2.2.2 化学平衡常数 【教学评一体化】 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 容山中学 化学科组 第一节 化学平衡 第2课时 化学平衡常数 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 2 认识化学平衡常数 应用化学平衡常数解决问题 学习目标 1．知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。 2．能够利用化学平衡常数进行简单的计算。 3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。 新课导入 在研究了大量实验的基础上，人们发现可以用“化学平衡常数”来定量描述化学反应的限度。 该反应在一定条件下是不可能进行完全的，即存在一定的限度 怎样定量描述化学反应的限度呢？ 工业生产中，我们想知道： N2 + 3H2 2NH3 △H= -92.6KJ/mol 任务一 认识化学平衡常数 457.6 ℃ 时反应体系H2(g) + I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度 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 48.38 48.61 49.54 48.48 48.71 48.81 近似相等 与起始浓度无关 与平衡建立方向无关 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？ 任务一 认识化学平衡常数 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： K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) K 为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。 科学家们通过大量数据验证，上述计算得出的定值称为化学平衡常数，用K来表示。 一、化学平衡常数 任务一 认识化学平衡常数 对于一般的可逆反应: m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g)， 在一定温度下，任意时刻的生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，常用Q表示。 Q＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 生成物浓度幂之积 反应物浓度幂之积 ＝ K＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 生成物浓度幂之积 反应物浓度幂之积 ＝ 平衡时的浓度商称化学平衡常数 任意时刻 平衡时 一定温度 知识拓展 平 平 平 平 探究课堂 K = c(Cr2O72-) c2(CrO42-) c2(H+) 例1、写出下列可逆反应的K的表达式。 K = K = Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温 3Fe(s) + 4H2O(g) CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) C2H5OH(l)+CH3COOH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l) c4(H2O) K = c4(H2) 使用平衡常数书写注意事项 1. 表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度。 2. 固体或纯液体的浓度视为常数，在表达式中不出现。 3.水溶液中的反应如有水参加，水浓度为常数，不列入。 但若为非水溶液反应，或水为蒸汽，则必须写上。 Cr2O72-(aq) +H2O(l） 2CrO42- (aq) +2H+ (aq) 探究课堂 平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。其表达式与化学方程式的书写一一对应。 K3 =K1  K2 ΔH3=ΔH1+ΔH2 结论1：方程式相加(减)，则K相乘(除) 例2、写出下列反应的平衡常数的表达式 ΔH1、ΔH2、ΔH3 三者关系为: K1、K2、K3 三者关系为: ①2NO(g) + O2 (g) 2NO2 (g) K1 ②2NO2(g) N2O4 (g) K2 ③2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K3 探究课堂 平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。其表达式与化学方程式的书写一一对应。 例3、写出下列反应的平衡常数的表达式 K2 =1/K1 ΔH1、ΔH2二者关系为: K1、K2二者关系为: ΔH2=-ΔH1 结论2：正、逆反应，K互为倒数 ①2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) K1 ②2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) K2 探究课堂 平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。其表达式与化学方程式的书写一一对应。 例4、写出下列反应的平衡常数的表达式 K2 =K12 ΔH1、ΔH2二者关系为: K1、K2二者关系为: ΔH2=2ΔH1 结论3：化学计量数变为原来n倍，K变为Kn ①1/2N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g) K1 ②N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K2 学习评价 1、已知下列反应的平衡常数： ①H2(g) + S(s) H2S(g) K1 ②S(s) + O2(g) SO2(g) K2 则反应③H2(g) + SO2(g) O2(g) + H2S(g)的平衡常数是( ) A、K1+K2 B、K1–K2 C、K1×K2 D、K1/K2 2、下列有关平衡常数的说法中不正确的是（ ） A.温度一定时，一个给定的化学反应的平衡常数是一个常数 B.改变反应物浓度或生成物浓度会改变平衡常数 C.温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 D.浓度商 Qc﹤K时，反应向正反应方向进行 B D 任务一 认识化学平衡常数 二、化学平衡常数的影响因素 请根据以下资料提供的数据，验证你的分析。 【结论1】内因——平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关 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 化学发展史上，科学家们对化学平衡常数的影响因素做了大量研究，从而推算出范特霍夫方程的积分式 ，从该式子分析平衡常数受哪些因素影响，如何影响？ 【结论2】外因 ——受温度影响。 放热反应，T↑，K↓ 吸热反应，T↑，K↑ 任务一 认识化学平衡常数 H2(g) + I2(g) 2HI(g) ∆H<0 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 请根据以下资料提供的数据，验证你的分析。 【结论2】外因—— 受温度影响。 平衡常数不受浓度的影响， 二、化学平衡常数的影响因素 放热反应，T↑，K↓ 吸热反应，T↑，K↑ 学习评价 3、对于可逆反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，在一定温度下，其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是 (　　) A．将C(s)的表面积增大 B．增大体系的压强 C．升高体系的温度 D．使用合适的催化剂 C 任务一 认识化学平衡常数 三、化学平衡常数的意义 结合平衡常数表达式思考，K的大小表示什么含义？ mA(g)＋nB(g)  pC(g)＋qD(g) K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) （2）一般当K＞105时，该反应进行得基本完全， K≤10-5则认为正反应难以进行。 （1）K值越大， 说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越_______ ，平衡时反应物的转化率越_______ 。 大 大 任务一 认识化学平衡常数 注意：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。 常温下 K＝5×108 常温下限度较大，但化学反应速率很小 例如：合成氨： N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 任务二 应用化学平衡常数解决问题 四、化学平衡常数的应用 1、判断反应进行的程度 K 越大，反应进行的程度越大，转化率越大。 三判一算 例如：N2+O2 2NO K=10-30(298K) 常温下用此反应固定氮气是不可能的。 因此没有必要在该温度下进行实验，以免浪费人力物力 任务二 应用化学平衡常数解决问题 四、化学平衡常数的应用 2、判断可逆反应热效应 三判一算 若升温K增加， 若升温K减小， 例如：不同温度时,反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数与温度的关系如下： △ 温度 623K 698K 763K 浓度平衡常数 66 .9 54.4 45.9 由表格可以判断该反应的 ΔH ____ 0 < 该反应正方向为____反应。 该反应正方向为____反应。 ΔH___0 ΔH___0 吸热 > 放热 < (K只与温度有关) 序号 浓度（ mol·L-1） Q与K关系及反应进行的方向 c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) 1 0.3 0.5 0.4 0.4 2 1.0 0.3 0.5 0.6 3 0.8 1.6 0.7 1.7 任务二 应用化学平衡常数解决问题 四、化学平衡常数的应用 3、判断平衡移动方向 Q = K   温度相同时 Q ＜ K   Q ＞ K   三判一算 Q＞K ，逆 Q＝K ，平衡状态 Q＜K ，正 例如：已知800℃时，化学反应CO(g) + H2O(g) CO2(g)+ H2(g)   K = 1，推导在下列浓度下反应进行的方向 。 体系处于化学平衡状态。 反应正向进行。 反应逆向进行。 任务二 应用化学平衡常数解决问题 四、化学平衡常数的应用 4、化学平衡常数的相关计算 三判一算 三段式模型——“始、变、平、列方程” 【 例】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。 典例精讲 【例1】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 。 【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 (1)求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。 H2O的转化率为：50% 典例精讲 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 【例1】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 。 【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 (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？ 平衡时CO的浓度为0.0025 mol·L-1 H2O的转化率为：25% 典例精讲 【例1】 序号 起始浓度/（mol·L-1） 平衡时CO的转化率 平衡时H2O的转化率 CO（g） H2O（g） 1 0.01 0.01 50% 50% 2 0.01 0.03 75% 增大H2O(g)浓度，CO转化率增大，H2O(g)转化率减小 25% CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 由(1)(2)计算结果可知： 任务二 应用化学平衡常数解决问题 四、化学平衡常数的应用 4、化学平衡常数的相关计算 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 典例精讲 【例1】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 。 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) Q＝ ＝ ＝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 (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？ 课堂小结 平衡常数(K ) 化学平衡状态 一定条件下 定量 表达 反应 限度 只受温度影响 可逆反应 与Q 比较判断是否达到平衡 计算平衡时各物质的浓度和反应物的转化率 学习评价 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g) B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g) D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g) D(g) K3 ΔH3 4、对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下： 下列说法正确的是(　　 ) A．K3＝K1＋K2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 B 学习评价 5、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，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”)，此时化学反应速率是V正___V逆(填“>”、“<”或“=”)，其原因是 。 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) (已知1100℃，K=0.263) $$