2.2.2 化学平衡常数课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学平衡常数，通过H₂与I₂反应的多组浓度数据表格导入，引导学生观察平衡时浓度比值规律，搭建从化学平衡状态定性描述到定量常数的学习支架，衔接反应限度的定量表征需求。 其亮点是以数据实证驱动概念建构，对比不同起始浓度、平衡方向及温度下的常数变化，培养科学思维中的证据推理与模型认知能力。采用三段式、五段式结构化计算方法，融入Kp拓展及真题练习，帮助学生形成定量分析思维，教师可直接利用实例提升教学效率。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第2课时：化学平衡常数 人教版 高二年级 选择性必修一 Z 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 △H= -92.6KJ/mol 许多化学反应都存在反应限度 反应物之间并不是绝对的“同归于尽”关系 而反应物与生成物也不都是“你死我活” 例如反应： 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 当达到平衡状态时，各物质的浓度保持不变 怎样定量描述化学反应的限度？ 工业生产中，需要知道： 在一定温度下 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？ 化学平衡常数 在某温度下，反应体系H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)中各物质的浓度如下表所示： 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 与起始浓度无关 与平衡建立方向无关 近似相等 正向 开始 建立 平衡 逆向 开始 建立 平衡 课堂引入 3 在一定的温度下， 反应H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)平衡时中各物质的浓度存在规律： 结论(1) ： 为常数 c2(HI) c(H2) · c(I2) 结论(2) ：与反应物的起始浓度大小无关； 与正向建立还是逆向建立平衡无关。 科学家们通过大量的数据验证，在其它可逆反应的平衡体系中，都有类似的关系，并将计算的出的定值，称为化学平衡常数 查阅文献 化学平衡常数 1. 定义 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。 2. 表达式 对于一般的可逆反应：mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 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) = c 为平衡浓度 任意时刻时 Q cp(C) · cq(D) cm(A) · cn(B) = c 为任意时刻的浓度 Q称为浓度商 K的单位为(mol·L-1)n，n=(p+q)-(m+n)，单位与对应化学计量系数有关，没有固定的单位。 ※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 2SO₂(g)+O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) CaCO₃(s) ⇌ CaO(s)+CO₂(g) K=c(CO₂) Br₂+H₂O ⇌ H⁺+Br⁻+HBrO 思考1：写出下列三个反应的化学平衡常数，并说说写K的表达式时要注意什么？ c²(SO₃) c²(SO₂)·c(O₂) K= c(H⁺)·c(Br⁻)·c(HBrO) c(Br₂) K= 3. 平衡常数的书写要点 化学平衡常数 先让学生写，写的时候强调注意状态，再对比答案，让学生自己得出结论：固体和纯液体不写 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O c(C2H5OH) c(CH3COOH) c(CH3COOC2H5) c(H2O) K= 3、溶液中的反应要写离子方程式的表达式。 4、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，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相反应。 3. 平衡常数的书写要点 注意： 1、纯液体（如水）和固体浓度是固定不变的，所以浓度视为1，不计入表达式 2、当水的状态为气态时，则需写入平衡常数表达式中 化学平衡常数 平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，其表达式与方程式的书写对应 【练习1】写出下列反应的平衡常数表达式，并分析它们之间的关系 ① N2+3H2 2NH3 ② 2NH3 N2+3H2 ③ N2 + H2 NH3 1 2 3 2 K1 K2 K3 c2(NH3) c( N2) · c3(H2 ) = c( N2) · c3(H2 ) c2(NH3) = c(NH3) c1/2( N2) · c3/2(H2 ) = K2 =1/K1 ΔH1、ΔH2二者关系为: K1、K2二者关系为: ΔH2= -ΔH1 ΔH1、ΔH3二者关系为: ΔH1= 2ΔH3 K1 = K32 K1、K3二者关系为: 化学平衡常数 【练习1】写出下列反应的平衡常数表达式，并分析它们之间的关系 ① C + O2 = CO2 ③CO + 1/2O2 = CO2 ② C + 1/2 O2 = CO K1 K2 K3 c(CO2) c(O2) = c(CO) c1/2(O2) = c(CO2) c(CO)·c1/2(O2) = 反应①、②、③之间的关系是: K2 = K1 /K3 K1 = K1 × K2 ① = ② + ③ ② = ① - ③ ΔH1、ΔH2、ΔH2之间的关系是: ΔH1 = ΔH2+ ΔH2 K1、K2、K2之间的关系是: 化学平衡常数 4. 平衡常数运算规则 (2) 若化学方程式中各物质的化学计量数变为原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂 (1) 对于同一可逆反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数； 方程式相加(减)，则K相乘(除)，ΔH相加(减) (3) 若干方程式相加，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积；若干方程式相减，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之商 ΔH互为相反数 即：方程式的系数扩大n倍，K变为Kn，ΔH变为 nΔH 化学平衡常数 1.某温度时，反应的平衡常数 。 在同一温度下，反应的平衡常数 应为( )。 C A.2500 B.100 C. D. 课堂练习 [解析] ，， 。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 11 5. 平衡常数的影响因素 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 (1) 内因—— 平衡常数的大小，与反应物的性质有关 【思考与讨论】平衡常数受哪些因素影响？请根据以下资料提供的数据，分析影响平衡常数的因素。 化学平衡常数 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 (2) 外因—— 同一反应的平衡常数只与温度有关，与反应物的起始浓度无关 放热反应，温度升高，K减小 吸热反应，温度升高，K增大 5. 平衡常数的影响因素 由表格中数据可知，该反应是 反应 放热 化学平衡常数 6. 平衡常数的应用 ① 判断反应的程度 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 任意可逆反应： K值越大，表示反应进行的程度越 ，反应物转化率越 ； K值越小，表示反应进行的程度越 ，反应物转化率越 。 大 小 大 小 一般来说，反应的平衡常数K≥105，认为正反应进行完全； K ≤10 -5 则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全） 【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。 化学平衡常数 【例】在一定体积的密闭容器中，进行如下反应： CO2(g) + H2(g) CO(g) +H2O(g)，其平衡常数K和温度T的关系如下表： 则该反应ΔH 0（填“＞”、“＜”、“=”） 6. 平衡常数的应用 ② 判断反应的热效应 K只与温度有关，与浓度和途径无关， 可根据K随温度的变化来推断正反应是吸热还是放热 若升高温度，K值增大， 则正反应为吸热反应，ΔH > 0 若升高温度，K值减小， 则正反应为放热反应，ΔH < 0 t℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 ＞ 化学平衡常数 6. 平衡常数的应用 ③ 判断反应进行的方向 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 任意可逆反应： Q cp(C) · cq(D) cm(A) · cn(B) = 浓度商 在一定温度的任意时刻 ③ Q ＞K 反应向逆方向进行 ① Q＜K ② Q = K 反应向正方向进行 反应达到平衡状态 【例】已知在T℃时，反应2A(g)+B(g)⇌2C(g)的平衡常数K=1，在该温度下向一个2L的恒容容器内充入2molA，1molB，2molC，此时反应_____________(填“正向进行”、“逆向进行”或“达到化学平衡”) 逆向进行 化学平衡常数 练习：高炉炼铁中发生的基本反应之一：FeO(s)+CO(g) ⇌ Fe(s)+CO2(g) ΔH > 0 (1)该反应的平衡常数表达式为K=_________________。 (2)已知1 100 ℃时K＝0.263。1 100 ℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025 mol·L-1， c(CO)＝0.1 mol·L-1，在这种情况下，该反应是否处于平衡状态_____。此时化学反应速率ν(正) ____ν (逆) = 0.025 mol·L-1÷0.1 mol·L-1=0.25 平衡向正反应方向进行，此时，ν(正) 大于ν (逆) 否 > 平 平 Qc＝ ＜ K 课堂检测 化学平衡常数的计算——三段式 在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（H2）=0.0080mol/L 。 （1）求反应的平衡常数。 H2 + I2 ⇌ 2HI 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 【解】 0.0080 0.0080 0.0040 0.0020 0.0020 0.0040 c2(HI) c(H2) · c(I2) K ＝ （0.0040）2 （0.0080）2 ＝ ＝ 0.25 【例题1】 化学平衡常数相关计算 在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（H2）=0.0080mol/L 。 （2）在上述温度下，该容器中通入H2和I2蒸气各0.20mol,试求达到化学平衡时各物质的浓度。 【例题1】 H2 + I2 ⇌ 2 HI 起始浓度/mol·L-1 0.020 0.020 0 变化浓度/mol·L-1 平衡浓度/mol·L-1 【解】 x 2x 0.020-x x 0.020-x 2x c2(HI) c(H2) · c(I2) K ＝ （2 x）2 （0.020-x）2 ＝ ＝ 0.25 x = 0.0040 C(H2)=C(I2)=0.016mol/L C(HI)=0.0080mol/L 化学平衡常数相关计算 在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O 混合加热到830 ℃，达到下列平衡：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。 【例题2】 【解】设反应容积为1L，CO浓度变化量为x mol/L，依题可得： CO(g) + H2O(g) ⇌CO2(g) + H2(g) c始/mol·L-1 2 10 0 0 c转/mol·L-1 c末/mol·L-1 x x x x 2-x 10- x x x x2 (2-x) · (10-x) K ＝ ＝ 1 x = 5/3 ＝ ×100% 5/3 2 α(CO) CO转化率： ＝ 83% 平衡转化率 该反应物的起始总量 — 该反应物的平衡量 该反应物的起始总量 a= ×100% 化学平衡常数相关计算 压强平衡常数 1. 定义 把化学平衡常数K表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时，就得到该反应的压强平衡常数，其表达式的意义相同。 即：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， 用符号Kp表示 【注意】Kp仅适用于气相发生的反应 2. 表达式 对于一般的可逆反应：mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 压强平衡常数 Kp = pP(C)·pq(D) pm(A)·pn(B) p(A)、p(B)、p(C)、p(D)代表A、B、C、D的分压 某种气体的分压等于该气体的物质的量分数乘以总压 ＝ ×p(总) n(A) n(总) p(A) 分压平衡常数的单位一般要求写出 分压平衡常数 【归纳】Kp计算步骤（五段式） 第一步： 第二步：计算各气体组分的物质的量分数 第四步：Kp代入公式计算 第三步：求出各气体物质的分压 根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。 【练习】在一个恒温恒压的密闭容器中，充入2molA，1molB，发生反应2A(g)+B(g) ⇌2C(g)，容器内气体的压强为120kPa，一段时间以后反应到达平衡，平衡时C的体积分数为50%，求该反应的压强平衡常数Kp。 =9/80 kPa-1 分压平衡常数 2. 常见计算类型 (1)恒温恒压下的Kp计算 2A(g) + B(g) ⇌ 2C(g) n始/ mol 2 1 0 △n/mol n末/ mol 【解】设B物质的量的变化量为x mol 2x x 2 x 2-2x 1- 2x 2x φ(C) = 2x (2-2x)+ (1- 2x)+2x ×100% =50% x = 0.6mol 平衡时， p(A)=40kPa，p(B)=20kPa, p(C)=60kPa Kp = 602 402×20 课堂练习 【真题练习】(全国Ⅱ卷节选) 天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定温度下可发生如下反应：C2H6(g)⇌C2H4(g)+H2(g)，容器中通入各2mol的乙烷和氢气，在等压120kPa下发生上述反应，乙烷的平衡转化率为40%。反应的平衡常数Kp=_____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数) 140/3 kPa 分压平衡常数 2. 常见计算类型 (2)恒温恒容下的Kp计算 【练习】一定温度下，在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，起始总压强为P0，发生反应：2NO(g)+Cl2(g) ⇌ 2NOCl(g) 达到平衡后，压强为原来的5/6。该温度下反应的平衡常数K = 、Kp= 。 2 6/P0 kPa-1 课堂练习 【真题练习】(全国Ⅱ卷节选) 某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（ ）在刚性容器内发生反应: ，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，该反应的平衡常数Kp=_________Pa。 3.56×104 10（4） 某温度下,将和足量的碳加入 的密闭容器中,发生反应 ,达到平衡时测得,则此温度下 的转化率为 _____。已知对于气相反应,用某组分的平衡压强代替物质的量浓度 可得压 强平衡常数（记作）,分压总压×物质的量分数。若平衡时容器内的压强为 ,则 ____。（6分） 课堂练习 27 $