2.2.1 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

第二章 化学反应的方向、限度和速率 2.2 化学反应的限度 第1课时 化学平衡常数 沪教版2020选择性必修1 化学平衡常数的应用 2 化学平衡常数 1 知识导航 1. 理解化学平衡常数的概念，能正确书写给定可逆反应的平衡常数表达式。 2. 知道化学平衡常数的影响因素，能根据平衡常数判断可逆反应的热效应。 3. 了解化学平衡常数的应用，能利用平衡常数计算平衡时各物质的浓度、反应物的转化率，判断化学反应进行的方向。 明·学习目标 01 化学平衡常数 在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度有什么关系呢？ 引·新课导入 表1 800 ℃时反应体系中各物质的浓度 序号 起始时的浓度(×10-2 mol·L-1) 平衡时的浓度(×10-2 mol·L-1) 平衡时 c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) 1 1 1 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 2 1 3 0 0 0.25 2.25 0.75 0.75 3 0.25 3 0.75 0.75 0.21 2.96 0.79 0.79 一定温度下，表1中的反应达到化学平衡状态时，生成物浓度的乘积与反应物浓度的乘积的比值是一个定值。 c(CO)•c(H2O) c(CO2)•c(H2) 1.0 1.0 1.0 示例：800 ℃，容积不变的密闭容器中发生反应： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 合作探究 示例分析 探·知识奥秘 该结论适用于其他可逆反应吗? 探·知识奥秘 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 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，容积不变的密闭容器中发生反应： 3806 2882 3335 4106 4870 1653 c(H2)•c(I2) c(HI) 合作探究 示例分析 探·知识奥秘 是定值 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 不是定值 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) H2(g)＋I2(g) 2HI(g) c (HI) c(H2)• c(I2) 需要考虑化学计量数? H2(g)＋I2(g) 2HI(g) c (HI) c(H2)• c(I2) 2× 比较两个反应，思考：计算结果的不同可能跟什么因素有关? 调整下 探·知识奥秘 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 c(H2)•c(I2) 2×c(HI) 7613 5764 6669 8211 9740 3306 合作探究 示例分析 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，容积不变的密闭容器中发生反应： 一定温度下，达平衡状态时，乘上化学计量数后，二者比值不是定值。 探·知识奥秘 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) H2(g)＋I2(g) HI(g)＋HI(g) c (HI) • c (HI) c(H2) • c(I2) 是定值吗? c (HI) • c (HI) c(H2) • c(I2) 是定值? 即 c2 (HI) c(H2) • c(I2) 再次比较两个反应，如果将反应的书写形式改变，会出现什么结果呢? 是定值 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 探·知识奥秘 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 c(H2)•c(I2) c2(HI) 48.38 48.61 49.54 48.48 48.71 48.81 合作探究 示例分析 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) 示例：457.6 ℃ ，容积不变的密闭容器中发生反应： 一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值。(扣除实验误差) 探·知识奥秘 我又来了。。。 该结论适用于其他可逆反应吗? 探·知识奥秘 示例：500 ℃ ，容积不变的密闭容器中发生反应： 3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g) 序号 平衡时的浓度/( mol·L-1) 平衡时 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.51 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 5.71×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 c2(NH3) c3(H2)•c(N2) 化学平衡常数 示例验证 探·知识奥秘 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，用K来表示。 探·知识奥秘 15 K 为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数 K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 对于一般的可逆反应 m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g) 在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足的数学关系式为： 化学平衡常数 化学平衡常数 平衡常数表达式 探·知识奥秘 16 (注意：若化学反应为离子反应，书写其化学平衡常数时应先改写成离子方程式再进行书写)。 表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度； 平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应； (注意：非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中)。 固体、液体纯物质的浓度视为常数，在表达式中不出现； 酯化反应 化学平衡常数 平衡常数表达式书写的注意事项 探·知识奥秘 平衡常数表达式中“水”、纯液体、固体的处理： （1）当反应中有固体物质参加时，分子间的碰撞只能在固体表面进行，固体的物质的量浓度对反应速率和平衡没有影响，因此，固体的“浓度”被视作常数，在平衡常数表达式中，就不写固体的浓度了。纯液体的“浓度”也被视作常数，在平衡常数表达式中，也不写纯液体的浓度。 （2）在以水为溶剂的溶液中进行的可逆反应，有水参加，在化学变化过程中，水量的改变对水的浓度变化影响极小，所以水的浓度是一个常数，水的浓度不必写在平衡常数表达式中。但是，在非水溶液中进行的可逆反应，有水参加或生成，水的浓度必须写在平衡常数表达式中。以水为溶剂的溶液中进行的可逆反应中，水是大量的，参加反应的量对反应的平衡没影响，所以忽略掉。而例如酯化反应是在非水溶液中进行的可逆反应，水不多，而且随反应进行逐渐增多，严重影响正反应的进行，因此水的浓度必须写在平衡常数表达式中。 17 【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 Fe3O4(s)＋4H2(g) 3Fe(s)＋4H2O(g) 高温 K＝ c4(H2O) c4(H2) 探·知识奥秘 【例1】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。 c2(NH3) K1＝ c(N2)•c3(H2) N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) 反应01 反应02 N2(g)＋ H2(g) NH3(g) 1 2 3 2 反应03 c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c(NH3) K3＝ c1/2(N2)•c3/2(H2) 以上所求的平衡常数K1 和K2、K3之间存在什么关系呢? 探·知识奥秘 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 K1 ＝ K2 1 ＝ K32 c2(NH3) K1＝ c(N2)•c3(H2) c2(NH3) K2＝ c(N2)•c3(H2) c(NH3) K3＝ c1/2(N2)•c3/2(H2) 探·知识奥秘 ①2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 ②2NO2 (g) N2O4 K2 ③2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K3 ①+②=③ K1·K2=K3 ①=③-② 探·知识奥秘 化学方程式 ΔH K 逆写 几倍 相加 相减 等值异号（相反数） 几倍 相加 相减 倒数 几次方 相乘 相除 探·知识奥秘 有气体参与的反应，也可以用平衡分压(总压p乘以各物质的物质的量分数)表示平衡常数(压强平衡常数)。 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)⇌eC(g)＋d(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，表达式为： pm(A)• pn(B) Kp＝ pe(C)• pf(D) pm(A)＝ px(A) [px(A)]m•px(B)n Kp＝ [px(C)]e•[px(D)] f 化学平衡常数 平衡常数表达式书写的注意事项 探·知识奥秘 平衡常数受哪些因素影响? 我又双叒叕来了。。。 探·知识奥秘 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) △H<0 示例：在容积不变的密闭容器中发生反应： 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 化学平衡常数 数据分析 探·知识奥秘 化学平衡常数 升高温度，吸热反应的平衡常数增大，放热反应的平衡常数减小。 降低温度，吸热反应的平衡常数减小，放热反应的平衡常数增大。 判断可逆反应热效应 平衡常数不受浓度的影响，受温度影响。 探·知识奥秘 压强改变可能会影响体系中物质的浓度，而浓度的改变不影响平衡常数。因此压强不影响平衡常数的大小。 体系压强改变会影响平衡常数吗? 我又双叒叕来了。。。 探·知识奥秘 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 示例：25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数 H2(g)＋X2(g) 2HX(g) 平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关。 化学平衡常数 数据分析 探·知识奥秘 反应中物质的性质 内因 对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关。 外因 化学平衡常数 影响化学平衡常数的因素 探·知识奥秘 29 K ＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) K值越大，表示反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大。一般来说，对于同类型的化学反应，K>105时可认为该反应进行得基本完全了； K值越小，表示反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有性质的定量体现； 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。即：某个化学反应的平衡常数很大，可能化学反应速率却很小。 结合平衡常数的表达式思考，K 的大小表示什么含义? 化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(反应的限度) 探·知识奥秘 【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 。(1)求该反应的平衡常数及平衡时CO的转化率。 析·典型范例 【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 。(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? 析·典型范例 【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 。(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? 序号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡时CO的转化率 CO(g) H2O(g) 1 0.01 0.01 50% 2 0.01 0.03 75% 投料浓度不影响化学反应的平衡常数，改变投料浓度后，平衡时物质的转化率会改变。 析·典型范例 02 化学平衡常数 的应用 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 应用 计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率 探·知识奥秘 m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g) 对于可逆反应： ＝Q 任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值 cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 浓度商 达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的K 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 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 应用 利用平衡常数判断化学反应进行的方向 探·知识奥秘 【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 。 (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? 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 K＝ ＝ ＝0.75 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 0.0075 × 0.0075 0.0025 × 0.03 ＜ 1 CO(g) ＋H2O(g) CO2(g) ＋H2(g) 此时不是化学平衡状态，反应在向正反应方向进行之中 析·典型范例 1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　 ) A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变 C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 D 2．下列关于化学平衡常数的说法正确的是(　　 ) A．在任何条件下，化学平衡常数不变 B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变 C．化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强有关 D．由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度 D 练·技能实战 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 3．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 练·技能实战 4．在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是 ①H2＋F2 2HF　K＝1047； ②H2＋Cl2 2HCl　K＝1017； ③H2＋Br2 2HBr　K＝109； ④H2＋I2 2HI　K＝1。 比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　 ) A．①②③④ B．④②③① C．①④③② D．无法确定 A 练·技能实战 5．某恒定温度下，在一个2 L的密闭容器中充入气体A、气体B，其浓度分别为2 mol·L－1、1 mol·L－1，且发生如下反应：3A(g)＋2B(g) 4C(?)＋2D(?)。反应一段时间后达到平衡状态，测得生成1.6 mol C，且反应前后气体的压强比为5∶4，回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式为____________________________________。 (2)B的转化率为________。 (3)增加C的量，A、B的转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。 40% 不变 K＝ c2(D) c3(A) • c2(B) 练·技能实战 判断可逆反应是否达到平衡 比较可逆反应限度 判断可逆反应热效应 用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等 第二节 化学平衡 第2课时 应用 化学平衡常数 概念 表达式 意义 影响因素 理·核心要点 $