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 选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡 第2课时 化学平衡常数 【学习目标】 1.了解化学平衡常数的概念、表达式及意义； 2.通过建立“三段式”模型，学会计算化学平衡常数，并能利用平衡常数进行与转化率有关的计算。 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 【学习任务一】认识浓度商与化学平衡常数 序号 起始时各物质的浓度mol/L 平衡时各物质的浓度mol/L H2 I2 HI H2 I2 HI 1 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37 2 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62 3 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54 4 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49 5 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70 6 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 在457.6℃时反应体系I2(g) + H2(g) ⇌ 2HI(g)中各物质的浓度如表所示 请大家分析表中的数据，你能从中得到什么结论？ 【思考】分析P33、34教材表格2-1，一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？你还能得出什么结论？ (1)温度不变(保持457.6℃)时， 为常数 2 c (HI) c(H2) · c(I2) (3)常数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)常数与反应的起始浓度大小无关； 在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数简称平衡常数。用符号K表示。 1．定义 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)， （1）在任意时刻的 cp(C) · cq(D) cm(A) · cn (B) = Q（浓度商） （2）当该反应在一定温度下达到化学平衡时 cp(C) · cq(D) cm(A) · cn (B) = K（化学平衡常数） 浓度商中的浓度为任意时刻的浓度， 平衡常数中的浓度为平衡时的浓度。 2．表达式 写出下列反应的平衡常数K 的表达式 ① C(s) + H2O(g) ⇋CO(g) + H2(g) ② FeO(s) + CO(g) ⇋Fe(s) + CO2(g) ③ 2KClO3(s) ⇋KCl(s) + 3O2(g) 注意1：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数不代入公式。 ④ Cr2O72-(aq) +H2O(l) ⇌ 2CrO42- (aq) +2H+ (aq) ⑤ C2H5OH (l) +CH3COOH (l) ⇌ CH3COOC2H5 (l) +H2O (l) K = 注意2：关于液态水的处理 a.在水溶液中进行的反应，水的浓度不列入表达式 b.非水溶液中进行的反应，水的浓度须列入表达式 写出下列反应的平衡常数K 的表达式 1.①2NO(g) + O2 (g) ⇌2NO2 K1 ②2NO2(g) ⇌N2O4 K2 ③2NO (g) +O2(g) ⇌N2O4 (g) K3 K3 =K1  K2 ①、②、③三者关系为: K1、K2、K3三者关系为: ③ = ① + ② 结论1：方程式相加(减)，则K相乘(除) 【学习任务二】化学平衡常数与方程式的关系 K2 =1/K1 ①、②二者关系为: K1、K2二者关系为: ② = -① 结论2：正、逆反应，K互为倒数 ②2NO2(g) ⇌2NO(g) + O2(g) K2 2.①2NO(g) + O2(g) ⇌2NO2(g) K1 3.①1/2N2(g)＋3/2H2(g) ⇌NH3(g) K1 ②N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) K2 ①、②二者关系为: ② = 2① K1、K2二者关系为: K2 =K12 结论3：化学计量数变为原来n倍， K变为Kn 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 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 = 【学习任务三】化学平衡常数的应用 1.根据平衡常数的大小，判断反应进行的程度 对于同类型的化学反应，K 越大，反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。一般： K ＞105，认为正反应进行得较完全 K ＜10-5 ，认为 正反应很难进行（逆反应较完全） 10-5 ≤ K ≤ 105 ，认为是可逆反应 对于可逆反应： m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 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。 在同一温度下： 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 ②利用平衡常数判断反应是否达到平衡及化学反应进行的方向 任何可逆反应的终极目标都是使 Q=K ③利用平衡常数K可判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应； 若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 【学习任务四】化学平衡常数的相关计算 计算模型——三段式法——“列方程、始、变、平” 解(1)根据题意有: K= C(HI)2 C(H2)C(I2) =0.25 H2 + I2 2HI C0/mol .L-1 ∆C/ mol .L-1 Ct/mol .L-1 0.010 0.010 0 0.0020 0.0020 0.0040 0.0080 0.0080 0.0040 【例题1】在某温度下,将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得C(H2)=0.0080mol/L. (1)求该反应的平衡常数 (2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol.试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。 解(2)设H2的消耗浓度为x H2 + I2 2HI C0/mol .L-1 0.020 0.020 0 ∆C/ mol .L-1 X x 2x Ct/mol .L-1 0.020-x 0.020-x 2x K= C(HI)2 C(H2)C(I2) =0.25 = (2x)2 (0.020-x)2 X=0.0040mol/L 【例题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 C，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转化为CO2的转化率。 附 基本计算关系式 1）反应物的转化率 = 2）生成物的产率 = 3）B气体的体积分数 = B的 4）B气体的分压=气体的总压 B的 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： 【例题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 C，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转化为CO2的转化率。 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 在化学平衡体系中，各气体物质的分压（分压 = 总压×该气体的体积分数或物质的量分数）代替浓度，计算的平衡常数叫做压强平衡常数。单位与表达式有关。如反应 aA（g）＋bB（g） cC（g）＋dD（g）, 对于在恒压（P0）容器中进行的反应 N2 (g)＋3H2(g) 2NH3(g) ，若起始投料为N2 1mol、H2 3mol，转化率50%，压强平衡常数Kp是多少？（列出K的计算式，用P0表示） 【思维拓展】 平衡常数之压强平衡常数 环戊二烯( )是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题： 某温度，等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应 起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，该反应的平衡常数Kp＝__________Pa。（2位于有效数字） (g) + I2(g) (g) + 2HI(g) 3.56x104 化学平衡的“三段式法”计算模型 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 eq \f(1.66,2.0) ×100%=83% $$