2.2.3 化学平衡常数计算 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 第三课时 化学平常数计算 教学目标 1．了解化学平衡常数的含义，能正确书写给定反应的平衡常数表达式。 2．能利用化学平衡常数进行有关的化学计算。 3．能运用三段式计算进行平衡转化率的简单计算。 4.培养科学精神和创新意识,培养宏观辨识与微观探析的学科素养。 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) Q＜K ，V正＞V逆，反应向正方向进行 Q＝K ，V正＝V逆，反应处于平衡状态 Q＞K ，V正＜V逆，反应向逆方向进行 知识回顾 温故知新 对于化学反应：a A + b B c C + d D α(A)= A的初始浓度 — A的平衡浓度 A的初始浓度 × 100% 计算模型——三段式法 解：设平衡时转化率为x mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 起始浓度 转化浓度 平衡浓度 a b 0 0 mx nx px qx a-mx b-nx px qx 2、三段式 1、转化率 化学平衡常数的相关计算 四 4 5 【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 化学平衡常数的相关计算 四 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 6 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 起始浓度 转化浓度 平衡浓度 a b 0 0 mx nx px qx a-mx b-nx px qx “三段式”分析法模型 已知条件 计量系数之比 加、减计算 单位 统一 ⑴物质浓度的变化关系： ①反应物:平衡浓度＝——————————————— ②生成物:平衡浓度＝——————————————— ③各物质的变化浓度之比＝————————————— ⑵反应物的转化率: 反应物转化为生成物的百分率 起始浓度－变化浓度 起始浓度＋变化浓度 化学计量系数之比 反应物转化率 = 反应物变化量 反应物起始量 ×100% 7 　　　 mA(g)　＋　nB(g) ⇌ pC(g)＋qD(g) n起始/mol n变化/mol n平衡/mol 题目信息描述；投料比…… 转化率、反应速率…… 平衡浓度、平衡常数、物质的量分数、起始量与平衡量的比值…… 解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量。如果不清楚确定值，要进行合理的假设，按题目要求进行计算，同时注意单位的统一。 “三段式”分析法模型 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 答:达到平衡时CO转化为CO2的转化率为83%。 K= c(CO2)⦁ c(H2) c(H2O) • c(CO2) CO转化为CO2的转化率为： 9 1、已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g)　ΔH>0,请回答下列问题: (1)在某温度下,反应物的初始浓度分别为c0(M)=1 mol·L-1, c0(N)=2.4 mol·L-1;达到平衡后,M的平衡转化率为60%,此时N的平衡转化率为　　　　　;  (2)若反应温度不变,反应物的初始浓度分别为 c0(M)=4 mol·L-1,c0(N)=a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1, a=　　　　　。  学以致用 答案:(1)25%　(2)6 解析:(1)根据题意:　　 M(g) + N(g) P(g) + Q(g) 初始浓度/(mol·L-1) 　1 2.4 0 0 转化浓度/(mol·L-1) 　0.6 0.6 0.6 0.6 平衡浓度/(mol·L-1) 　0.4 1.8 0.6 0.6 2、对于反应2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)，若在一定温度下，将初始浓度为 0.4 mol/L的SO2和1.0 mol /L O2混合注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为80%，试求在该温度下 （1）此反应的平衡常数。 （2）求SO2(g)、O2(g)、 SO3(g)的平衡浓度。 学以致用 12 解：由题意可得： 2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g) 起始浓度: 0.4 1.0 0 转化浓度: 0.4 x 80％ 平衡时浓度: 0.08 0.84 0.32 0.16 0.32 K= C(SO3)2 C(SO2)2 C(O2 ) = 19 3.在一个容积为500ml的密闭容器中，充入5molH2和2molCO在一定温度和一定压强下，发生如下反应：2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)，经过5min后达到平衡状态。若此时测得CH3OH蒸汽的浓度为2mol/L，求： （1）以H2的浓度变化表示的该反应的速率 （2）达到平衡时CO的转化率 （3）该温度下的K(保留两位有效数字) 学以致用 压强平衡常数（选讲） 1.含义 在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数Kp 2.表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g) 五 计算技巧 (1)直接根据分压强计算压强平衡常数 例1、用测压法在刚性密闭容器中研究T ℃时4NO(g)⇌N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示： 反应时间/min 0 10 20 30 40 压强/MPa 15.00 14.02 13.20 12.50 12.50 (1)20 min时，NO的转化率α=________%(2)T ℃时，4NO(g)⇌N2(g)＋2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数) 48 0.1 (2)根据“某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)”计算压强平衡常数 第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度 第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压：某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)第四步，根据压强平衡常数计算公式代入计算 计算技巧 例2、在温度T下，容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生2H2(g)＋2NO(g)⇌N2(g)＋2H2O(g)，起始压强为p0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p=0.9p0，则NO的平衡转化率α(NO)=________(保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp=________(用含p的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数，且某气体的分压＝总压×该气体的物质的量分数) 33.3% 9/(16p0) 学以致用 题型：等比再充—虚拟状态法 1、恒温、恒容时，可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD达平衡后，若按原反应物比例同倍数增大A和B的量，达新平衡时： (1)当m+n > p+q 时，A、B的转化率都增大 (2)当m+n<p+q 时，A、B的转化率都减小 (3)当m+n＝p+q 时，A、B的转化率都不变 (此时为T、V一定△n=0时的“量比等效”) 2、恒温、恒压时，可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD达平衡后，若按原反应物比例同倍数增大A和B的量，达新平衡时，此时为T、P一定时的“量比等效”，A、B的转化率都不变 3、若反应物只有一种，恒温、恒容时，可逆反应mA(g)⇌pB(g)+qC(g)达到平衡后，增加反应物A的量，达新平衡时 (1)当m> p+q时，A的转化率增大 (2)当m<p+q时，A的转化率减小 (3)当m＝p+q时，A的转化率不变 (此时为T、V一定△n=0时的“量比等效”) 题型：等比再充—虚拟状态法 5、化学平衡中T、V一定，“等比再充”常考题型 4、若反应物只有一种，恒温、恒压时，可逆反应mA(g)⇌pB(g)+qC(g)达到平衡后，增加反应物A的量，达新平衡时，此时为T、P一定时的“量比等效”，A的转化率都不变 题型：等比再充—虚拟状态法 随堂练习 1、用测压法在刚性密闭容器中研究T ℃时4NO(g) N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示： (1)20 min时，NO的转化率α=________% (2)T ℃时，NO(g) N2(g)＋2NO2(g)反应的平衡Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数) 22 23 2、一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。(1)CO2的转化率为______________。 (2)CO2的分压为______ kPa，CO的分压为________ kPa。 (3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。 0.27a 25% 0.6a 0.4a　 随堂练习 24 解题模型建构 25 计算技巧 先列式、再化简、最后计算 若平衡时的总压未知，则先求总压 26 3、在密闭容器中，将2.0molCO与10mol H2O混合加热到800℃，达到下列平衡: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.0 (1)求CO转化为CO2的转化率 (2)平衡时H2的体积分数 气体体积分数 = 气体的物质的量分数 n(某气体) n(气体总) ×100% = 提示： 随堂练习 4、.在密闭容器中进行的如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) SO2的起始浓度是0.4mol/L, O2的起始浓度是1mol/L,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态。请计算： (1)反应的平衡常数和平衡时O2的转化率 (2)若将平衡时反应混合物的压强增大1倍,平衡将如何移动? (3)若将平衡时反应混合物的压强减少1倍,平衡将如何移动? (4)平衡时保持体积不变,向平衡混合气体中充入稀有气体Ar,使体系总压变为原来的3倍,平衡又将如何移动? 随堂练习 5、在密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到800℃，达到下列平衡：CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) K=1.0，求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。 随堂练习 6、已知CO(g) + H2O(g)⇌CO2 (g) +H2 (g) 800℃时K = 1.0；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。 随堂练习 7、在一密闭容器中,用等物质的量的A和B发生如下反应: A(g)+2B(g) 2C(g)反应达平衡时,若混合气体中A和B物质的量之和与C物质的量相等，则A的转化率为( ) A.40% B.50% C.60% D.70% 随堂练习 8、在某温度下，将H2(g)和I2(g)各0.1mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得c(H2)=0.0080mol/L，求: (1)反应的平衡常数 (2)其它条件不变,充入的H2(g)和I2(g)各0.2mol,求达平衡时各物质的平衡浓度 随堂练习 9、I2在KI溶液中存在下列平衡: I2(aq)＋I-(aq) I3-(aq)，某I2、KI混合溶液中，c(I3-)与温度T的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A.反应 I2(aq)＋I-(aq) I3-(aq)的△H>0 B.若温度为T1、T2 反应的平衡常数分别为 K1、K2,则K1< K2 C.若反应进行到状态D时,一定有v正＞v逆 D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大 C(I3-) T T1 T2 T3 A B C D 0 C 随堂练习 10、将2.00 mol SO2和2.00 mol O2通入1.00 L的恒容密闭容器中,1500 K时,反应达到平衡,测得SO3的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,则平衡时SO2的平衡转化率为(　　) A.30% B.32% C.50% D.18% 解析:因平衡时SO3的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,则转化的SO2的物质的量浓度为0.64 mol·L-1,所以 B 随堂练习 K = = eq \f((0.0040)2,(0.0080)2) = 0.25 K= = =0.25 eq \f(1.66,2.0) ×100%=83% N的平衡转化率为×100%=25%,化学平衡常数K=。 (2)由于温度不变,因而化学平衡常数不变,即 K=,得a=6。 　　　N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g)(平衡时总压为p0) n(始) 1 mol 3 mol 0 Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 mol n(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 mol p(X) eq \f(0.5,3) p0 eq \f(1.5,3) p0 eq \f(1,3) p0 Kp＝ 　(列出计算式，不必化简) eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3)) α(SO2)=×100%=32%。 $$