苏教化学选修化学反应原理课件：专题2第二单元课时3

课时3化学平衡常数

课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案探究整合应用课时3课前自主学案自主学习一、化学平衡常数1．定义在__________下，当一个可逆反应达到___________状态时，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(简称_________)，用符号____表示。一定温度化学平衡平衡常数K2．表达式对于一般的可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，当在一定温度下达到化学平衡时，平衡常数的表达式为：3．意义(1)K的大小说明了反应进行的程度(即反应限度)。K值______，表示反应进行的越完全。(2)K只受______影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。二、平衡转化率1．定义：物质在反应中_____________与__________________的比值。越大温度已转化的量该物质开始时总量2．表达式：____________________。3．意义：反应物的平衡转化率表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的______。限度1．对于一个给定的可逆反应，其正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？【提示】由平衡常数的表达式可以判断，正反应和逆反应的平衡常数之间是互为倒数关系。2．怎样理解“化学平衡常数与反应物、生成物的浓度无关”？【提示】化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也无论反应物起始的浓度是大还是小，最后都能达到平衡，这时各生成物浓度幂的乘积除以各反应物浓度幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示。问题探究3．使用化学平衡常数时应注意什么问题？【提示】

(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看做“1”而不代入公式。(3)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。若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。4．平衡常数和平衡转化率有什么异同？【提示】平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度，但是平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受起始浓度的影响。因此，平衡常数更能反映出反应的本质。平衡常数与某反应物的平衡转化率之间是可以互相求算的。自主体验1．写出下列各反应的平衡常数表达式。(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(2)CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)(3)FeCl3(aq)＋3KSCN(aq)Fe(SCN)3(aq)＋3KCl(aq)。解析：反应物或生成物中有固体或纯液体时，其浓度可看做“1”，不代入公式，只代入气体或溶液中溶质的浓度。2．对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)随温度的升高其反应的平衡常数有以下变化，请判断Ⅰ和Ⅱ两种情况哪种是吸热，哪种是放热？解析：Ⅰ中曲线走势表明：随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应进行的程度越大，即反应向正方向移动。正反应是吸热反应。同理可得Ⅱ为放热。答案：Ⅰ为吸热，Ⅱ为放热课堂互动讲练要点一化学平衡常数使用注意事项及应用1．使用化学平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。①若反应方向改变，则平衡常数改变。②若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。2．化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)利用K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(3)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。当Q＝K时，反应处于平衡状态；当Q＜K时，反应向正反应方向进行；当Q＞K时，反应向逆反应方向进行。特别提醒：(1)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度值。(2)化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率快，K值不一定大。(3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变化学平衡常数。(Ⅰ)已知在448℃时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数K2为________；反应H2(g)＋I2(g)HI(g)的平衡常数K3为________。(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6例1回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。(2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是______。A．容器中压强不变B．混合气体中c(CO)不变C．v(H2)正＝v(H2O)逆D．c(CO2)＝c(CO)(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________℃。(5)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2mol/L，c(H2)为1.5mol/L，c(CO)为1mol/L，c(H2O)为3mol/L，则下一时刻，反应向________(填“正向”或“逆向”)进行。【思路点拨】解答本题要注意以下两点：(1)根据反应方向以及方程式中化学计量数的变化确定平衡常数的变化。(2)根据K随温度的变化判断反应特点，根据Qc与K的大小判断反应方向。变式训练1高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)ΔH>0，其平衡常数可表达为K＝c(CO2)/c(CO)，已知1100℃时，K＝0.263。回答：(1)温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值将________，平衡常数K值将________(均填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)1100℃测得高炉中c(CO2)＝0.025mol·L－1，c(CO)＝0.10mol·L－1，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态，________(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是v(正)______v(逆)，其原因是________________________________________________________________________。答案：(1)增大增大(2)否大于此时c(CO2)/c(CO)<0.263，因温度不变，K值不变，为增大c(CO2)/c(CO)比值，平衡需正向移动，v正>v逆1．等效规律在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，达到平衡时的状态规律如下表：要点二等效平衡规律及应用条件等效条件结果恒温恒容[Δn(g)≠0]投料换算成相同物质表示时量相同两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同恒温恒容[Δn(g)＝0]投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同比例变化恒温恒压投料换算成相同物质表示时等比例两次平衡时各组分百分量、c相同，n同比例变化2．等效平衡原理的应用(1)判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。(2)求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。(3)求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。特别提醒：两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别：(1)中所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的浓度、物质的量、质量分数(或气体的体积分数)均相同，类似于几何学上的全等图形。(2)中所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。(2011年浙江温州高二第一次月考)将3molA和1molB混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生如下反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为wmol/L。回答下面问题：(1)保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中有关物质，平衡后C的浓度仍为wmol/L的是(

)例2A．6molA＋2molBB．3molA＋1molB＋2molCC．2molC＋1molB＋1molDD．1molC＋2molD(2)保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓度仍为wmol/L，应按下列哪种配比向容器Q中充入有关物质(

)A．3molA＋1molBB．4molC＋2molDC．1.5molA＋0.5molB＋1molC＋0.5molDD．无法判断(3)保持原起始温度和体积不变，若仍按3molA和1molB配比在容器Q中发生反应，则平衡时C的浓度和wmol/L的关系是(

)A．大于wmol/L B．小于wmol/LC．等于wmol/L D．无法比较(4)将2molC和2molD按起始温度和压强充入容器Q中，保持温度和体积不变，平衡时C的浓度为vmol/L，则v和w的关系是(

)A．v>w B．v<wC．v＝w D．无法比较(5)维持原起始温度和体积不变，按下列哪种配比充入容器Q可使平衡时C的浓度为vmol/L(

)A．1molC＋0.5molDB．3molA＋2molBC．3molA＋1molB＋1molDD．以上均不能满足条件【解析】

(1)在恒温恒压下，只要n(A)∶n(B)＝3∶1或n(C)∶n(D)＝2∶1，达到平衡时就均为同一平衡状态，即满足等效平衡的条件。答案为A。(2)因容器P的体积可变，且正反应是体积缩小的反应，故相当于加压。而现在容器Q体积不变，条件不同了，不属于等效平衡，无法判断。答案为D。(3)本题所述条件相当于减压，平衡向逆反应方向移动，C的浓度降低。答案为B。(4)温度、体积不变时，2molC和1molD反应与3molA和1molB相当，属等效平衡。再加1molD时平衡将向左移动，v<w。答案为B。(5)恒温恒容下，n(A)＝3mol和n(B)＝1mol时与n(C)＝2mol和n(D)＝1mol时属于等效平衡，答案为C。【答案】

(1)A

(2)D

(3)B

(4)B

(5)C【规律方法】分析等效平衡的关键是分清全等平衡和等比平衡，分析化学平衡有关问题时常用以下两种方法：(1)“极限思维法”任何可逆反应均可以看成完全不反应和完全反应的中间状态。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取值范围时，常采用极限思维法，让正反应(或逆反应)完全进行，可以求得其取值范围或取值。(2)“虚拟法”任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同的状态开始，只要达到平衡时的条件(温度、压强、浓度)完全相同，则可以形成等效平衡。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题，可以“虚拟”一个中间过程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。互动探究反应3A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)达到平衡。(1)在保持温度、压强不变条件下，再加入3molA、1molB，达到平衡时，C的浓度与w什么关系。【提示】在恒温恒压条件下，加入物质的量之比与原加入物质的量之比相同，则平衡等效，故再次达到平衡时，C的浓度仍为wmol·L－1。变式训练2在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(

)A．乙＝丁＞丙＝甲B．乙＞丁＞甲＞丙C．丁＞乙＞丙＝甲

D．丁＞丙＞乙＞甲解析：选A。解题时应注意该反应及反应的特点，即反应前后气体体积不变，同时要明确等效平衡的条件。把丙中amolCO和amolH2O按化学计量数转成CO2和H2，也分别为amol，则甲与丙是等量等效，则达平衡时，n(CO)应相等；把丁中amolCO和amolH2O按化学计量数转成CO2和H2，则起始时丁中CO2为2amol，H2为amol，则与乙等量等效，到达平衡时n(CO)相等。乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入了amol的CO2，导致平衡正移，则平衡时n(CO)乙＞n(CO)甲，故选A。探究整合应用有关化学平衡常数的计算在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，也无论反应起始时反应物浓度的大小，最后都能达到平衡状态。这时生成物浓度幂(以其化学计量数为幂)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)，用符号K表示。特别提醒：(1)使用化学平衡常数时应注意：①K值越大，说明正反应进行的程度越大。②K只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度无关。③对只有固体、水参加或生成的反应来说，固体、水的浓度视为1。(2)化学平衡计算的基本方法——三段法：

mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始：

a

b00说明：a、b表示反应物的物质的量或反应物的浓度或同温同压下气体的体积。在煤化工中常需研究不同温度下反应的平衡常数，投料比及反应热等问题。已知：可逆反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示：例温度/℃400500800平衡常数/K9.9491试回答下列问题。(1)上述正反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。(2)已知在一定温度下发生如下反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡常数为K；C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡常数为K1；CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，平衡常数为K2。则K、K1、K2之间的关系是________________。(3)在500℃时，若起始时CO、H2O的浓度均为0.02mol·L－1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为________。(4