向正方向移动（v正>v逆） 当Q＝K，可逆反应处于平衡状态（v正=v逆） 当Q＞K，化学平衡向逆方向移动（v正<v逆） 相关计算—三段法 小结 微专题3 压强平衡常数及其应用 对恒温、恒压条件下的可逆反应，用压强平衡常数分析解决问题往往比较简单。 1.分压 (1)定义：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。 (2)计算公式： (3)分压定律：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＋… 2.压强平衡常数 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)　　eC(g)＋fD(g)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的表达式：Kp＝　　　　 　。 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CO2(g)＋3H2(g)　　CH3OH(g)＋H2O(g)反应，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 2 3 4 跟踪训练 1 2 3 4 解析　 CO2(g)＋3H2(g)　　CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol 1 3 0 0 变化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 2.650 ℃时，一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)　　2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为40%，总压强为p总。 (1)平衡时CO2的转化率为________。 1 2 3 4 25% 解析　设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有 　　　 C(s)＋CO2(g)　　2CO(g) 始态/mol 1 0 变化/mol x 2x 平衡/mol 1－x 2x (2)已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。 用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝________。 0.27p总 解析　平衡时CO的体积分数为40%，则CO2的体积分数为60% 1 2 3 4 3.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.1000 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表： 1 2 3 4   活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa 200 ℃ 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93 335 ℃ 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p 根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：__________________， 计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 1 2 3 4   活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa 200 ℃ 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93 335 ℃ 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p 解析　1 L恒容密闭容器中加入0.1000 mol NO和2.030 mol 固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶　1∶1，可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方 1 2 3 4 4.乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶粘剂、皮革生产过程所需的有机溶剂，而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。在刚性容器压强为1.01 MPa时，乙酸甲酯与氢气制备乙醇主要发生如下反应： CH3COOCH3(g)＋2H2(g)　　CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g) 1 2 3 4 一定温度下，以n(CH3COOCH3)∶　n(H2)＝1∶10的投料比进行反应，乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图所示： 1 2 3 4 (1)A点时，CH3COOCH3(g)的平衡分压为__________，CH3CH2OH(g)的体积分数为______%(保留一位小数)。 0.01 MPa 8.9 解析　由图可看出，转化率为90%时，总压为1.01 MPa，已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10，列三段式求解： CH3COOCH3(g)＋2H2(g)　　CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g) 初始/mol　　　1　　　　 10　　　　　0　　　　　　0 反应/mol 0.9 1.8 0.9 0.9 平衡/mol 0.1 8.2 0.9 0.9 1 2 3 4 1 2 3 4 (2)此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝_________MPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数，列出计算式，不要求计算结果)。 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)， K= K＝ K＝ K＝ 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 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝。   则有①平衡常数 ②平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③平衡时A的转化率：α＝×100%， A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。 ④平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。 ⑤平衡时和开始时的压强之比：＝。 ⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L－1。 ⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量： ＝ g·mol－1。 ⑧生成物产率＝×100%。 K＝  下列叙述错误的是 A.容器①②中反应的平衡常数相等 B.平衡时，容器①中NH3的体积分数为 C.容器①达到平衡时，混合气体的密度是同温同压下H2密度的5倍 D.容器②中平衡常数K＝  K= mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)， 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×。    MPa－2  或 依据：分压＝总压×物质的量分数，则p(CO2)＝8× MPa＝ MPa，  p(H2)＝8× MPa＝4 MPa，   p(CH3OH)＝8× MPa＝ MPa，p(H2O)＝8× MPa＝ MPa，所以  Kp＝ MPa－2＝ MPa－2。  因此有×100%＝40%，解得x＝0.25，CO2的转化率为×100%＝25%。 故Kp＝＝≈0.27p总。 C＋2NON2＋CO2 程式为C＋2NON2＋CO2。该反应的平衡常数Kp＝，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp＝。  总压为1.01 MPa，因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01 MPa ×＝0.01 MPa；  CH3CH2OH(g)的体积分数即为物质的量分数，其体积分数＝×100%≈8.9%。 解析　 Kp＝ MPa－1。 $$