2.2.3 化学平衡常数学案 高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE2第3课时化学平衡常数学习目标1.了解化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。知识回顾1．已建立化学平衡的可逆反应，当改变条件使化学反应向正反应方向移动时，下列有关叙述中，正确的是。①生成物的质量分数一定增加②生成物的产量一定增加③反应物的转化率一定增大④反应物的浓度一定降低⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥使用了合适的催化剂2．一定温度下，在10L密闭容器中加入5molSO2和3molO2，当反应达到平衡时，有3molSO2发生了反应，则：(1)生成了________molSO3，SO2的转化率为________。(2)平衡时容器内气体的总物质的量为________。(3)平衡时SO2的浓度是________，O2的浓度是________，SO3的浓度是__________。学习探究一、化学平衡常数1．二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)N2O4(g)，在25℃，如果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。(1)请根据表中已知数据填写空格：起始浓度/mol·L－1平衡浓度/mol·L－1平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)eq\f(cN2O4,cNO2)eq\f(cN2O4,c2NO2)2.00×10－206.32×10－36.84×10－31.71×1023.00×10－208.00×10－31.10×10－21.72×10202.00×10－29.46×10－31.53×10－21.71×10200.1002.28×10－28.86×10－21.70×102(2)化学平衡常数①概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，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K表示)。②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平衡时，K＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)。2．下表为25℃化学方程式平衡常数KF2＋H22HF6.5×1095Cl2＋H22HCl2.57×1033Br2＋H22HBr1.91×1019I2＋H22HI8.67×102请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义：(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的(也叫)。K值越大，表示反应进行得，反应物转化率；K值越小，表示反应进行得，反应物转化率。(2)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定的温度下的任意时刻。eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)<K，反应向进行eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)＝K，反应处于平衡状态eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)>K，反应向进行[归纳总结]使用平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数只与有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。例如：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝eq\f(cCO·cH2,cH2O)；FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)K＝eq\f(cCO2,cCO)。(3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)的平衡常数为K3；写出K1和K2的关系式：。写出K2和K3的关系式：。写出K1和K3的关系式：。二、平衡转化率及化学平衡的有关计算1．除化学平衡常数外，还可以用平衡转化率表示一定温度下某反应的限度。某一反应物的转化率等于该物质在反应中已经转化的量与该物质总量的比值，可逆反应在一定条件下达到平衡时某一反应物的平衡转化率可表示为α＝eq\f(该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度,该反应物的起始浓度)×100%(1)在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气体混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K＝0.25。则氢气的转化率是。(2)在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数是。2．可逆反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)ΔH>0。在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6，则平衡常数K是。[归纳总结]化学平衡的计算模式及解题思路(1)计算模式aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c(初)(mol·L－1)n1n200Δc(mol·L－1)n1xeq\f(b,a)n1xeq\f(c,a)n1xeq\f(d,a)n1xc(平)(mol·L－1)n1(1－x)n2－eq\f(b,a)n1xeq\f(c,a)n1xeq\f(d,a)n1x(2)解题思路①巧设未知数：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确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者之间的关系，代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按(1)中“模式”列表。③解题设问题：明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，求出题目答案。学习小结自我检测1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是()A．与该反应的压强有关B．与反应的温度有关，还与反应本身有关C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数2．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是()A．该反应的焓变为正值B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C．升高温度，逆反应速率减小D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H23．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．增大体系的压强C．升高体系的温度 D．使用合适的催化剂4．当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其eq\f(c2NO2,cN2O4)值()A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定5．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回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝____________。(2)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________℃。6．工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点升高还是降低________，理由是________________________________________________________________________。(2)该反应平衡常数表达式为K＝____________。(3)450℃时该反应的平衡常数________500℃时的平衡常数(填“<”、“>”或“＝”)(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母代号)。a．高温高压b．加入催化剂c．增加N2的浓度d．增加H2的浓度e．分离出NH3

参考答案知识回顾1．②⑤2．(1)360%(2)6.5mol(3)0.2mol·L－10．15mol·L－10.3mol·L－1学习探究一、化学平衡常数1．(1)1.081.381.623.89(2)①生成物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积2．(1)程度反应的限度越完全越大越不完全越小(2)正反应方向逆反应方向[归纳总结](1)温度(3)K1＝Keq\o\al(2,2)K2·K3＝1K1·Keq\o\al(2,3)＝1二、平衡转化率及化学平衡的有关计算1．(1)【解析】设氢气的转化率为x。H2(g)＋I2(g)2HI(g)起始浓度(mol·L－1)0.010.010变化浓度(mol·L－1)0.01x0.01x0.02x平衡浓度(mol·L－1)0.01－0.01x0.01－0.01x0.02xK＝eq\f(c2HI,cH2·cI2)＝eq\f(0.02x2,0.01－0.01x2)＝0.25，x＝20%。(2)【解析】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量(mol)280转化量(mol)2/324/3平衡时(mol)4/364/3所以平衡时氮气的体积分数＝eq\f(4/3,6＋8/3)＝15.4%。2．【解析】设NO2的物质的量为1mol，则SO2的物质的量为2mol，参加反应的NO2的物质的量为xmol。NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)起始量(mol)1200转化量(mol)xxxx平衡时(mol)1－x2－xxx由题意可知eq\f(1－x,2－x)＝eq\f(1,6)，解得x＝0.8K＝eq\f(cSO3·cNO,cNO2·cSO2)＝eq\f(0.8×0.8,0.2×1.2)＝eq\f(8,3)。自我检测1．【答案】B【解析】K与反应温度有关，也与方程式有关，但与起始浓度无关。2．【答案】A【解析】由平衡常数K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)，可知反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D错误；温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH>0，A正确；恒容时增大压强，H2的浓度不变，B错误；升高温度，v正和v逆都增大，C错误。3．【答案】C【解析】K只与体系的温度有关，与反应物、生成物的起始浓度无关。4．【答案】B【解析】温度不变，K不变。5．【答案】(1)eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)(2)830【解析】(2)当c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O