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

以合成氨反应为例分析： （1）合成氨反应有哪些特点？ （2）什么叫可逆反应？ （3）1molN2和3molH2发生反应，是否可以生成2molNH3？ （4）画出三种物质的浓度-时间变化图。 （5）结合上图，画出正逆反应速率-时间图。 （6）请说说你怎样理解化学平衡状态？ 知识回顾——化学平衡 逆等动定变 请列举出能证明反应达到平衡状态的标志： 将1molN2和3molH2通入反应容器，发生合成氨反应。 a. 体系压强不再改变； b. 体系体积不再改变； c. 混合气体的总物质的量不再改变； d. 总质量不再改变； e. c(N2)与c(H2)之比保持不变； f. c(N2)与c(NH3)之比保持不变； g. 混合气体平均密度保持不变； h. 混合气体平均相对分子质量不变； i. 3v正(H2)=2v逆(NH3)； j. 消耗amolN2的同时，生成2amolNH3； 知识回顾——化学平衡状态的判断 1.恒温恒容条件下： 2.恒温恒压条件下： 选择性必修1 化学反应原理 第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 2.2.2 化学平衡常数 怎样才能定量地描述化学反应的限度呢？ 800 ℃，在容积不变的密闭容器中发生反应：CO(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+H2(g) 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 1.0 1.0 1.0 序号 起始时浓度 ×10-3mol/L 平衡时浓度 ×10-3mol/L H2 I2 HI H2 I2 HI 1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70 3806 7613 48.38 2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87 2882 5764 48.61 3 12.01 8.403 0.0 4.580 0.973 14.86 3335 6669 49.54 4 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81 4106 8211 48.48 5 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00 4870 9740 48.71 6 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34 1653 3306 48.81 c(HI) c(H2) · c(I2) 2c(HI) c(H2) · c(I2) 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 在457.6℃时，反应体系H2(g) + I2(g) ⇌2HI(g)总各物质的浓度如下表所示： 科学家们通过大量数据验证，证明了在一定温度下，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）。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: mA(g) + nB(g) ⇌pC(g) + qD(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： K 为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。 化学平衡常数 K= cp(C)cq(D) cm(A)cn(B) 化学平衡常数表达式书写 Fe3O4(s) + 4H2(g) ⇌3Fe(s) + 4H2O(g) CO2(g) + H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) Cr2O72-(aq) +H2O(l) ⇌2CrO42- (aq) + 2H+ (aq) C2H5OH + CH3COOH ⇌CH3COOC2H5 + H2O ) H ( c ) O H ( c 2 4 2 4 K = K = ) Cr2O72- ( c ) CrO42- ( c 2 ) H+ ( c 2 K = K = (1)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。 (2)水的处理 ①气态水或非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数。 ②稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度视为常数“ 1”而不代入公式 化学平衡常数表达式书写 N2(g) + 3H2(g) ⇌2NH3(g) 2NH3(g) ⇌N2(g) + 3H2(g) 1/2N2(g) + 3/2H2(g) ⇌NH3(g) c2(NH3) K1 ＝ c(N2)•c3(H2) K2 ＝ c2(NH3) c(N2)•c3(H2) K3 ＝ c1/2(N2）•c3/2(H2) c(NH3) K1 ＝ K2 1 ＝ K32 (1)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。 (2)水的处理 ①气态水或非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数。 ②稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度视为常数“ 1”而不代入公式 化学平衡常数表达式书写 （1）2NO(g) + O2 (g) ⇌2NO2 K1＝ （2）2NO2 (g) ⇌N2O4 K2＝ （3）2NO (g) + O2(g) ⇌N2O4(g) K＝ 【汕头金山中学阶段性测试】 运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。(1)用CO可以合成甲醇。已知：CH3OH(g) + 3/2O2(g) ⇌ CO2(g) + 2H2O(1) △H1 kJ·mol-1 K1 CO(g) + 1/2O2(g) ⇌ CO2(g) △H2 kJ·mol-1 K2 H2(g) + 1/2O2(g) ⇌ H2O(1) △H3 kJ·mol-1 K3则CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g) △H4= kJ·mol-1，K4= 。 化学平衡常数的影响因素 【思考与分析】已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数： 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 平衡常数的大小，与反应中物质的性质有关。 K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。（一般当K＞105时，该反应进行得基本完全。） 化学平衡常数的影响因素 【思考与分析】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。 序号 起始时浓度 ×10-3mol/L 不同温度下的平衡常数(K) H2 I2 HI 457.6℃ 425.6℃ 25℃ 1 11.97 6.944 0 48.38 54.51 867 2 12.28 9.964 0 48.61 54.62 867 3 12.01 8.403 0.0 49.54 54.21 867 4 0 0 15.20 48.48 54.10 867 5 0 0 12.87 48.71 54.42 867 【2009年海南卷】在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 下列说法错误的是(　　)A．反应达到平衡时，X的转化率为50%B．反应可表示为X＋3Y ⇌2Z，其平衡常数为1 600C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大D．升高温度平衡常数增大，则此反应为吸热反应 物质 X Y Z 初始浓度/mol·L－1 0.1 0.2 0 平衡浓度/mol·L－1 0.05 0.05 0.1 C 化学平衡常数的应用 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。 合成氨：N2 + 3H2 ⇌2NH3 常温下 K＝5×108 常温下限度较大，但化学反应速率很小 化学平衡常数的应用 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T ℃ ，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。 CO(g) + H2O(g) ⇌CO2(g) + H2(g) K＝ ＝ ＝1 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 0.005 × 0.005 0.005 × 0.005 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.01 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) 0.005 0.005 0.005 0.005 平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.005 0.005 0.005 0.005 CO的转化率为： 0.005 mol·L-1 0.01 mol·L-1 × 100% ＝ 50% 化学平衡常数的应用 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T ℃ ，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？ CO(g) + H2O(g) ⇌CO2(g) + H2(g) 【解】设达到平衡状态时CO浓度的变化量为x mol·L-1 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.03 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) x x x x 平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.01−x 0.03−x x x ＝ 1 K ＝ ＝ c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) x2 (0.01−x)•(0.03−x） x ＝ 0.0075 平衡时CO的浓度为 0.0025 mol·L-1 CO的转化率为： 0.0075 mol·L-1 0.01 mol·L-1 × 100% ＝75% 化学平衡常数的应用 CO(g) + H2O(g) ⇌CO2(g) + H2(g) 序号 起始浓度/（mol·L-1） 平衡时CO的转化率 平衡时H2O的转化率 CO(g) H2O(g) 1 0.01 0.01 50% 50% 2 0.01 0.03 75% 增大H2O(g)浓度，CO转化率增大，H2O(g)转化率减小。 H2O的转化率为： 0.0075 mol·L-1 0.03 mol·L-1 × 100% ＝25% 化学平衡常数的应用 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T ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1。 （3）在上述温度下，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？ 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 该温度下，该反应的平衡常数为1，将此刻各物质的浓度，代入平衡常数的表达式计算 (0.0075 )2 0.0025 ×0.03 ＝0.75 ＜ 1 此时不是化学平衡状态，反应在向正反应方向进行之中 CO(g) + H2O(g) ⇌CO2(g) + H2(g) 化学平衡常数的应用 对于可逆反应： mA(g) + nB(g) ⇌pC(g) + qD(g) 任意时刻的浓度商 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。 Qc= cp(C)cq(D) cm(A)cn(B) ① QC＜K ，反应向正方向进行 ② QC＝K ，反应处于平衡状态 ③QC＞K ，反应向逆方向进行 化学反应 平衡 常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g) ⇌CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g) ⇌H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g) ⇌CH3OH(g)＋H2O(g) K3     (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝______(用K1、K2表示)。 K1·K2 (2)反应③的ΔH____(填“>”或“＜”)0。 ＜ (3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____(填“＞”“＝”或“＜”)v逆。 ＞ 速率常数 1.速率常数(k)：是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。 2.速率方程： 对于基元反应aA(g)＋bB(g) ⇌cC(g)＋dD(g)， v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)。 速率常数 已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g) ⇌2NO2(g)中， v正＝k正·c(N2O4)，v逆＝k逆·c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝______k逆。 升高温度，k正增大的倍数______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。 10 大于 册P64 T13 [2018·全国卷Ⅲ，28(3)②③]对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH＝＋48 kJ·mol－1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 ①343K时反应的平衡转化率a=____%。 平衡常数K343K=_______（保留2位小数）。 ③比较a、b处反应速率大小：va_____vb(填“大于” “小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆 ＝k正 －k逆 ，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数， x为物质的量分数，计算a处的 ＝_____(保留1位小数)。 速率常数 v正 v逆  $