2.2.1 化学平衡 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 第二节 化学平衡 课时1 化学平衡状态和化学平衡常数 2025/6/17 2 核心素养 宏观辨识与微观探析： 从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 证据推理与模型认知： 熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。 科学探究与创新意识 应用化学平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及反应进行的方向，提升从定量的角度分析化学反应的能力。 2025/6/17 3 课堂导入 从反应的速率方面工业合成氨反应条件的选择 合成氨的简要流程图 影响化学反应速率的本质因素是内因反应本身的性质或特点 高温，高压，催化剂等因素会加快合成氨化学反应速率 meiyangyang8602 高温，高压，催化剂是否同样可以提高合成氨的产率呢？ 2025/6/17 4 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(N2) 1 0.9 0.8 0.75 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 c(H2) 3 2.7 2.4 2.25 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 c(NH3) 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 某密闭容器中发生如下反应： 2025/6/17 5 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 正向： N2 + 3H2 2NH3 随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2与H2的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 2025/6/17 6 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 N2 + H2 NH3 (1) 开始时c(N2) 、c(H2)大， c(NH3) =0 v(正)最大，v(逆)=0 2025/6/17 7 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 N2 + H2 NH3 (2) 瞬间后c(N2) 、c(H2 )变小 ,c(NH3)≠0 正逆反应都进行，v(逆) ≠0，v(正)> v(逆) 2025/6/17 8 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 (3) c(N2) 、c(H2)逐渐变小，c(NH3)逐渐增大， 三种物质的浓度达到一个特定值。 v(正)= v(逆) ≠0 N2 + H2 NH3 化学平衡状态 2025/6/17 9 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 图像分析 各物质的浓度 不再变化 2025/6/17 10 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图 逆向：2NH3 N2 + 3H2 NH3 N2 H2 浓度 时间(t) 随着反应的进行，体系中N2与H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 若反应物为NH3，情况又怎样？ 2025/6/17 11 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图 2025/6/17 12 一、化学平衡状态 1. 化学平衡的建立 v(正)>v(逆) 用速率变化图像表示化学平衡状态的建立 v(正) v(逆) 反应速率 时间(t) 反应处于平衡状态 t1 v(正)= v(逆)≠0 当正、逆反应速率相等时，达到看似不变的“表面静止”状态，但实际反应并未停止，一直在进行中 2025/6/17 13 一、化学平衡状态 2. 化学平衡的定义及特征 (1) 定义 在一定条件下，在可逆反应体系中，____________与____________相等，反应物的浓度与生成物的浓度____________，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 正反应速率 逆反应速率 均保持不变 (2) 特征 动态平衡 平衡时，各组分的浓度保持一定 当外界条件改变，原平衡发生移动 研究的对象 可逆反应 逆 v(正)＝v(逆) ≠0(本质) 等 动 定 变 2025/6/17 14 一、化学平衡状态 2. 化学平衡的定义及特征 化学平衡状态是可逆反应的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度。 转化率(α) = 转化的量 起始的量 ×100％ 量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等 化学反应的限度 化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率 同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度 2025/6/17 15 课堂练习 各物质的起始量/mol 充分反应后各物质的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3 5 15 0 3 9 4 【例1】某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应达到化学平衡，请根据以下数据计算达到化学平衡时H2的转化率。 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 起始量/mol 变化量/mol 平衡量/mol 5 15 0 2 6 4 3 9 4 平衡时H2的转化率 α＝ ×100% ＝40% 6 mol 15 mol 平衡时反应物的转化率是该条件下反应物能达到的最大转化率 2025/6/17 16 一、化学平衡状态 3. 三段式极端假设法确定各物质浓度范围 根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。 如在恒温恒容密闭容器中发生可逆反应X2(g)+Y2(g) ⇌2Z(g),X2、Y2、Z的初始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.2 mol·L-1。 2025/6/17 17 一、化学平衡状态 3. 三段式极端假设法确定各物质浓度范围 假设反应正向进行到底: X2(g)+Y2(g) ⇌ 2Z(g) 终态浓度/(mol/L)　　0　　 0.2　　　0.4 假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) ⇌ 2Z(g) 终态浓度/(mol·L-1)　 0.2　　0.4　　　 0 平衡体系中各物质的浓度数值范围为c(X2)∈(0,0.2),c(Y2)∈(0.2,0.4),c(Z)∈(0,0.4)。 例1 在一恒容密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.3 mol·L-1。当反应达到平衡时,可能存在的数据是( 　) A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1 B.SO2、SO3均为0.8 mol·L-1 C.SO3为0.4 mol·L-1 D.SO2为0.35 mol·L-1 D 课堂练习 例2 一定条件下,对于可逆反应X(g)+4Y(g) ⇌2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.4 mol·L-1、0.1 mol·L-1,则下列判断错误的是 (　) A.c1∶c2=1∶4 B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶1 C.若反应正向进行,X、Y的转化率相等 D.c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L-1 D 2025/6/17 18 18 (1) 等——“正逆相等” 一、化学平衡状态 4. 化学平衡状态的判断 对于反应： ①同一物质(两种表述):、断键数=成键数。 ②不同物质:;速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率。 若是化学键，则要根据具体物质的结构，描述清楚化学键的个数以及所表示的反应方向。 2025/6/17 19 2025/6/17 20 3v(N2)＝v(H2) ( ) 状态01 2v正(N2) ＝ v逆(NH3) ( ) 状态02 消耗 1 mol N2的同时，生成2 mol NH3 ( ) 状态03 1 mol H-H键断裂的同时，2molN-H键断裂 ( ) 状态04 单位时间内消耗的N2量是NH3量的两倍 ( ) 状态05 【例2】 ，请根据所学：判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 N2 + 3H2 2NH3 课堂练习 2025/6/17 21 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据 ①随反应进行一定改变的量有______________________当这些量不再变化时，反应达平衡。 浓度 (反应物\生成物) 物质的量 (反应物\生成物) 质量 (固体/液体) 颜色 (有色物质) 转化率 (α反) 2025/6/17 22 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 ②绝热体系中温度为变量,当其不随时间而改变时,反应达到平衡。 ③气体的p总、V总、n总 左=右：_____________ 看气体 左右系数和 左≠右：_____________ 例如：N2 + 3H2 2NH3 4 2 > 变量 定量 例如：反应2HI H2+I2 2 2 ＝ (pV＝nRT) 2025/6/17 23 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 变量 ④气体体积分数/物质的量分数 (pV＝nRT) φ(B) ＝ nB n总 φ(B)不变时 A(g) + B(g) 2C(g) φ(B) ＝ nB n总 φ(B) ＝ 1 2 定量 变量 定量 A(s) B(g) + C(g) 注意：如果题干给出了参与反应的物质的具体物质的量，需要用三段式将每种物质的物质的量分数表示出来再判断是否为变量！ 2025/6/17 24 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 ④气体平均相对分子质量 NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) 2 3 1 3 M＝ ×17＋ ×44 2 3 1 3 定量 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 左≠右：_____________ n总为变量 变量 变量 定量 2025/6/17 25 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 ④气体平均相对分子质量 左=右：_____________ n总为定量 2A(g)+ B(s) 2C(g) 变量 变量 定量 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 左=右：_____________ n总为定量 定量 定量 定量 看状态 看系数 反应式 恒温 恒容 密闭容器，ρ不变时 恒温 恒压 密闭容器，ρ不变时 2025/6/17 26 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变” 4. 化学平衡状态的判断 ⑤气体平均密度 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 恒容时，不用考虑系数 定量 定量 定量 pV＝nRT 随着反应进行，V减小 ρ＝ m总 V 变大 看状态 看系数 2025/6/17 27 一、化学平衡状态 (2) 定——“变量不变”总结！！！ 4. 化学平衡状态的判断 看状态 看系数 恒压 恒容→m总 pV＝nRT 例3 一定条件下密闭容器中发生反应:2SO3(g) ⇌O2(g)+2SO2(g)。该反应达到平衡状态的标志是(　) A.SO3、SO2、O2三种气体共存时 B.SO3的消耗速率等于O2的消耗速率 C.容器中各组分的体积分数不随时间而变化 D.容器中混合气体的总质量不变 C 课堂练习 2025/6/17 28 28 例4 [2024·辽宁实验中学期中] 一定温度下,在固定容积的密闭容器中发生可逆反应mA(g)+nB(g) ⇌pC(g)+qD(s), 当m、n、p、q为任意正整数时,下列状态一定能说明反应已达到平衡状态的是(　) ①体系的压强不再发生变化 ②体系的密度不再发生变化 ③各组分的物质的量浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤物质的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)∶n(D)=m∶n∶p∶q A.③④⑤ B.②③④ C.①②③④ D.①②③④⑤ B 课堂练习 2025/6/17 29 29 1. 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)反应物和生成物浓度相等时,化学反应达到平衡(　) (2)反应混合物中各组分的浓度之比等于化学计量数之比时,反应达到平衡(　) (3)平衡体系的颜色不变时,反应达到平衡 (　) (4)绝热的恒容反应体系中温度保持不变时,反应达到平衡(　) (5)1 mol N≡N断裂的同时,有6 mol N—H形成,说明合成氨的反应达到了平衡(　) ×　　 × √ √ × [解析]处于化学平衡状态时反应物和生成物浓度不再改变,并不是浓度相等。 [解析]处于化学平衡状态时反应物和生成物浓度不再改变,并不是浓度之比等于化学计量数之比。 课堂练习 2025/6/17 30 2. [2024·福建厦门一中月考] 下列图像表示的反应为可逆反应的是(　) A B C D D　　 [解析]可逆反应不能反应完全,达到平衡状态时体系内反应物和生成物共存,各组分浓度保持不变。达到平衡状态时体系内A、B、C共存,且各组分浓度保持不变。 课堂练习 2025/6/17 31 3.在恒温恒容的密闭容器中,下列物理量不变时,能表明反应A(g)+2B(g) ⇌C(g)+D(g)已经达到平衡状态的是 (　) ①混合气体的压强　②混合气体的密度　 ③A的物质的量浓度　④混合气体总物质的量　 ⑤混合气体平均相对分子质量　 ⑥v(C)和v(D)的比值　⑦混合气体总质量　⑧混合气体总体积 A.①②③④⑤⑥⑦⑧　　 B.①③④⑤ C.①②③④⑤⑦ D.①③④⑤⑧ B　　 课堂练习 2025/6/17 32 4. [2024·上海普陀区宜川中学月考] 某可逆反应在容积为5 L的恒容密闭容器中进行,0~3 min内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体)。 (1)①该反应的化学方程式为   　　　　　　　　。  ②反应开始至2 min时,B的平均反应速率为  　　　 　。  2A(g)+B(g) ⇌2C(g) 0.1 mol·L-1·min-1 [解析]根据图像可知,随着时间的推移A、B物质的量减小,C物质的量增大,则A、B为反应物,C为生成物,0~2 min内A、B、C物质的量的改变值依次为2 mol、1 mol、2 mol,转化的物质的量之比等于化学计量数之比,该反应为可逆反应,该反应的化学方程式为2A(g)+B(g) ⇌2C(g)。 课堂练习 2025/6/17 33 (2)①能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　(填字母)。  a.v(A)=2v(B) b.容器内混合气体的密度保持不变 c.2v逆(A)=v正(B) d.容器内各物质的质量保持不变 d [解析] v(A)=2v(B),没有指明反应速率的方向,不能说明反应已经达到平衡状态,a错误; 该反应的所有物质都呈气态,建立平衡的过程中混合气体的总质量始终不变,在恒容容器中混合气体的密度始终不变,容器内混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态,b错误; 课堂练习 2025/6/17 34 ②如图所示是该可逆反应的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是　　　　(填字母)。  A.t1时,反应只有正方向在进行 B.t2时,反应达到最大限度 C.t2~t3,反应不再进行 D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化 BD 课堂练习 2025/6/17 35 2025/6/17 36 二、化学平衡常数 表1 800 ℃时反应体系中各物质的浓度 序号 起始时的浓度 平衡时的浓度 平衡时 (×10-2 mol·L-1) (×10-2 mol·L-1) 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 0.21 2.96 0.79 0.79 1.0 1.0 1.0 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 示例：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1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 2025/6/17 37 二、化学平衡常数 序号 起始时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 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 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 3806 2882 3335 4106 4870 1653 2025/6/17 38 二、化学平衡常数 是定值 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 不是定值 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) H2(g) + I2(g) 2HI(g) c (HI) c(H2)• c(I2) 比较两个反应，思考：计算结果的不同可能跟什么因素有关？ 需要考虑化学计量数？ H2(g) + I2(g) 2HI(g) c (HI) c(H2)• c(I2) 2 × 2025/6/17 39 二、化学平衡常数 序号 起始时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 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 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 7613 5764 6669 8211 9740 3306 2025/6/17 40 二、化学平衡常数 再次比较两个反应，如果将反应的书写形式改变，会出现什么结果呢？ 是定值 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) H2(g) + I2(g) 2HI(g) H2(g) + I2(g) HI(g) + HI(g) c (HI) • c (HI) c(H2) • c(I2) 是定值吗？ c (HI) • c (HI) c(H2) • c(I2) 是定值？ 即 c2 (HI) c(H2) • c(I2) 2025/6/17 41 二、化学平衡常数 序号 起始时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 平衡时的浓度 (×10-3 mol·L-1) 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 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 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) 2025/6/17 42 二、化学平衡常数 该结论适用于其他可逆反应吗？ 2025/6/17 43 二、化学平衡常数 示例：500 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 序号 平衡时的浓度/( mol·L-1) 平衡时 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.51 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 5.71×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 2025/6/17 44 二、化学平衡常数 1. 化学平衡常数 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化学平衡常数，用K来表示。 对于一般的可逆反应: mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g) 在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足的数学关系式为： 在任意时刻时 c 为任一时刻浓度 称为浓度商 课堂练习 2025/6/17 45 【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 c2(NH3) K1＝ c(N2)•c3(H2) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) 反应01 反应02 N2(g) + H2(g) NH3(g) 1 2 3 2 反应03 c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c(NH3) K3＝ c1/2(N2)•c3/2(H2) 反应04 Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g) 高温 2025/6/17 46 二、化学平衡常数 1. 化学平衡常数 c(N2)•c3(H2) c2(NH3) K1＝ c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c1/2(N2)•c3/2(H2) c(NH3) K3＝ 以上所求的平衡常数K1 和K2、K3之间存在什么关系呢？ c2(NH3) c(N2)•c3(H2) c2(NH3) × c(N2)•c3(H2) K1•K2＝ ＝1 (K3)2＝ c(NH3) c1/2(N2)•c3/2(H2) 2 ＝K1 K1 ＝ K2 1 ＝ K32 K逆＝1/K正 ①若反应方向改变,则平衡常数改变。 ②若化学方程式中各物质的化学计量数成比例扩大或缩小n倍,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。 课堂练习 2025/6/17 47 【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 c2(NH3) K1＝ c(N2)•c3(H2) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) 反应01 反应02 N2(g) + H2(g) NH3(g) 1 2 3 2 反应03 c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c(NH3) K3＝ c1/2(N2)•c3/2(H2) 反应04 Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g) 高温 K＝ c4(H2O) c4(H2) 2025/6/17 48 二、化学平衡常数 1. 化学平衡常数 (1) 平衡常数必须指明温度，反应必须达到平衡状态 (2) 在进行K值的计算时，纯固体、纯液体不作考虑，表达式中不需表达 H2O： (注意：非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中) (3) 平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应;化学反应为离子反应，书写其化学平衡常数时应先改写成离子方程式再进行书写 (4) 有气体参与的反应，也可以用平衡分压(总压乘以各物质的物质的量分数)表示平衡常数 课堂练习 2025/6/17 49 【例2】写出下列反应的平衡常数的关系。 ① 2NO (g) + O2 (g) ⇌2NO2 K1= ②2NO2 (g) ⇌N2O4 K2= ③2NO (g) +O2(g) ⇌N2O4 (g) K= 方程①+ ② = ③ 则有 方程③ — ② = ① 则有 K1= 多个反应合并的平衡常数之间的关系: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) K=K1  K2 2025/6/17 50 二、化学平衡常数 2. 化学平衡常数的影响因素 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 示例：在容积不变的密闭容器中发生反应： 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 2025/6/17 51 二、化学平衡常数 2. 化学平衡常数的影响因素 判断可逆反应热效应 结论： 平衡常数不受浓度的影响，受温度影响 升高温度，吸热反应的平衡常数增大，放热反应的平衡常数减小 降低温度，吸热反应的平衡常数减小，放热反应的平衡常数增大 2025/6/17 52 二、化学平衡常数 2. 化学平衡常数的影响因素 结论： 平衡常数不受浓度的影响，受温度影响 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。因此压强不影响平衡常数的大小 2025/6/17 53 二、化学平衡常数 2. 化学平衡常数的影响因素 数据分析 H2(g) + X2(g) 2HX(g) 示例：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 平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关 2025/6/17 54 二、化学平衡常数 2. 化学平衡常数的影响因素 反应中物质的性质 内因 对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关 外因 2025/6/17 55 二、化学平衡常数 3. 化学平衡常数的应用 (1)化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度) K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 结合平衡常数的表达式思考，K 的大小表示什么含义？ K值越大，表示反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大。一般来说，对于同类型的化学反应，K≥105时可认为该反应进行得基本完全了 K值越小，表示反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有性质的定量体现 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 2025/6/17 56 课堂练习 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(1)求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。 【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ c(H2O) ＝ 0.01 mol·L-1，平衡时 c(CO) ＝ 0.005 mol·L-1，变化量 c(CO) ＝ 0.005 mol·L-1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.01 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) 0.005 平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 K＝ ＝ ＝1 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 0.005 × 0.005 0.005 × 0.005 CO的转化率为： × 100% ＝ 50% 0.005 mol·L-1 0.01 mol·L-1 2025/6/17 57 课堂练习 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少？CO的转化率为多少？ 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.03 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) x 平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.01－x 【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1 ，c(H2O) ＝ 0.03 mol·L-1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) x x x 设达到平衡状态时CO浓度的变化量为x mol·L-1 0.03－ x x x K ＝ ＝ c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) ＝ 1 x2 (0.01−x)•(0.03−x） x ＝ 0.0075 (平衡常数只与温度有关) CO的转化率为： ＝75% × 100% 0.0075 mol·L-1 0.01 mol·L-1 2025/6/17 58 课堂练习 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少？CO的转化率为多少？ 投料浓度不影响化学反应的平衡常数，改变投料浓度后，平衡时物质的转化率会改变 序号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡时CO的转化率 CO(g) H2O(g) 1 0.01 0.01 50% 2 0.01 0.03 75% 2025/6/17 59 二、化学平衡常数 3. 化学平衡常数的应用 (2) 根据平衡常数计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率 同一温度下，同一反应 投料方式1 投料方式2 投料方式3 转化率可能不同，平衡常数(K )相同 化学平衡1 化学平衡2 化学平衡3 2025/6/17 60 课堂练习 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。 (3)在该温度下， CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.375 mol ，反应一段时间后测得体系中CO的浓度为0.0025 mol·L-1 ，此时反应是否达到平衡状态？ 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.0375 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) 0.0075 0.0075 0.0075 0.0075 某时刻浓度/(mol·L-1 ) 0.0025 0.03 0.0075 0.0075 【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1， c(H2O) ＝0.0375 mol·L-1，某时刻 c(CO) ＝ 0.0025 mol·L-1，减少了0.0075 mol·L-1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) K＝ ＝ ＝0.75 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 0.0075 × 0.0075 0.0025 × 0.03 ＜ 1 此时不是化学平衡状态，反应在向正反应方向进行之中 2025/6/17 61 二、化学平衡常数 3. 化学平衡常数的应用 (3) 利用平衡常数判断化学反应进行的方向 m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 对于可逆反应： ＝Q 任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值 cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 浓度商 达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的K 同一温度下： (3) 是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断 Q ＝ K ，处于化学平衡状态 Q ＜ K ，向正反应方向进行 Q ＞ K ，向逆反应方向进行 例1 已知卤化氢生成反应的平衡常数如下(25℃): 则与H2反应最完全的卤素是(　) A.F2 B.Cl2 C.Br2 D.I2 A 化学方程式 平衡常数K F2+H2 ⇌2HF 6.5×1095 Cl2+H2 ⇌2HCl 2.57×1033 Br2+H2 ⇌2HBr 1.91×1019 I2+H2 ⇌2HI 8.67×102 2025/6/17 62 课堂练习 62 例2 已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下: ①2NO(g) ⇌N2O2(g)(快) ΔH1<0　平衡常数K1 ②N2O2(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g)(慢) ΔH2<0　平衡常数K2 下列说法正确的是 (　) A.2NO(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g)　ΔH=-(ΔH1+ΔH2) B.2NO(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g)的平衡常数K= C.反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g) ⇌ 2NO2(g) 的反应速率 D.反应过程中的能量变化可用右图表示 C 2025/6/17 63 课堂练习 63 (1) 一个模式——“三段式” 如mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1。 　　　　　　 　mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g) c始/(mol·L-1)　 a　　　b　　 0　　　0 c转/(mol·L-1)　 mx　　 nx　　 px　　 qx c平/(mol·L-1) a-mx　 b-nx　　px　　 qx K=。 2025/6/17 64 二、化学平衡常数 4. 有关化学平衡常数的计算 64 (2) 注意三个量的关系 ①三个量:起始量、变化量、平衡量。 ②关系 a. 对于同一反应物,n(平)=n(始)-n(变)。 b. 对于同一生成物,n(平)=n(始)+n(变)。 c. 各物质的变化量之比等于化学计量数之比。 (3) 根据定义计算平衡常数K 2025/6/17 65 二、化学平衡常数 4. 有关化学平衡常数的计算 65 (4) 熟记五个公式 ①反应物的转化率 = ×100% = ×100%。 ②生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。产率 = ×100%。 ③平衡时混合物中各组分的百分含量 = ×100%。 ④某气体组分的体积分数 = ×100%。 2025/6/17 66 二、化学平衡常数 4. 有关化学平衡常数的计算 66 2025/6/17 67 二、化学平衡常数 4. 有关化学平衡常数的计算 (4) 熟记五个公式 ⑤某气体的分压：p分 = p总×体积分数 对于反应mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g)；用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp 　　　　 mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g) n始/(mol)　 a　　　b　　 0　　　0 n转/(mol)　 mx　　 nx　　 px　　 qx n平/(mol) a-mx　 b-nx　　px　　 qx 2025/6/17 68 二、化学平衡常数 4. 有关化学平衡常数的计算 2025/6/17 69 二、化学平衡常数 可逆反应的先驱 师承拉瓦锡 拿破仑的科学顾问，化学伯爵 西元1798年，拿破仑远征埃及，聘任社会声望佳与科学成就卓越的贝托莱，成为其科学顾问。在埃及期间，贝托莱偶然发现，碳酸钠竟沉积在盐湖周围！基于对科学灵敏的认知，他觉察到这应该是高浓度的盐在水体中缓慢蒸发造成的结果(Na2CO3+CaCl2→CaCO3+2NaCl)。于是西元1803年，贝托莱在其著作中，提出了『有些化学反应式不只有单向反应，也可以进行逆向反应』的观点，这也是现今我们所称之「可逆反应」的先驱。 例3 反应SO2(g)+NO2(g) ⇌SO3(g)+NO(g),若在一定温度下,将物质的量浓度均为2 mol·L-1的SO2(g)和NO2(g)注入一恒容密闭容器中,当达到平衡状态时,测得容器中SO2(g)的转化率为50%,则在该温度下: (1)此反应的平衡常数为　　　　　　。  1 (2)在上述温度下,若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L-1,NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L-1, 达到化学平衡状态时,计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3) =　　　mol·L-1,c(SO2)=　　　mol·L-1。  1.2 1.8 2025/6/17 70 课堂练习 70 例4 650 ℃时,一定量的CO2与足量的碳在容积可变的恒压密闭容器中发生反应: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　　　　　　。 25% (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 2025/6/17 71 课堂练习 71 1.关于平衡常数,下列说法正确的是 (　) A.使用催化剂能使化学反应速率加快,平衡常数增大 B.平衡常数随温度的改变而改变 C.化学平衡发生移动,平衡常数必发生变化 D.对于3Fe(s)+4H2O(g) ⇌Fe3O4(s)+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式K= B　 2025/6/17 72 课堂练习 2.依据下列含硫物质间转化的热化学方程式,得出的相关结论正确的是 (　) ①S(s)+O2(g) ⇌ SO2(g)　ΔH1　K1 ②2H2S(g)+O2(g) ⇌ 2S(s)+2H2O(l)　ΔH2　K2 ③2H2S(g)+3O2(g) ⇌ 2SO2(g)+2H2O(l)　ΔH3　K3 A.K2= B.ΔH2<ΔH3 C.ΔH1=ΔH3-ΔH2 D.平衡后,只将反应③体系的容积压缩,则K3增大 A　　 2025/6/17 73 课堂练习 3.在一定温度下,将3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的恒容密闭容器中,发生如下反应:CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)。 (1)该反应的平衡常数表达式K=  (2)已知在700 ℃时,该反应的平衡常数K1=0.5,则该温度下反应CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g)的平衡常数K2=　　　,反应 CO2(g) + H2(g) ⇌ CO(g) + H2O(g)的平衡常数K3=　　　　。  　 2 (3)已知在1000 ℃时,该反应的平衡常数K4=1.0。在1000 ℃下,某时刻CO2的物质的量为2 mol,则此时v正　　　　(填“>”“=”或“<”)v逆。 > 2025/6/17 74 课堂练习 2025/6/17 75 课堂小结 化学平衡 化学平衡状态 v正 v逆 变量不变 各物质的 m 、n 或 c 不变 化学平衡常数 各物质的百分含量不变 颜色、温度（绝热体系）不变 c p (C) ∙ c q (D) c m (A) ∙ c n (B) K ＝ 通常情况下只受温度影响 化学平衡常数的计算 三段式 $$