2.2.2化学平衡常数 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二节 化学平衡 　第二课时 化学平衡常数 第二章 化学反应速率与化学平衡 人 教 版 选 择 性 必 修 1 1 2 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.应用化学平衡常数判断可逆反应进行的程度、方向以及反应的热效应； 3 3.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。 问题导入 思考： 化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物？而在这平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间又有什么关系呢？ 认识化学平衡常数及表达式 REN SHI HUA XUE PING HENG CHANG SHU JI BIAO DA SHI 01 【回归教材】请阅读教材P33 表2-1，你能得出什么结论？ 数据分析 1.1 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 【发现规律】 数据分析 1.1 2. 平衡时， 与反应的起始浓度大小无关； 1.温度不变时，不管如何改变起始投料(投入反应物或投入生成物)，平衡时， 数值基本不变，是一个常数。 3.平衡时 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。 c2(HI) c(H2) · c(I2) c2(HI) c(H2) · c(I2) c2(HI) c(H2) · c(I2) 是不是所有的反应都有这种规律呢？ 数据分析 1.1 500 ℃ ，在容积不变的密闭容器中发生反应： 序号 平衡时的浓度/mol·L-1 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.50 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 6.05×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 平衡时 化学平衡常数 1.2 1.概念： 在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内生成物浓度幂 (以其化学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数。 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，简称平衡常数，用K来表示 化学平衡常数 1.2 2.表达式： 特点：K 的数值与各反应体系中各物质的初始浓度和反应路径无关 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 对于一般的可逆反应： K=Q 在任意时刻时 c 为任一时刻浓度 浓度商 在一定温度 下达到 化学平衡时 c 为平衡浓度 平衡常数 Q K= 化学平衡常数 1.2 3.单位： K= K的单位为(mol·L-1)n， 单位与对应化学计量系数有关， 没有固定的单位。 n=(p+q)-(m+n) 当浓度的单位为 mol·L-1，本教材要求平衡常数可不写单位。 化学平衡常数的书写 1.3 1.平衡常数K必须指明温度，反应必须达到平衡状态 2.表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度 3.平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应，若化学反应为离子反应，书写其平衡常数时，应先改写成离子方程式再进行书写 K= 例： 4.书写时，纯固体、纯液体，其浓度可看作“1”，而不带入公式。 5.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。 6.有关H2O的书写： ①液态水或者稀溶液中进行的反应，水的浓度视为“ 1”，而不代入公式； ②气态水，或者非水溶液中的反应(如有机反应)，需要代入公式。 化学平衡常数的书写 1.3 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O c(C2H5OH)c(CH3COOH) c(CH3COOC2H5)c(H2O) K= 典例剖析 1.Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温 3Fe(s) + 4H2O(g) 2.C(s) + H2O(g) ⇋CO(g) + H2(g) 3. 4. Cr2O72-+H2O ⇋2CrO42-+2H+ 写出下列反应的平衡常数K的表达式 Br2+H2O H++Br-+HBrO K= K与方程式的关系 1.4 N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 2NH3(g) ⇌ N2(g) + 3H2(g) 1/2N2(g) + 3/2H2(g) ⇌ NH3(g) 方程式的系数扩大n倍，K变为Kn，ΔH变为nΔH； K1=K32；ΔH1=2ΔH3 K1=；ΔH1=-ΔH2 正反应与逆反应K值互为倒数，ΔH互为相反数； ΔH1 ΔH2 ΔH3 由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。 方程式相加减，ΔH相加减，K值相乘除 ①2NO (g) + O2 (g) 2NO2(g) ΔH1 K1= ②2NO2 (g) N2O4(g) ΔH2 K2= ③2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) ΔH3 K3= 方程①+②=③，则有 方程③-②=① ，则有 K1= ΔH1 + ΔH2=ΔH3 K3=K1  K2 ΔH3 - ΔH2=ΔH1 K与方程式的关系 1.4 若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则： ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K=K1·K2。 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K=。 典例剖析 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 D 影响化学平衡常数的因素 1.5 【资料卡片】 25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数 内因：平衡常数的大小，主要与化学反应中物质的性质有关 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 影响化学平衡常数的因素 1.5 【资料卡片】 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 影响化学平衡常数的因素 1.5 【影响因素】 1.内因：化学反应中物质的性质。 2.外因：同一化学反应且化学方程式一定的情况下，化学平衡常数K 与压强、浓度、起始方向等均无关，只与温度有关。 只要温度不变，化学平衡常数就不变。可以利用这一点求相同温度下，不同体系的平衡状态。 1.6 当K＞105时，该反应进行得基本完全； 当K<10－5时，该反应很难发生； 当10－5<K<105时，该反应为典型的可逆反应。 化学平衡常数K的意义 1.K是表明反应限度的一个特征值，通常情况下只受温度影响。 2.K表示反应进行的程度，不表示速率，不能预示反应达到平衡所需要的时间。 3.当浓度商Q=平衡常数K时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。 4. 通常，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大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率也越大； 反之，K值越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。 两个反应中进行彻底的是____，在常温下很难进行的是____。 化学反应 平衡常数 ①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K(298 K)＝5.6×105 ②N2(g)＋O2(g) 2NO(g) K(298 K)＝1.9×10－31 ② ①　 根据表格中的数据，思考以下问题： 典例剖析 利用K判断平衡移动的方向 1.7 某温度下，可逆反应： mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g)的平衡常数为K，任意时刻，反应物和生成物的浓度关系如下： Q 起点 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 多退少补 直到平衡 Q＜K ，反应向正反应方向进行，V正 > V逆 ； Q＝K ，反应处于化学平衡状态，V正 = V逆 ； Q＞K ，反应向逆反应方向进行，V正 < V逆 。 浓度商： Q＞K，v正＜v逆，反应向逆方向进行 Q＝ c(CO)·c(H2) c(C)· c(H2O) ＝ 2.0×1.5 1.0 ＝3.0 >K 已知反应C(S)+H2O(g) CO(g)+H₂(g)的平衡常数K=1.0，某时刻H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度分别为1.0mol/L，2.0mol/L，1.5mol/L。试回答: (1)此时反应是否处于平衡状态? (2)如果不平衡，此时反应朝哪个方向进行? 典例剖析 平衡常数的相关计算 PING HENG CHAGN SHU DE XIANG GUAN JI SUAN 02 化学平衡计算模型—“三段式”法 2.1 (1)巧设未知数，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量) (2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于化学计量数 之比或关键量列等式关系 关 键 找到达平衡状态时的转化量和平衡量 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) (3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项 起始量/mol a　　　 b 0 0 转化量/mol mx　　 nx px qx 平衡量/mol a-mx　 b-nx px qx 可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。 化学平衡计算模型—“三段式”法 2.1 (1)平衡常数K=。 (2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)= mol·L-1。 (3)平衡时A的转化率：α(A)=×100% =×100% 即：α(A)=×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)= ∶。 常见的计算量 体积为VL 化学平衡计算模型—“三段式”法 2.1 常见的计算量 (4)平衡时A的体积分数：φ(A)=×100%。 (5)平衡时和开始时的压强之比：=。 (6)生成物产率= ×100%。 体积为VL 典例剖析 1.在某温度下，将含有H2和I2各0.10 mol 的气态混合物充入10 L 的密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)＝0.0080 mol·L－1： （1）计算该反应的平衡常数。 （2）在上述温度下，若起始时向该容器中通入H2和I2(g)各0.2 mol，试求达到化学平衡时各物质的浓度。 【解】（1）依题意可知，平衡时c(H2)＝0.0080 mol·L－1   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) 0.0020 0.0080 0.0040 0.0080 0.0040 0.0020 K＝ c(H2)·c(I2) c2(HI) ＝ (0.0080)2 (0.0040)2 ＝ 0.25 回归课本—P35 典例剖析   （2）依题意可知，c(H2)＝0.020 mol·L－1，c(I2)＝0.020 mol·L－1mol·L－1。 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 K只随温度发生变化，因此： K＝ c(H2)·c(I2) c2(HI) ＝ (0.020－x)2 (2x)2 ＝ 0.25 解得：x＝0.0040 平衡时：c(H2)＝c(I2)＝0.016 mol·L－1，c(HI)＝0.0080 mol·L－1 典例剖析 回归课本—P36 【解】设到达平衡时CO转化为CO2的物质的量为x mol，容器的容积为y L。   起始浓度/(mol·L－1) 2.0/y 10/y 0 0 变化浓度/(mol·L－1) x/y x/y x/y x/y 平衡浓度/(mol·L－1) (2.0－x)/y (10－x)/y x/y x/y x2＝(2.0－x)(10－x) ＝20－12x＋x2 x＝5/3 CO转化为CO2的转化率为：   c(CO)· c(H2O) c(CO2)· c(H2) 2.在容积不变的密闭容器中，将2.0molCO与10 mol H2O混合加热到830 ℃，达到下列衡: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。 典例剖析 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% 3. 已知CO(g) + H2O(g) ⇋ CO2 (g) +H2 (g) 800℃ 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。 (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 【课本P36例2—变式训练】 4.在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。试回答下列问题： (1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝____，H2O的转化率为　　　。  1 　　　　　　　 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) c始/(mol·L－1)　　2　　　3　　　　 0　　 　0 c变/(mol·L－1)　　1.2　　1.2　　 　1.2　　 1.2 c平/(mol·L－1)　　0.8　　1.8　　 　1.2　　 1.2 K===1 α(H2O)=×100%=40% 40% 典例剖析 典例剖析 (2)若起始时c(CO)=3 mol·L-1，c(H2O)=3 mol·L-1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为　　　，H2O的转化率为　　　。  50% 50% 设c变(CO)=x mol·L-1，则 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) c始/(mol·L-1) 3 　3 　0　　0 c变/(mol·L-1) x 　x 　x　　x c平/(mol·L-1) 3-x 　3-x 　x　　x =1，x=1.5，则CO的转化率为×100%=50%，H2O的转化率为50%。 典例剖析 反应进行到某时刻时，c(H2)＝c(CO2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.5 mol·L－1， c(H2O)＝1.5 mol·L－1， Q===<K， 因此反应未达到平衡状态，反应向正反应方向进行，v正＞ v逆。 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) (3)在相同温度下，若起始时c(CO)=1 mol·L-1，c(H2O)=2 mol·L-1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L-1，则此时该反应是否达到平衡状态　　(填“是”或“否”)，此时v正　　　(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。  否 大于 压强平衡常数的相关计算 2.2 定义 计算公式 分压定律 相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。 混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数/体积分数，pB＝p总× 。 混合气体的总压等于 相同温度下各组分气体的分压之和，即 p总＝pA＋pB＋pC＋… nB n总 分 压 2.2 压强平衡常数的相关计算 一定温度下，气相反应达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示 Kp ＝ pp(C) • pq(D) pm(A) • pn(B) m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 压强平衡常数 2.2 压强平衡常数的相关计算 计算步骤 典例剖析 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　 化学 平衡常数K 表达式 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；压强平衡常数的计算 小 结 概念 在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数。 浓度商Q 书写 书写时，纯固体、纯液体，其浓度可看作“1”，而不带入公式。 H2O：液态水或者稀溶液，其浓度可看作“1”。 K与方程式的关系 ①方程式的系数扩大n倍，K变为Kn；②正反应与逆反应K值互为倒数；③方程式相加减，K值相乘除。 影响因素 意义 表示反应进行的程度 判断平衡移动的方向 人 教 版 选 择 性 必 修 1 本课结束，谢谢！ $$