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

第二章 化学反应速率与化学平衡 化学平衡 第二节 第2课时 化学平衡常数 知识回顾 温故知新 判断平衡状态的证据： 一正一逆成比例 变量不变达平衡 我们知道可逆反应到达平衡状态判断的方法 ： 定性 【思考】能否从定量的角度描述化学反应的限度呢？ 大量实验数据研究基础上，人们发现可用化学平衡常数来定量描述反应的限度 【图表信息】分析图表，你能得出什么结论呢？ 起始浓度/mol·L－1 平衡浓度/mol·L－1 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 8.430×10－3 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 在457.6℃时，反应体系H2(g) + I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度 一、认识化学平衡常数及表达式 【发现规律】 结论1： 为常数 c2(HI) c(H2) · c(I2) 化学平衡常数 结论：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。 一、认识化学平衡常数及表达式 在 ，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），符号用“ ”表示。 ———— ————— ————— K 一定温度下 ————— K 1、定义 2.表达式： 对于反应: mA(g) + nB (g) pC (g) + qD (g) 说明：其中c为各组分的平衡浓度 ∵浓度的单位为mol·L-1　 ∴K的单位为(mol·L-1)n； n=(p+q)-(m+n) ※当浓度的单位为 mol·L-1，称标准平衡常数，标准平衡常数不写单位 3.K的单位： 一、化学平衡常数 (1) 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 催化剂 ) ( ) ( ) ( 2 2 2 O c SO2 c SO3 c K · = 书写下列方程的平衡常数表达式 K= (4) Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温 3Fe(s) + 4H2O(g) c(CO2) c4(H2) 4(H2O) c K = K = ) Cr2O72- ( c ) CrO42- ( c 2 ) H+ ( c 2 (3) Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+ (2) CaCO3(s) CaO( s)+CO2(g) 4、 纯固体、纯液体浓度固定,不列入平衡常数的表达式中！ （气态水例外） K1 与 K3的关系？ N2+3H2 2NH3 2NH3 N2+3H2 N2 + H2 NH3 1 2 3 2 K 1 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c 2 3 2 3 2 = K 2 ) NH ( c ) H ( c ) N ( c 3 2 2 3 2 = K1 = 1/K2 K 3 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c / / 2 2 3 2 2 1 3 = ③ ② ① K1 ==K32 K1 与 K2的关系？ 对可逆反应，若反应方向改变，平衡常数与原平衡常数互为倒数 若方程式中化学计量数整体扩大n倍，平衡常数变为原来的n次方 二、化学平衡常数与方程式的关系 下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系 ①2NO(g) + O2(g) ⇋ 2NO2(g) ②2NO2(g) ⇋ N2O4 (g) ③2NO(g) +O2(g) ⇋ N2O4 (g) K3 = K1  K2 规律：若方程式相加，则总反应平衡常数等于分步平衡常数之乘积, 反之，相减则“除” △H的关系?? 3 = 1+ 2 ③ = ① + ② K1 = K3 / K2 ① = ③ - ② 二、化学平衡常数与方程式的关系 K与反应热之间有什么关系呢？ 方程式关系 K 相加 相减 倍数n 互为可逆反应 相乘 相除 倍数的幂次方 相加 相减 倍数 倒数 相反数 二、化学平衡常数与方程式的关系 已知如下反应： 2NO2(g) + NaCl(s) NaNO3(s) + ClNO(g) H1＜0 K1 2NO (g) + Cl2(s) 2ClNO(g) H2＜0 K2 求4NO2(g) + 2NaCl(s) 2NaNO3(s) + 2NO(g) + Cl2(g)的平衡常数 K3 及H3。 K3 = 请你思考！ 平衡常数受哪些因素影响？ 表1: 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 平衡常数不受浓度的影响，受温度影响 ①内因：反应中物质的性质 ②外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关 与反应的起始浓度大小无关 三、影响化学平衡常数的因素 K= mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g) a. K值越大，表示正反应进行的程度越大，反应物转化率也越大； b. 一般当K＞105时，该反应进行得基本完全。 一般当K < 10-5时，就认为反应很难进行。 K值越大， 说明平衡体系中生成物所占的比例越大 平衡常数数值大，并不代表此温度下反应速率快（不能预示反应达到平衡所需要的时间） 四、化学平衡常数的意义 对于一般的可逆反应： mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g) 在任意状态时，生成物与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用 Q表示： 其中c为任意时刻的浓度 其中c为平衡时的平浓度 Q 起点 Q=K 平衡状态 向正向进行 V正>V逆 向逆向进行 V正<V逆 Q<K Q>K 任何可逆反应的终极目标都是使 Q=K 多退少补，直到平衡 五、化学平衡常数的应用——判断反应进行的方向 高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) △H<0。 ①该反应平衡常数可表达为: K= 。 ②若反应向右进行，高炉内CO2和CO的体积比值_____， 平衡常数K值_____ (填“增大”“减小”或“不变”) ③1100℃时，K=0.263。测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L， 在这种情况下该反应是否处于平衡状态____(填“是”或“否”)， 此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）； 此时化学反应速率是V正____V逆(填“>”、“<”或“=”)， 增大 不变 否 > c(CO2)/c(CO)＝0.25＜0.263，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行 c(CO2)/c(CO) 正向 化学反应速率 随堂演练 16 【解析】 （1） H2 + I2 2HI 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 0.008 0 例1：在某温度下，将H2和I2各0.1 mol 的混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后c(H2)=0.008 0 mol/L。（1）求该反应的平衡常数。 0.002 0 0.002 0 0.004 0 0.008 0 0.004 0 c2 (HI) c(H2) · c(I2) ①列三段 ②填数字 ③列等式 六、化学平衡常数的计算 H2 + I2 2HI 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 解之得 x=0.004 0 mol/L 平衡时 c(H2)=c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L c2 (HI) c(H2) · c(I2) 解：（2）设反应中转化（或消耗）了xmol/L的氢气 （2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.2 mol，试求达到平衡状态时各物质的浓度。 ①列三段 ②填数字 ③列等式 17 例2：在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到830℃，达到下列平衡：CO(g)+H2O ⇌ 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。 解：设达到平衡时CO转化为CO2的物质的量为x mol，容器的容积为y L。 CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g) 起始浓度/mol • L-1 变化浓度/mol • L-1 平衡浓度/mol • L-1 2.0/y 10/y 0 0 x/y x/y x/y x/y (2.0-x)/y (10-x)/y x/y x/y K= c(CO2)⦁ c(H2) c(H2O) • c(CO2) CO转化为CO2的转化率为： 18 c(CO) : c(H2O) = 1:1 时 CO + H2O CO2 + H2 起始c 1 1 0 0 转化c -x -x +x +x 平衡c 1-x 1-x x x 解得 x = 0.5 α(CO)= 50% α(H2O)= 50% c(CO) : c(H2O) = 1:4 时 CO + H2O CO2 + H2 起始c 1 4 0 0 转化c -x -x +x +x 平衡c 1-x 4-x x x 解得 x = 0.8 α(CO)= 80% α(H2O)= 20% 已知CO(g) +H2O(g) ⇌ CO2 (g) +H2 (g) 800℃时K =1；求恒温恒容体系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4开始，达到平衡时CO和H2O(g)的转化率。 (1-x)(1-x ) x2 K = =1 (1-x)(4-x ) x2 K = =1 【结论】 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、表达式： 2、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。 (4)对于有多种反应物的可逆反应，增加其中一种反应物，其他反应物的转化率提高，而自身的转化率却降低。 符号表达 影响因素 温度 定量 表征 意义 判断反应进行的程度 判断可逆反应是否达平衡 通过Q与K的关系预测反应进行的方向 c平(A) ∙ c平(B) K＝ c c平(C) ∙ c平(D) d a b 化 学 平 衡 常 数 化学反应限度 课堂小结 Q = K 平衡状态； Q < K 反应正向进行； Q> K 反应逆向进行。 21 扩展补充1：压强平衡常数Kp 1.含义：在化学平衡体系中，各气体物质的分压代替浓度计算的平衡常数 N2 + 3H2 2NH3 例如：   某气体分压P=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数) 2.表达式： (1)已知：平衡总压为P平 Kp的计算模板 N2(g)　＋　 3H2(g) ⇌　2NH3(g) n(平) a b c p(分压) 第三段 a+b+c a ×P平 a+b+c b ×P平 a+b+c c ×P平 Kp= a+b+c a ×P平 （ ） 3 a+b+c b ×P平 （ ） 2 a+b+c c ×P平 （ ） 01 恒温恒压体系，计算Kp 1.向恒压密闭容器中加入4mol的CO2与足量的碳，初始体积为VL、压强为p MPa，发生反应C(s)+CO2(g) ⇌2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 计算925℃时，Kp=_________ 23p MPa 2. 850oC，向某刚性容器加入1.0 mol SO2和足量碳粉， 发生反应C(s)+SO2(g) S(g)+CO2(g)，反应经过11分钟达到平衡，平衡压强为p kPa ，平衡时硫蒸气的体积分数为1/3， 0～11 min内，平均反应速率v(CO2)=_______kPa·min-1(用含p的分数表示，下同)，化学平衡常数Kp=____ kPa(用平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压×物质的量分数)。 p/33 p/3 02 恒温恒容体系，计算Kp 02 恒温恒容体系，计算Kp 2. 850oC，向某刚性容器加入1.0 mol SO2和足量碳粉，起始压强为p kPa ，发生反应C(s)+SO2(g) S(g)+CO2(g)，反应经过11分钟达到平衡，平衡时硫蒸气的物质的量为0.45mol， 0～11 min内，平均反应速率v(SO2)=________kPa·min-1(用含p的分数表示，下同)，化学平衡常数Kp=________kPa(用平衡分压代替平衡浓度，平衡分压=总压×物质的量分数)。 9p/220 81p/220 7.［2025福建厦门一中高二联考］回答下列问题。 （1）已知甲醇催化加可以制取甲酸甲酯,一定温度下，在容积为 的 恒容密闭容器中充入和 ,发生反应: ,测得容器内的压强随时间的变化如表所示。 《一遍过》P31 0 2 4 6 8 10 12 14 — — — 在此条件下,该反应的平衡常数____ （用平衡分压代替平衡浓度 计算,分压 总压×物质的量分数）。 （2）一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的和 ,发生反 应。已知：初始压强为 ；乙烷 的平衡转化率为。平衡时该体系的压强为_____ ,该反应的平衡常 数____ 。 110 15 扩展补充：压强平衡常数Kp N2 + 3H2 2NH3   某气体分压P=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数) 一、恒温恒压 二、恒温恒容 1.时,向容积为 的刚性容器中充入和一定量的 发生反应: ,达到平衡时, 的分压 （分压总压×物质的量分数）与起始 的关系如图所示。已知:初始 加入时,容器内混合气体的总压强为; 。 下列说法正确的是( ) A.时， 时反应达到平衡状态,则 内 B.平衡常数: C.点时反应的平衡常数 D.点的平衡转化率大于 C 扩展补充2：多重平衡的计算 1.加热 ，依次发生的分解反应为 、 。 在 恒容密闭容器中充入气体，加热到 发生上述分解反应， 达到平衡状态后的物质的量为，的物质的量为。则 时 反应①的平衡常数为( ) B A.10.7 B.8.5 C.9.6 D.10.2 扩展补充2：多重平衡的计算 2.在一定温度下，向容积固定的密闭容器中加入足量的 和， 起始压强为 时，发生下列反应生成水煤气： Ⅰ. Ⅱ. 反应达平衡时，的转化率为，的物质的量为。 反应Ⅰ的平衡常数 为（以分压表示，分压 总压×物质的量分数）( ) A. B. C. D. B 扩展补充3：速率常数与平衡常数的换算及应用 1.某化学小组通过与 的反应来研究化学反应速率，已知： 与 在酸催化下发生反应 。资料显示 ，其中为速率常数。 时，测得实验数据 如表所示。根据表格数据信息可知，该反应的化学反应速率的表达式为 ( ) 实验编号 1 2 3 4 1 1 2 4 0.003 0.006 0.001 0.001 A. B. C. D. √ 扩展补充3：速率常数与平衡常数的换算及应用 已知反应aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)， 反应速率v正＝k正ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆cc(C) 当v正＝v逆时，反应达到平衡，即k正ca(A)·cb(B)＝k逆cc(C) ＝K ca(A)·cb(B) cc(C) ＝ k正 k逆 2.结论 K＝ k正 k逆 扩展补充3：速率常数与平衡常数的换算及应用 2.对于反应，用平衡时各组分压强关系表示的平衡常数为 。 在一定条件下与的消耗速率与自身压强间存在关系： ，。 其中、 是与反应及温度有关的常数。相应的消耗速率跟压强的关系如图乙所示， 一定温度下，、与平衡常数的关系是 _______。 在图乙中标出的点中，_________能表示反应达到平衡态，请说明理由：____________________。 点和点 、点的 K = = eq \f((0.0040)2,(0.0080)2) = 0.25 K= = =0.25 eq \f(1.66,2.0) ×100%=83% $$