高中化学 2.2.1 化学平衡常数 平衡转化率配套课件 鲁科版选修4.ppt

第1课时化学平衡常数平衡转化率 1 掌握化学平衡状态的特征及标志 2 了解化学平衡常数的含义及影响因素 3 了解平衡转化率的含义 能够进行有关平衡转化率的计算 4 能够利用化学平衡常数判断化学反应进行的方向 一 化学平衡常数 1 什么是化学平衡常数 2 化学平衡常数与哪些因素有关 3 化学平衡常数有何应用 1 定义在 一定时 当一个可逆反应达到化学平衡状态后 浓度化学计量数次幂之积与 浓度化学计量数次幂之积的比值为一个常数 此常数称为化学平衡常数 简称平衡常数 温度 生成 物 反应物 2 符号与表达式 1 符号 2 表达式 以化学反应aa g bb g cc g dd g 为例 3 影响因素 1 内因 反应物的 2 外因 反应体系的 k 本身性质 温度 4 应用 1 判断反应的限度 k的大小反映了化学反应可能进行的 即反应限度 k越大 说明正反应可以进行得越 程度 完全 很难进行 反应可逆 进行完全 2 判断反应是否达到平衡状态 对化学反应aa g bb g cc g dd g 的任意状态有 浓度商 若q k 说明反应 进行 此时v 正 v 逆 若q k 说明反应达到 此时v 正 v 逆 若q k 说明反应 进行 此时v 正 v 逆 逆向 平衡状态 正向 二 平衡转化率 1 什么是平衡转化率 2 平衡转化率是如何计算的 1 概念 可逆反应达到平衡时某种反应物转化的物质的量浓度 或物质的量 与该物质起始浓度 或起始物质的量 的百分比 2 表达式对于可逆反应 ma g nb g pc g qd g 反应物a的平衡转化率 该条件最大转化率 可表示为 说明 c0 a 反应物a的起始浓度 a 平衡时a的浓度n0 a 反应物a的起始物质的量 1 一定温度下的反应a g 3b g 2c g 若单位时间内生成amola 同时生成3amolb 表示反应达到了平衡状态 分析 反应物a和b的生成都代表了逆反应速率 不能表示反应达到了平衡状态 2 化学平衡常数与反应物和生成物的浓度有关 分析 化学平衡常数只与温度有关 与反应物和生成物的浓度无关 3 化学平衡常数k越大表示反应进行得越彻底 分析 k的大小反映了反应进行的程度 k越大表示反应进行得越彻底 4 同一个化学反应中的两种反应物的转化率一定相等 分析 反应物的转化率与初始充入的量及转化的量有关 同一个化学反应中的两种反应物的转化率不一定相等 5 平衡常数k值越大 表明该反应越有利于生成物的生成 反应物的转化率越大 分析 平衡常数k的大小与反应物的转化率无关 一 化学平衡状态的判断可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征 一是正反应速率和逆反应速率相等 二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变 以容积不变的密闭容器中的反应ma g nb g pc g qd g 为例 在一定条件下 若符合下列条件之一 则反应达到平衡状态 1 v 正 v 逆 同一物质 该物质的生成速率等于它的消耗速率 如有mmola消耗同时生成mmola 不同的物质 速率之比等于方程式中的化学计量数比 但必须是不同方向的速率 即必须是一个v 正 一个是v 逆 且两者之比等于化学计量数比 如有mmola a键断裂就有nmolb b键生成 2 对于体系中的各组成成分 3 对于体系中的混合物 拓展延伸 其他情况的化学平衡状态判断 1 对于容积不变的密闭容器中的反应ma s nb g pc g qd g 各组成成分的质量或质量分数不变表明反应达到平衡 各组成成分的物质的量或物质的量分数或体积分数不变表明反应达到平衡 各组成成分的物质的量浓度保持不变表明反应达到平衡 各反应物的转化率 各产物的产率保持不变表明反应达到平衡 气体密度不变 表明反应达到平衡 若n p q 气体的总物质的量不变或压强不变或气体的平均相对分子质量不变 不能表明反应达到平衡 若n p q 气体的总物质的量不变或压强不变或气体的平均相对分子质量不变 能表明反应达到平衡 压强不变 表明反应达到平衡 2 对于反应ma g nb g pc g qd g 反应在恒温恒压的密闭容器中进行 若m n p q 气体的密度不变 不能说明反应达到平衡状态 若m n p q 气体的密度不变 能说明反应达到平衡状态 3 对于绝热的密闭容器中的可逆反应 若体系的温度保持不变 则说明反应已达平衡状态 4 浓度商q等于化学平衡常数k 说明反应达到平衡状态 5 特殊情况 反应a s b g c s 气体的相对分子质量不变化 不能说明反应达到平衡状态 反应a g b g c s a的体积分数不变 不能说明反应达到平衡状态 6 对于有有色物质参加的可逆反应 体系的颜色不变 如 2no2 g 2no g o2 g 2hi g h2 g i2 g 等反应体系的颜色不变 则表明有色气体no2 i2的浓度不变 反应达到平衡 特别提醒 1 判断反应是否达到平衡时 注意反应方程式中各反应物和生成物的状态及外界条件是容积不变 恒容 还是容积可变 恒压 2 利用v 正 v 逆 判断反应达到平衡状态时 注意两点 一正一逆 两反应速率必须一个表示正反应速率 反应物的减少或生成物的增多 一个表示逆反应速率 反应物的增多或生成物的减少 相等 不同反应物表示的速率之比等于方程式中化学计量数之比 3 容积不变时容器内的压强和容积可变时容器的容积都与体系内气体的物质的量有关 典例1 在一定温度下的容积不变的密闭容器中 当下列物理量不再改变时 表明反应 a s 2b g c g d g 已达平衡的是 a 每生成1mola时 消耗1moldb 混合气体的密度不变c c与d的物质的量相等d 气体的总物质的量不变 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 反应方程式中各组分的状态 2 混合气体的密度与混合气体的质量有关 解析 选b a的生成与d的消耗都表示逆反应速率 不能表示反应达平衡状态 容积不变时 混合气体的密度不变表示混合气体的质量不变 即固体a的质量不变 表示反应已达平衡 无论反应是否处于平衡状态 c与d的物质的量都相等 a是固态 反应前后气体的总物质的量不变化 延伸探究 1 对于反应前后气体体积发生变化的反应来说 混合气体的压强不变能否表示反应已达平衡 提示 容积不变的密闭容器的压强与气体的物质的量有关 压强不变表示反应已达平衡 2 若原题中a的状态为气态 混合气体的密度不变能否表示反应已达平衡状态 气体的总物质的量不变呢 提示 若a为气体 混合气体的总质量一直不变 即无论反应是否达平衡 密度都不变 密度不变不能表示反应达平衡 气体的总物质的量不变 可以表示反应已达平衡状态 方法技巧 判断反应达到平衡状态的方法平衡状态强调两方面 各组成成分的百分含量保持不变 正反应速率等于逆反应速率 例如对于反应a2 g b2 g 2ab g 1 不变 若说不变 则是指含量 或能表明含量的叙述 可以是a2 b2 ab的体积分数 物质的量分数 质量分数以及分子数之比不变 a2 b2的转化率不变 体系的温度不变 体系的颜色不变 对于反应前后气体体积发生变化的反应 还可以是体系平均相对分子质量 压强 总物质的量等不变 2 相等 若说相等 则是指正 逆反应速率相等 例如 生成ab的速率与ab分解的速率相等 单位时间内 反应掉a2的分子数与生成a2的分子数相等 有些叙述肯定不对 如生成b2的速率与反应掉ab的速率相等 反应掉a2的速率与反应掉b2的速率相等 a2的浓度与b2的浓度相等 b2与ab的体积分数相等 a2与b2的转化率相等 变式训练 在一定条件下能说明2no2 g n2o4 g 达到平衡状态的是 温度和体积一定 某一物质的浓度不再变化时 温度和体积一定 容器内压强不再变化时 条件一定 混合气体的平均相对分子质量不再变化时 温度和体积一定 混合气体的颜色不再变化时 温度和压强一定 混合气体的密度不再变化时a b c d 解析 选d 只要有一种物质的浓度变化必然会导致另外的物质的浓度发生变化 因此只要有一种物质 固体或纯液体除外 浓度不变 其他物质的浓度也不会变化 该反应是反应前后气体体积发生改变的反应 所以当随着反应的进行压强不变时 可以用来判断反应达到了平衡状态 平衡混合物的平均相对分子质量反应体系的总质量不变 n总也不变 即no2 n2o4的物质的量也不再变化 反应体系的颜色由no2的浓度决定 颜色不变意味着no2的浓度不变 是平衡状态的标志 温度 压强不变 气体的总质量不变 若密度不变意味着体积不再变化 即各组分的物质的量不再变化 是平衡状态的标志 二 化学平衡常数与转化率1 化学平衡常数 1 平衡常数的表达式 书写形式与化学方程式的书写有关同一个化学反应 化学方程式书写形式不同 平衡常数表达式不同 对于给定的化学反应 正 逆反应的平衡常数互为倒数 即k正 k逆 1 如 2so2 g o2 g 2so3 g 2so3 g 2so2 g o2 g 平衡常数中的浓度专指气体或溶液的物质的量的浓度 单位为mol l 1 固体和纯液体的浓度可看做常数 不列入表达式 如fe2o3 s 3co g 2fe s 3co2 g 2 平衡常数的单位 化学平衡常数可能有单位 也可能没有单位 视具体的反应而定 如 则k1的单位为 mol l 1 1 则k2的单位为mol l 1 3 化学平衡常数的影响因素 虽然化学平衡常数可用各组分的平衡浓度计算得到 但化学平衡常数只与温度有关 与各组分的浓度无关 当温度一定时 可逆反应无论从正反应开始 还是从逆反应开始 又无论反应物起始浓度是多少 k是一个常数 若温度发生变化 k值有可能变大也有可能变小 若温度变化使得化学平衡正向移动时 平衡常数增大 使化学平衡逆向移动时 则平衡常数减小 4 平衡常数的计算 平衡常数是用化学反应中各组分的平衡浓度计算的 表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的值 不能是任一时刻的浓度值 2 转化率 1 转化率的表达式 反应物a的平衡转化率 该条件最大转化率 可表示为 2 转化率的影响因素 化学平衡发生移动时 反应物的平衡转化率也会发生变化 对于容积不变的密闭容器中的反应ma g nb g pc g qd g 向上述反应的平衡体系中再加入a 会增大b的转化率 会使a的转化率变小 特别提醒 1 化学平衡发生移动时 化学平衡常数不一定变化 如果是温度引起化学平衡移动 则化学平衡常数一定会变化 2 化学平衡常数变化时 化学平衡一定发生了移动 化学平衡常数变大 则化学平衡一定是正向移动 典例2 2012 玉林高二检测 某温度下 在一个2l的密闭容器中 加入4mola和2molb进行如下反应 3a g 2b g 4c s 2d g 反应一段时间后达到平衡 测得生成1 6molc 则下列说法正确的是 a 该反应的化学平衡常数表达式是b 此时 b的平衡转化率是40 c 增大该体系的压强 化学平衡常数增大d 增加b b的平衡转化率增大 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 固体不出现在平衡常数的表达式中 2 化学平衡常数只与温度有关 解析 选b c是固体 不出现在平衡常数的表达式中 生成1 6molc时 消耗了0 8molb b的平衡转化率是40 增大该体系的压强 化学平衡常数不变 增加b b的平衡转化率减小 延伸探究 1 温度升高时 此反应的平衡常数一定增大吗 提示 不一定 温度升高时 此反应化学平衡不一定正向移动 2 增加b时 a的平衡转化率如何变化 提示 a的平衡转化率增大 警示钟 分析化学平衡常数的变化时 易忽略平衡常数只与温度有关 三 化学平衡的计算 三段式法有关化学平衡的计算问题 可按下列步骤建立模式 确定关系进行计算 如可逆反应ma g nb g pc g qd g 假定反应物a b的起始加入量分别为amol l 1 bmol l 1 达到平衡时 设a物质转化的物质的量浓度为 mxmol l 1 1 模式 ma g nb g pc g qd g 起始量 mol l 1 ab00变化量 mol l 1 mxnxpxqx平衡量 mol l 1 a mxb nxpxqx对于反应物 c 平 c 始 c 变 对于生成物 c 平 c 始 c 变 2 基本步骤 1 确定反应物或生成物的起始浓度 2 确定反应过程的变化浓度 3 确定各物质的平衡浓度 4 通过平衡常数表达式列出计算式 5 求解所列计算式 特别提醒 1 用 三段式 法解决化学平衡计算问题时 变化量的比值一定等于化学方程式中的化学计量数之比 但是达到平衡时各组分的量的比值不一定等于方程式中的化学计量数之比 2 进行有关计算时 可用物质的量浓度 也可用物质的量 典例3 已知可逆反应 m g n g p g q g h 0 请回答下列问题 1 在某温度下 反应物的起始浓度分别为c m 1mol l 1 c n 2 4mol l 1 达到平衡后 m的转化率为60 此时n的转化率为 2 若反应温度不变 反应物的起始浓度分别为c m 4mol l 1 c n amol l 1 达到平衡后 c p 2mol l 1 a 3 若反应温度不变 反应物的起始浓度为c m c n bmol l 1 达到平衡后 m的转化率为 思路点拨 解答本题应注意以下两点 1 利用 2 温度不变 平衡常数不变 利用平衡常数和转化率来求解 解析 1 m g n g p g q g 起始浓度 mol l 1 12 400浓度变化 mol l 1 0 60 60 60 6平衡浓度 mol l 1 0 41 80 60 6 2 温度不变 平衡常数不变 所以根据 1 可求出平衡常数m g n g p g q g 起始浓度 mol l 1 4a00浓度变化 mol l 1 2222平衡浓度 mol l 1 2a 222 3 温度不变 平衡常数不变仍为0 5 m g n g p g q g 起始浓度 mol l 1 bb00浓度变化 mol l 1 b b b b 平衡浓度 mol l 1 b 1 b 1 b b 答案 1 25 2 6 3 41 延伸探究 1 第 1 小题中m n的转化率之比是多少 提示 m n的起始浓度之比是1 2 4 转化浓度之比为1 1 转化率之比为2 4 1 2 第 3 小题中满足怎样的条件才能使m和n的转化率相同 提示 m和n的起始浓度相同 变式备选 2012 周口高二检测 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 3y2z 其平衡常数为1600 mol l 1 2c 增大压强使平衡常数增大d 改变温度可以改变此反应的平衡常数 解析 选c 平衡时x y的浓度分别减少了0 05mol l 1 0 15mol l 1 x y为反应物 z的浓度增加了0 1mol l 1 z为生成物 x y z化学计量数比为1 3 2 平衡常数只与温度有关 与压强无关 平衡常数k 0 1mol l 1 2 0 05mol l 1 4 1600 mol l 1 2 1 下列关于平衡常数k的说法中 正确的是 a 在任何条件下 化学平衡常数都是一个恒定值b 改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数kc 平衡常数k既与温度 反应物本身的性质有关 也与反应物浓度 压强有关d 从平衡常数k的大小可以推断一个反应进行的程度 解析 选d 该题考查平衡常数的影响因素及应用 平衡常数只与温度和反应物本身的性质有关 因此a b c错 平衡常数越大 反应进行的程度越大 因此d对 2 在恒温 恒容的密闭容器中发生可逆反应 ma g nb g pc g qd g 当m n p q为任意整数 不为零 时 能说明达到平衡状态的标志是 a 体系的压强不再改变b 混合气体的密度不再改变c b的体积分数不再改变d 单位时间内mmola断键发生反应 同时pmolc生成 解析 选c 反应体系中各组分都是气体 混合气体的密度不再改变不能表示反应达平衡 m n p q为任意整数 则反应前后气体的物质的量可能变化 也可能不变 体系的压强不再改变不一定能表示反应达平衡 mmola断键发生反应 同时pmolc生成都表示正反应速率 不能表示反应达平衡 3 对于可逆反应c s h2o g co g h2 g 下列说法正确的是 a 该反应的平衡常数的表达式为b 减小体系的压强可改变平衡常数c 气体质量不变化可表示反应达平衡状态d 增加碳的用量可使水蒸气的转化率提高 解析 选c 碳是固体 不出现在平衡常数表达式中 其用量的改变也不会改变水蒸气的转化率 气体质量不变化即固体碳质量不变化 可表示反应达平衡状态 4 已知448 时 反应h2 g i2 g 2hi g 的平衡常数是49 则在该温度下的平衡常数是 a 1 49b 2401c 7d 1 7 解析 选d 若设反应h2 g i2 g 2hi g 的平衡常数为k 则的平衡常数为 5 某温度下 可逆反应ma g nb g pc g 的平衡常数为k 下列对k的说法正确的是 a k值越大 表明该反应越有利于c的生成b 若缩小反应器的容积 能使平衡正向移动 则k增大c a与b的转化率相等d 如果m n p 则k 1 解析 选a k值越大 反应进行的程度越大 即表明该反应越有利于c的生成 若缩小反应器的容积 平衡常数不变化 因为反应物a与b充入的比例不知 a与b的转化率不一定相等 m n p k也不一定等于1 6 2012 昆明高二检测 硫酸生产中 so2催化氧化生成so3 2so2 g o2 g 2so3 g 某温度下so2的平衡转化率 与体系总压强 p 的关系如图所示 请填写下列空白 1 图中转化率a b 平衡常数a b 2 将2 0molso2和1 0molo2置于10l密闭容器中反应达平衡后 体积总压强为0 10mpa平衡时容器中so3的体积分数为 3 该温度下此反应的平衡常数为 4 下列各项能表示体积不变的密闭容器中发生的该