2-2-2 化学平衡常数 压强平衡常数 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

一、化学平衡常数 在一定温度下 ，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），符号用“ K ”表示。 ———— ————— ————— ————— 1.定义： 2.表达式： 例 mA + nB ⇋ pC + qD K = 生成物浓度幂之积 反应物浓度幂之积 = cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) 单位： K 的单位为(mol·L-1)n 单位可省略 纯固体、纯液体， 由于其浓度可看作常数“1”, 不列入平衡常数的表达式中！ c2(NH3) K1＝ c(N2)•c3(H2) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) N2(g) + H2(g) NH3(g) 1 2 3 2 c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c(NH3) K3＝ c1/2(N2)•c3/2(H2) 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 注意1：反应平衡常数的表达式与方程式的关系： 练习1：写出以下化学方程式的化学平衡常数，思考反应平衡常数的表达式与方程式的关系 K1 ＝ K2 1 ＝ K32 练：下列三个反应的反应热、平衡常数K之间有什么关系 ①2NO(g) + O2(g) ⇋ 2NO2(g) K1 ②2NO2(g) ⇋ N2O4 (g) K2 ③2NO(g) +O2(g) ⇋ N2O4 (g) K3 K3 = 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积(商)。 ΔH1 ΔH2 ΔH3 ΔH3= K1  K2 二、影响化学平衡常数的因素 K只与温度有关。所以可能平衡移动了，K都不变。 三、化学平衡常数的应用 (1) 衡量化学反应进行的程度 (2) 判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行 下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数： 平衡常数 K 6.5×1095 2.57×1033 1.91×1019 8.67×102 K值大小说明什么？ K值越大，表示反应进行得越完全 K值越小，表示反应进行得越不完全 K值＞105反应基本完全 二、平衡常数的应用 (1)衡量化学反应进行的程度 两个反应中进行彻底的是__，在常温下很难进行的是____。 ①　 ② 对于一般的可逆反应： mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g) 在任意状态时，生成物与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用 Q表示： Q＜K Q＝K Q＞K （2）判断平衡移动的方向 二、平衡常数的应用 反应向 反应方向进行 反应处于平衡状态 反应向 反应方向进行 正 逆 7 高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) ⇋Fe(s)+CO2(g) (条件省略)。已知1100℃，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025mol·L-1，c(CO)=0.1mol·L-1 在这种情况下： (1)该反应是否处于平衡状态_____(填“是”或“否”)； (2)此时反应会向______进行？（填“正向”或“逆向”）； (3)此时化学反应速率是ν正 _____ν逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。 Q = c(CO2) c(CO) = 0.025mol·L-1 0.1mol·L-1 =0. 25 否 正向 大于 Q＜K ，反应向正方向进行 三、转化率计算 用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。 对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g) 反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示： 练习. 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。 三段式的应用 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 。 (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 【知识拓展】压强平衡常数及其应用 1.分压 (1)定义：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。 (2)计算公式： (3)分压定律：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＋… 对恒温、恒压条件下的可逆反应，常用压强平衡常数分析解决问题。 2.压强平衡常数 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)⇌eC(g)＋fD(g)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的表达式：Kp＝　　　　 　 。 【知识拓展】压强平衡常数及其应用 【例题】在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1:3通入恒压密闭容器中发生CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)反应，达到平衡时，测得CO2的平衡 转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝______。 　 CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol 1 3 0 0 变化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 总量：3 计算物质的量，算各物质的分压，代入计算 压强平衡常数： 　 CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol 1 3 0 0 变化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5 总量：3 计算物质的量， 算各物质的分压， 代入计算 【例题】在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1:3通入恒压密闭容器中发生CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)反应，达到平衡时，测得CO2的平衡 转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝______。 15 【题后归纳】　Kp计算的思维过程 不用计算最后结果 解析　1 123 K恒容时,设达到平衡时CH4的转化分压为x kPa,列三段式: CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分压依次是2 kPa、7 kPa、36 kPa、36 kPa,Kp== kPa2。 =1.8 x=18。 2.一定温度和催化剂条件下,将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中,测得平衡时N2的转化率为50%,计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。 答案　 解析　 平衡时p(N2)=p0、p(H2)=p0、p(NH3)=p0。Kp===。 3.甲烷的直接转化具有较高的经济价值,方法之一如下:CH4(g)+O2(g) CH3OH(g)　ΔH=-126.4 kJ·mol-1,在200 ℃下,向恒容为5 L的密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0 kPa CH4、4.8 kPa O2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随反应时间的变化如图所示。 (1)下列措施可提高CH4的平衡转化率的是　　(填字母)。  A.升高温度 B.初始总压强不变,提高CH4的分压 C.投料比不变,增大反应物浓度 D.反应达到平衡后,再充入一定量He C 70 变小 3.甲烷的直接转化具有较高的经济价值,方法之一如下:CH4(g)+O2(g) CH3OH(g)　ΔH=-126.4 kJ·mol-1,在200 ℃下,向恒容为5 L的密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0 kPa CH4、4.8 kPa O2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随反应时间的变化如图所示。 3.甲烷的直接转化具有较高的经济价值,方法之一如下:CH4(g)+O2(g) ⇌ CH3OH(g)　ΔH=-126.4 kJ·mol-1,在200 ℃下,向恒容为5 L的密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0 kPa CH4、4.8 kPa O2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随反应时间的变化如图所示。 (2)从图中看出,起始总压强为12 kPa,则He的压强为12 kPa-6.0 kPa-4.8 kPa=1.2 kPa,平衡时总压强为9.2 kPa,设参加反应的CH4的压强为x kPa,则可建立如下三段式: 则6-x+4.8-0.5x+x+1.2=9.2,x=5.6,该反应温度下的标准平衡常数==70。 22 70 变小 3.甲烷的直接转化具有较高的经济价值,方法之一如下:CH4(g)+O2(g) ⇌ CH3OH(g)　ΔH=-126.4 kJ·mol-1,在200 ℃下,向恒容为5 L的密闭反应器中加入催化剂,并充入6.0 kPa CH4、4.8 kPa O2和一定量He使反应充分进行,体系的总压强随反应时间的变化如图所示。 【练习】650 ℃时，一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为40%，总压强为p总。平衡时CO2的转化率为 ；用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝ 。 解：设开始加入1molCO2，反应掉xmolCO2，则有 　　　 C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g) 始态/mol a/1 0 变化/mol x 2x 平衡/mol a/1－x 2x a=4x 转化率为x/4x=0.25 CO2 C0 分压是 3/5P总 2/5P总 平衡时CO的体积分数为40%，则CO2的体积分数为60% 。 未知设x，计算“n” ， 算各物质的分压， 代入计算 24 混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。   各组分分压：p(CO2)＝8× MPa＝ MPa， p(H2)＝8× MPa＝4 MPa，  p(CH3OH)＝8× MPa＝ MPa，p(H2O)＝8× MPa＝ MPa， 在一刚性密闭容器中,CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,则该反应的平衡常数的计算式为Kp=　　　　 kPa2(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)。  在一刚性密闭容器中,CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,则该反应的平衡常数的计算式为Kp=　　　　 kPa2(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)。  (2)计算该反应在200 ℃下的标准平衡常数=　　　　(可保留)。  已知:2A(g)B(g)的标准平衡常数=,其中pθ为标准压强(100 kPa),p(A)和p(B)为平衡分压(某成分的物质的量分数×总压)。 (3)若将容器改为绝热容器,初始温度为200 ℃,其他条件不变,达到新平衡时,甲醇产率将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  (2)计算该反应在200 ℃下的标准平衡常数=　　　　(可保留)。  已知:2A(g)B(g)的标准平衡常数=,其中pθ为标准压强(100 kPa),p(A)和p(B)为平衡分压(某成分的物质的量分数×总压)。 (3)若将容器改为绝热容器,初始温度为200 ℃,其他条件不变,达到新平衡时,甲醇产率将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  故Kp＝＝≈0.27p总。 $