2.2 化学反应的限度 第1课时（同步课件）化学鲁科版选择性必修1

鲁教版选择性必修 1 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第1课时 化学平衡常数与平衡转化率 第2节 化学反应的限度 1 平衡转化率 2 化学平衡常数 1 学习内容导览 2 1.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。 2.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。 3.能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向 重点：能进行平衡常数、转化率的简单计算。 难点：能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学平衡的移动方向。 素养锚定·课标定位 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。 研究表明，可逆反应在适当条件下进行一段时间后一定会达到化学平衡状态。此时，平衡混合物的组成不再随时间的延续而变化，反应达到一定的限度。 养鱼能用自来水吗？ 情境启思·任务缘起 化学平衡常数 01 5 一、化学平衡常数 任务一 分析合成氨反应的限度，认识化学平衡状态 【思考与交流】 （1）反应刚开始时， v正 、v逆 为何值？ （2）随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何改变？速率如何变化？ （3）v正 递减、v逆 递增将导致二者之间出现什么的结果？ （4）在v正 = v逆 后，v正会继续减小吗？v逆 会继续增大吗？反应物和生成物的浓度呢？ 在1L密闭容器里，加 1 mol N2和 3 mol H2 (合适催化剂)，能发生什么反应？加2 mol NH3呢？ N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务一 分析合成氨反应的限度，认识化学平衡状态 v(正) v(逆) t1 反应速率 时间（t） 0 = v(正) v(逆) 动态平衡 ≠0 t1 浓度 时间（t） 0 c(H2) c(N2) c(NH3) c(H2) c(N2) c(NH3) 表面静止的状态 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 (1) 逆：讨论的对象是可逆反应 (前提) (2) 等：同一物质 v正 = v逆 ≠ 0 (本质) (3) 动：化学平衡是一种动态平衡。化学反应达到平衡时，反应并没有停止 (4) 定：在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变 (标志) (5) 变：当影响化学平衡的外界条件发生改变，化学平衡就移动 任务一 分析合成氨反应的限度，认识化学平衡状态 1.化学平衡状态的概念 在一定条件下，可逆反应中，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变。达到了一种表面静止的状态，我们称之为“化学平衡状态”。 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大“限度”。 2.化学平衡状态的标志 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 表中所列为测量反应H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) 在698.6 K 时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得的数据。 初始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) c平2 (HI) c平(H2)·c平(I2) c始(H2) c始(I2) c始(HI) c平(H2) c平(I2) c平(HI) 0.010 67 0.011 96 0 0.001 83 0.003 13 0.017 67 0.011 35 0.009 04 0 0.003 56 0.001 25 0.015 59 0.011 34 0.007 51 0 0.004 57 0.000 74 0.013 54 0 0 0.004 49 0.000 48 0.000 48 0.003 53 0 0 0.010 69 0.001 14 0.001 14 0.008 41 54.51 54.62 54.21 54.08 54.42 1.根据表中的实验数据计算平衡时的 值，将计算结果填入表中。 2.分析计算所得数据，寻找其中的规律。 c平2 (HI) c平(H2)·c平(I2) 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 结论1： 当温度不变时， 该常数大小与反应时各物质起始浓度无关 结论2： 当温度不变时， 该常数大小与平衡建立的过程无关。 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 初始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) c平2 (HI) c平(H2)·c平(I2) c始(H2) c始(I2) c始(HI) c平(H2) c平(I2) c平(HI) 0.010 67 0.011 96 0 0.001 83 0.003 13 0.017 67 0.011 35 0.009 04 0 0.003 56 0.001 25 0.015 59 0.011 34 0.007 51 0 0.004 57 0.000 74 0.013 54 0 0 0.004 49 0.000 48 0.000 48 0.003 53 0 0 0.010 69 0.001 14 0.001 14 0.008 41 54.51 54.62 54.21 54.08 54.42 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 CO(g)＋H2O(g) ⇌CO2(g)+H2 (g) ΔH<0 1 800℃ 101 KPa 起始浓度 1 1 0 0 K1= 1 平衡浓度 0.5 0.5 0.5 0.5 2 800℃ 202 KPa 起始浓度 1 1 0 0 K2= 1 平衡浓度 0.5 0.5 0.5 0.5 3 600℃ 101 kPa 起始浓度 1 1 0 0 K3= 2.25 平衡浓度 0.4 0.4 0.6 0.6 结论3： 当温度不变时，压强改变， 该常数大小不发生改变 结论4： 当温度改变时， 该常数大小也随之发生改变。 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 1.化学平衡常数的概念 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，反应产物浓度的系数次方的幂之积与反应物浓度的系数次方的幂之积的比值K为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。 2.化学平衡常数的表达式 c平c(C) • c平d(D) c平a(A) • c平b(B) K＝ a A(g) + b B(g) ⇌ c C(g) + d D(g) 注意：①浓度为各组分平衡时的浓度。 ②对于有纯固体或纯液体参与的反应，纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中。 ③稀溶液中的反应， 水的浓度视为常数 “ 1 ”而不代入公式 ④气态水或非水溶液中的反应， 水的浓度需代入公式。 平衡常数K只与反应本身及温度有关 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 1.请写出下列反应的平衡常数的表达式，并结合浓度单位写出K的单位 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 序号 反应 K 单位 1 NH3•H2O(aq) ⇌NH4+(aq)+OH-(aq) 2 FeO(s)+CO(g) ⇌Fe(s)+CO2(g) 3 AgCI(s) ⇌Ag+(aq)+CI-(aq) 4 Cr2O72-(aq)+H2O(l)=2CrO42-(aq)+2H+(aq) 5 C2H5OH(l)+CH3COOH(l)⇌CH3COOC2H5(l)+H2O(l) c平(NH4+)c平(OH-) c平(NH3•H2O) c平(CO2) c平(CO) c平(Ag+)c平(Cl—) mol·L-1 1 (mol·L-1)2 (mol·L-1)3 1 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 2.请写出下列反应的平衡常数的表达式，并思考K的表达式与化学方程式之间的关系 序号 反应 K 单位 ① 1/2N2(g)+3/2H2 (g) ⇌ NH3(g) (mol·L-1)-1 ② N2(g)+3H2 (g) ⇌2NH3 (g) (mol·L-1)-2 ③ 2NH3(g) ⇌ N2(g)+3H2 (g) (mol·L-1)2 c平(NH3) c平(N2)1/2c平(H2)3/2 c平(NH3)2 c平(N2)c平(H2)3 c平(N2)c平(H2)3 c平(NH3)2 K1 K2 K3 K12 =K2 = 1/K3 分层研学·探理悟新 一、化学平衡常数 任务二 分析实验数据，认识化学平衡常数 2.请写出下列反应的平衡常数的表达式，并思考K的表达式与化学方程式之间的关系 序号 反应 K 单位 ① 2NO(g) + O2(g) ⇌2NO2(g) (mol·L-1)-1 ② 2NO2(g) ⇌N2O4 (g) (mol·L-1)-2 ③ 2NO(g) +O2(g) ⇌N2O4 (g) (mol·L-1)2 c平(NO2)2 c平(NO)2 ·c平(O2) c平(N2O4) c平(NO2)2 c平(N2O4) c平(NO)2 ·c平(O2) K1 K2 K3 K3 =K2 ·K1 分层研学·探理悟新 知识总结 结论1.若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，平衡常数的幂也会随之等倍扩大或缩小。 结论2.可逆反应的正逆反应的平衡常数互为倒数 结论3．多重平衡规则：若干化学方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘(除) 化学平衡常数与化学方程式的关系 一、化学平衡常数 分层研学·探理悟新 任务三 化学平衡常数的应用 1.比较可逆反应进行的程度大小 对于相同条件下的可逆反应，K的数值越大，反应程度越大。 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度（即反应限度）。平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越完全。 2.判断化学反应可能进行的程度 K＞105或106时 ，反应进行的较完全; 10-5<K<105或10-6<K<106时，反应可逆； K＞10-5或10-6时，反应很难正向进行。 表2-2-1　反应的平衡常数及反应可能进行的程度 化学反应 K 反应可能进行的程度 2NO(g) + 2CO(g)⇌N2(g) + 2CO2(g)(570 K) 约为1059 mol-1·L 正反应可接近完全 PCl3(g) + Cl2(g)⇌PCl5(g)(470 K) 约为1 mol-1·L 正、逆反应相当 2HCl(g)⇌H2(g) + Cl2(g)(300 K) 约为10-33 正反应几乎不发生 一、化学平衡常数 分层研学·探理悟新 任务三 化学平衡常数的应用 3.判断反应是否达到平衡状态及平衡移动方向 一定温度下，a A(g) + b B(g) ⇌ c C(g) + d D(g) 任意状态时：浓度商Q＝ cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) Q K Q K Q K 平衡 平衡 Q = K   体系处于化学平衡。 一定温度时 Q ＜ K   反应正向进行。 Q ＞ K   反应逆向进行。 一、化学平衡常数 分层研学·探理悟新 任务三 化学平衡常数的应用 4.判断反应的热效应 根据某反应的平衡常数K随温度变化的情况，可判断该反应是放热反应还是吸热反应。 ①若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应； ②若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 一、化学平衡常数 分层研学·探理悟新 【例1】一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2 ⇌ 2NO＋O2，该反应达到平衡状态的标志是 (　　) ①单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1 ④混合气体的压强不再改变 ⑤混合气体的颜色不再改变 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变 A．①④⑤⑥ B．①②③⑤ C．②③④⑥ D．以上全部 A 一、化学平衡常数 典例剖析·逻辑释疑 【例2】对于可逆反应：C(s)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)，在一定温度下，其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是 (　　) A、将C(s)的表面积增大 B、增大体系压强 C、升高体系温度 D、使用合适的催化剂 C 一、化学平衡常数 典例剖析·逻辑释疑 【例3】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 一、化学平衡常数 典例剖析·逻辑释疑 【变式1】某温度下，反应 SO2(g)＋1/2O2(g) ⇌ SO3(g)的平衡常数K1＝20，在同一温度下，反应2SO3(g) ⇌ 2SO2(g) ＋ O2(g)的平衡常数K2的值为(　　) A．400　B．500 C．4×10－4 D．2.5×10－3 D 一、化学平衡常数 典例剖析·逻辑释疑 【变式2】1000 K 时反应C(s)＋2H2(g) ⇌ CH4(g) 的平衡常数K＝8.28×107 L ·mol －1，当各气体物质的量浓度分别为：H2 =0.7 mol·L－1、CH4 =0.2 mol·L－1时，上述反应(　　) A．正向进行 B．逆向进行 C．处于平衡状态 D．不一定 A 一、化学平衡常数 典例剖析·逻辑释疑 平衡转化率 02 25 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 实验室研究工业合成氨反应： N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g)。用化学平衡常数可以定量地描述化学反应的限度，但用平衡常数表示反应的限度时不够直观，如果温度不变，改变氮气或氢气的浓度，如果定量的表示化学反应的限度呢？ 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 1.平衡转化率 平衡转化率α是指平衡时某反应物已转化的物质的量占反应前该反应物的物质的量的百分数。 α(A) = ———————————————————×100% 初始时A的物质的量 - 平衡时A的物质的量 初始时A的物质的量 对于化学反应：aA + bB ⇌ cC + dD，反应物A的平衡转化率可以表示为： 物质的平衡转化率越大，表示反应程度越大 对于溶液体系和恒容的气态反应体系， 可以用物质的量浓度进行计算。 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 2.计算模型(三段式法) mA(g)＋nB(g) ⇌ pC(g)＋qD(g) 初始量 a b 0 0 变化量 mx nx px qx 平衡量 a－mx b－nx px qx (1)对于反应物： 平衡量＝初始量－ 变化量。 (2)对于反应产物： 平衡量＝初始量＋ 变化量。 (3)转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比 步骤 ①确定反应物或生成物的起始加入量。 ②确定反应过程的变化量。 ③确定平衡量。 ④依据题干中的条件建立等式关系进行解答。 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 例题分析.化学反应2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 mol SO2(g) 和0.030 mol O2(g) 注入体积为1.0 L 的密闭反应器，并将反应器置于某较高温度下的恒温环境中；达到化学平衡后，测得反应器中有0.044 mol SO3 (g)，求该温度下反应的平衡常数及SO2、O2 的平衡转化率。 初始浓度/(mol·L-1) 解： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 转化浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) 0.050 0.030 0 0.044 0.022 0.044 0.006 0.008 0.044 c平2(SO3) c平2(SO2) • c平(O2) K＝ (0.044mol·L－1)2 ×0.008mol·L－1 (0.006mol·L－1)2 ＝ ＝6.7× 103 mol－1·L 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 例题分析.化学反应2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 mol SO2(g) 和0.030 mol O2(g) 注入体积为1.0 L 的密闭反应器，并将反应器置于某较高温度下的恒温环境中；达到化学平衡后，测得反应器中有0.044 mol SO3 (g)，求该温度下反应的平衡常数及SO2、O2 的平衡转化率。 初始浓度/(mol·L-1) 解： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 转化浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) 0.050 0.030 0 0.044 0.022 0.044 0.006 0.008 0.044 c始(SO2) － c平 (SO2) c始(SO2) α（SO2）＝ ×100% 0.050mol·L－1－0.006mol·L－1 0.050mol·L－1 ＝ ×100% ＝88% 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 例题分析.化学反应2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 mol SO2(g) 和0.030 mol O2(g) 注入体积为1.0 L 的密闭反应器，并将反应器置于某较高温度下的恒温环境中；达到化学平衡后，测得反应器中有0.044 mol SO3 (g)，求该温度下反应的平衡常数及SO2、O2 的平衡转化率。 初始浓度/(mol·L-1) 解： 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 转化浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) 0.050 0.030 0 0.044 0.022 0.044 0.006 0.008 0.044 c始(O2) － c平 (O2) c始(O2) α（O2）＝ ×100% 0.030mol·L－1－0.008mol·L－1 0.030mol·L－1 ＝ ×100% ＝73% 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 例题分析.化学反应2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) 是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 mol SO2(g) 和0.030 mol O2(g) 注入体积为1.0 L 的密闭反应器，并将反应器置于某较高温度下的恒温环境中；达到化学平衡后，测得反应器中有0.044 mol SO3 (g)，求该温度下反应的平衡常数及SO2、O2 的平衡转化率。 计算思路 (1)设未知数： 具体题目要具体分析， 灵活设立， 一般设某物质的转化量为x。 (2)列出三个量： 用含x的式子表示平衡体系中各物质的初始量 、变化量、 平衡量。 (3)列式计算： 根据平衡时含x的相应关系 （平衡常数、 等量关系、比例关系等） 列方程式求解。 分层研学·探理悟新 任务四 认识定量表示化学反应限度的方法 二、平衡转化率 对于1 200 ℃时的反应H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)，观察、分析表2-2-2中数据，你能得出什么结论？ 表2-2-2　反应物的初始浓度及相应的平衡转化率 初始浓度（mol·L－1） 平衡浓度（mol·L－1） c始(H2) c始(CO2) α(H2) α(CO2) A 0.010 0 0.010 0 60 60 B 0.012 0 0.010 0 54 65 C 0.008 0 0.010 0 66 53 有两种反应物，增加一种反应物的初始浓度，降低了自己的平衡转化率，提高另一种反应反应物的平衡转化率。 分层研学·探理悟新 二、平衡转化率 四个基本关系 知识总结 (1)各物质的物质的量浓度或物质的量变化之比＝化学计量数之比。 (2) 反应物的转化率＝ ×100%＝ ×100%。 (3)生成物的产率＝ ×100% (4)平衡时各组分的体积分数＝该组分的物质的量分数 ＝ ×100% Δn n(初) Δn n(初) 该物质实际产量 该物质理论产量 n(平) n(总) 分层研学·探理悟新 二、平衡转化率 【例1】在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应：CO(g)＋H2O(g) ⇌ CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是(　　) A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1 B．平衡常数与反应温度无关 C．CO的平衡转化率为50% D．平衡时n(H2O)＝0.5 mol B 典例剖析·逻辑释疑 二、平衡转化率 【例2】在恒容密闭容器中，CO与H2发生反应CO(g)＋2H2(g) ⇌CH3OH(g)　ΔH＜0，达到平衡后，若只改变某一条件，下列示意图正确的是(　　) B 典例剖析·逻辑释疑 二、平衡转化率 【变式1】在一体积恒定的密闭容器中进行如下反应：CO2(g) + H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) ， 不同温度t 下的平衡常数 K 如下表所示： （1）该反应 △H 0(填“<”、“>”或“=”)； （2）830℃时，向体积为1L的密闭容器内分别充入1molCO2和1molH2，则达到平衡时CO2的转化率为 ，此时H2的物质的量浓度为 ； t /℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 50% 0.5 mol/L > 典例剖析·逻辑释疑 化学平衡常数与平衡转化率 化学平衡常数 平衡转化率 只受温度影响 化学平衡常数的应用 计算（三段法） 平衡常数的表达式 体系梳整·认知升华 1.一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g) ⇌ SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．体系压强保持不变 B．混合气体颜色保持不变 C．SO3和NO的体积比保持不变 D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 B 当堂诊学·成效校验 2.在某温度下，可逆反应：mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g) + qD(g)的平衡常数为Ｋ，下列说法正确的是（　　） Ａ、Ｋ越大，达到平衡时，反应进行的程度越大。 Ｂ、Ｋ越小，达到平衡时，反应物的转化率越大。 Ｃ、Ｋ随反应物浓度改变而改变。 Ｄ、Ｋ随温度改变而改变。 AD 当堂诊学·成效校验 3.已知某化学反应的平衡常数表达式为 ，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示，下列有关叙述不正确的是(　　) A.该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)B.上述反应的正反应是放热反应C.若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 mol，则该反应达到平衡状态D.若平衡浓度符合下列关系式： ，则此时的温度为1 000 ℃ C t /℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 当堂诊学·成效校验 4.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、加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 C、ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 D、增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 C 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 当堂诊学·成效校验 5.在一定体积密闭容器中，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： (1)K的表达式为：　　　　　　　。　　 (2)该反应为　　　　反应（“吸热”或“放热”） (3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据（ ） Ａ、容器中压强不变　 Ｂ、混合气体中ＣＯ浓度不变 Ｃ、v(H2)正=v(H2O)逆 　　 D、c(CO2)=c(CO)　　 (4)若c(CO2) .c(H2)=c(CO) .c(H2O)，此时温度为 。 t/ºC 700 800 830 1000 1200 k 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 830℃ 吸热 BC 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 鲁教版选择性必修 1 44 Lavf58.51.100 $