第二章 第二节 第二课时 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 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第二课时 化学平衡常数 1、化学平衡常数 化学平衡的改变，有规律可循吗？不同的化学平衡状态，反应物和生成物的浓度之间有什么关系呢？（P31） 五、化学平衡及影响因素 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 48.37 2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87 48.62 3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86 49.54 4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81 48.49 5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00 48.70 6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34 48.50 457.6 ℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 思考：分析上表，能得出什么结论？ 五、化学平衡及影响因素 3 通过分析实验数据得出： ① 温度不变时， 　　　为常数，用 K 表示； ② 常数K与反应的起始浓度大小无关 ③ 常数K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。 对于可逆反应： mA + nB ⇌ pC + qD 在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度带入以下表达式，得到的结果是一个定值。 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) 其中c为各组分平衡时的浓度 五、化学平衡及影响因素 4 1、化学平衡常数 在一定温度下，上表中的反应达到化学平衡状态时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值是一个定值。该结论是否适用于其他可逆反应呢？ 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 表1：800 ℃： CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 1、化学平衡常数 例3：再次验证 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 在500℃时，3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)反应体系中各物质的浓度 1、化学平衡常数定义及表达式 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 对于一般的可逆反应: m A(g)+nB(g) p C(g) + q D(g) 一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足： 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 练习1：写出下列反应的平衡常数K的表达式 ① C(s) + H2O(g) ⇌ CO(g) + H2(g) ② 2KClO3(s) ⇌ KCl(s) + 3O2(g) 固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数而不代入公式。 ③ Cr2O72- + H2O ⇌ 2CrO42- + 2H+ ④ C2H5OH+CH3COOH ⇌ CH3COOC2H5+H2O K= c(CH3COOC2H5)·c(H2O) / c(C2H5OH)·c(CH3COOH) 稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中 非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，平衡关系式中必须表示 2、化学平衡常数的书写 8 2、化学平衡常数的书写 练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式 ① N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ② N2(g) + H2(g) ⇌ NH3(g) ③ 2NH3(g) ⇌ N2(g) + 3H2(g) 注意观察三者之间的关系！ K1 = 1/K3 = K22 结论：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。 9 2NO(g) + O2(g) ⇌ 2NO2(g) K1 2NO2(g) ⇌ N2O4 (g) K2 2NO(g) +O2(g) ⇌ N2O4 (g) K3 K3 = K1  K2 结论：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乘积(商) 练习3：下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系 2、化学平衡常数的书写 2、化学平衡常数的书写 思考：同一反应的正逆反应的平衡常数有什么关系？ 2NO2(g) ⇌ 2NO(g) + O2(g) K2 例如: 2NO(g) + O2(g) ⇌ 2NO2(g) K1 则有：K2 = 1 / K1 结论：对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 思考：化学平衡常数的单位问题 对于可逆反应： mA + nB ⇌ pC + qD K = cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B) 物质状态：(g)或(aq) 浓度单位：mol·L-1 由于方程式左右“系数差”不定，单位(mol·L-1)x不固定，通常平衡常数单位省略不写 11 2、化学平衡常数书写 练习1：写出如下反应的平衡常数表达式。 注意事项: 1. 表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度。 2. 平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应。 3. 固体、纯液体的浓度视为常数，在表达式中不出现。 五、化学平衡及影响因素 3、化学平衡常数影响因素 请根据以下资料提供的数据，分析影响平衡常数的因素。 表1:H2(g)+I2(g) 2HI(g)不同条件下的平衡常数 平衡常数不受浓度的影响，受温度影响 五、化学平衡及影响因素 3、化学平衡常数影响因素 思考：体系压强的改变会影响平衡常数吗？ 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。 结论：影响化学平衡常数的因素 ① 与反应物的浓度无关； ② 与压强的大小无关； ③ 与反应有无催化剂无关 ——只与温度有关 五、化学平衡及影响因素 3、化学平衡常数影响因素 表2: 25 ℃ 时，生成卤化氢反应的平衡常数 平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关 五、化学平衡及影响因素 3、化学平衡常数影响因素 （1）影响化学平衡常数的因素 内因：反应中物质的性质 外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关 K值与浓度无关，随温度变化而变化。 化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。 T/K 373 473 573 676 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0 CO(g)+H2O (g) CO2(g)+H2(g) ΔH＞0 T/K 373 473 573 676 773 K 1.86×10-5 2.2 ×10-4 3.8 ×10-3 3.27×10-2 0.15 结论：升高温度，放热反应K减小，吸热反应K增大 注意： ① 使用平衡常数时必须指明是在哪一温度下进行的可逆反应 ② 通过改变温度，平衡常数大小的变化可以判断可逆反应的正方向的焓变 五、化学平衡及影响因素 3、化学平衡常数影响因素 17 五、化学平衡及影响因素 4、化学平衡常数的应用 a、对于同类型的反应，K 越大，反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。 b、一般：K > 105，正反应进行得基本完全了； 下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数： 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 当 K＞105 时，可以认为反应完全，反应为不可逆反应 当K＜10-5 时，可以认为未发生反应，反应不能进行 （1). 表示可逆反应进行的程度 （2）、利用平衡常数判断反应或者平衡移动的方向 对于可逆反应mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g)，在一定温度的任意时刻，Q(浓度商)为： Q＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 其中c为各组分任意时刻的浓度 比较浓度商(Q)和平衡常数(K)的大小（P35）： 若Q=K ，反应处于平衡状态 若Q<K ，反应正向进行 若Q>K ，反应逆向进行 五、化学平衡及影响因素 4、化学平衡常数的应用 19 五、化学平衡及影响因素 （3）、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； 完成例题1：（P33） 4、化学平衡常数的应用 练习1：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1.0 mol/L，2.0 mol/L，1.5 mol/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？ Q＞K，v正＜v逆，反应向逆方向进行 Q＝ c(CO)·c(H2) c(H2O) ＝ 2.0×1.5 1.0 ＝3.0 >K 五、化学平衡及影响因素 4、化学平衡常数的应用 21 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% 练习2：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，而本身的转化率降低 五、化学平衡及影响因素 22 （4）. 利用K随温度的变化，判断反应的焓变 已知：反应①：Fe(s)+CO2(g) ⇌ FeO(s)+CO(g)，其平衡常数为K1； 反应②：Fe(s)+H2O(g) ⇌ FeO(s)+H2(g)，其平衡常数为K2， 在温度973 K和1173 K情况下，K1、K2的值分别如下： （1）反应①是________（填“吸热”或“放热”）反应。 （2）现有反应③：CO2(g)+H2(g) ⇌ CO(g)+H2O(g)，请写出该反应的平衡常数K3 的数学表达式：K3=___________。 （3）根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系式 ，据此关系式及上表数据，也能推断出反应③是 （填“吸热”或“放热”）反应。 吸热 K3=K1 / K2 吸热 4、化学平衡常数的应用 23 $