2.2.3化学反应的方向与限度（第3课时 化学平衡常数）（教案）-【名师备课】2022-2023学年高一化学上学期同步课堂备课（苏教版2020选择性必修1）

2.2.3化学反应的方向与限度（第3课时）一、核心素养发展目标1.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。二、教学重难点重点：1.化学平衡常数概念及应用；2.化学平衡常数相关计算。难点：化学平衡常数相关计算。三、教学方法探究法、分析法、总结归纳法、分组讨论法等四、教学过程【导入】化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。在生产和科学实验中，人们常常需要知道，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物，反应物和生成物的浓度之间又有怎样的定量关系。【问】化学平衡的改变，有规律可循吗？不同的化学平衡状态，反应物和生成物的浓度之间有什么关系呢？【展示】NO2、N2O4的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)⇌N2O4(g)。在25℃时，如果用不同起始浓度的NO2或N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据。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)2.00×10－206.32×10－36.84×10－31.081.71×1023.00×10－208.00×10－31.10×10－21.381.72×10202.00×10－29.46×10－31.52×10－21.611.70×10200.1002.28×10－28.86×10－23.891.70×102【问】根据上表数据，可得出什么结论？【生】一定温度下，平衡时eq\f(cN2O4,c2NO2)近似相等。【讲解】化学平衡常数(1)概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，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(简称平衡常数)，用符号K表示。(2)表达式对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。3．化学平衡常数的意义平衡常数的大小定量反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。【展示】25℃时，生成卤化氢反应的平衡常数【生】生成卤化氢的平衡常数K值从上到下依次减小，反应进行的程度也依次减小。在上述反应中，生成氟化氢的反应进行得最为完全。【讲解】K值越大，表示反应进行得越完全，当K>105时，该反应进行完全。K值越小，表示反应进行得越不完全，当K<10－5时，该反应很难发生。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。【展示】25℃时，生成卤化氢反应的平衡常数【问】请根据以下资料提供的数据，分析影响平衡常数的因素。【生】化学平衡常数的影响因素-内因：反应中物质的性质【展示】H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)不同条件下的平衡常数【生】外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关【问】写出下列可逆反应的平衡常数表达式。Fe3O4(s)+4H2(g)⇌3Fe(s)+4H2O(g)【生】独立完成。【讲解】书写平衡常数表达式的注意事项表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度。平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应。固体、液体纯物质的浓度视为常数，在表达式中不出现。【强化巩固】写出下表中各反应的平衡常数表达式化学方程式平衡常数表达式2NO2⇌N2O4K＝eq\f(cN2O4,c2NO2)NO2⇌eq\f(1,2)N2O4K＝2Fe3＋＋Fe⇌3Fe2＋K＝eq\f(c3Fe2＋,c2Fe3＋)Br2＋H2O⇌H＋＋Br－＋HBrOK＝eq\f(cH＋·cBr－·cHBrO,cBr2)【生】独立完成，小组交流。【问】写出下列可逆反应的平衡常数表达式N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)的平衡常数为K1，eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)⇌NH3(g)的平衡常数为K2，NH3(g)⇌eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)的平衡常数为K3。①写出K1和K2的关系式：；②写出K2和K3的关系式：；③写出K1和K3的关系式：。【生】K1＝Keq\o\al(2,2)K2·K3＝1K1·Keq\o\al(2,3)＝1【讲解】化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。已知两反应的平衡常数分别为K1、K2①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝eq\f(K1,K2)。化学平衡常数的有关计算【讲解】达到化学平衡时，反应达到该条件下物质转化的最大“限度”，即反应物的转化率最大。平衡转化率(1)含义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前(初始时)该反应物的量之比。(2)表达式对于可逆反应：aA＋bB⇌cC＋dDαA＝eq\f(A的初始浓度－A的平衡浓度,A的初始浓度)×100%＝eq\f(c0A－c平A,c0A)×100%αA＝eq\f(A的初始物质的量－A的平衡物质的量,A的初始物质的量)×100%＝eq\f(n始－n平,n始)×100%平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。【强化巩固】【生】独立完成。【讲解】计算模型——三段式法aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)c(初)/mol·L－1n1n200Δc/mol·L－1xeq\f(b,a)xeq\f(c,a)xeq\f(d,a)xc(平)/mol·L－1n1－xn2－eq\f(b,a)xeq\f(c,a)xeq\f(d,a)x计算思路(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、生成物及变化量的三者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2中“模式”列表。(3)解题设问题：明确“始”“转”“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，得出题目答案。注意：1、在一定温度下，一个具体的化学反应，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同。2、多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。【强化巩固】某温度下，向容积为2L的密闭反应器中充入0.10molSO3，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)的平衡常数为()A．3.2×103 B．1.6×103C．8.0×102 D．4.0×102【生】A【展示】化学平衡常数的应用1．判断反应的方向(1)浓度商：用任意状态的浓度幂之积的比值(称为浓度商，用Q表示)，如mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，Q＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。(2)以平衡常数的值为标准，可以判断正在进行的可逆反应是否处于平衡状态，以及将向哪个方向进行最终建立新的平衡。Q与K相比较：Q＞K：可逆反应向逆反应方向进行；Q＝K：可逆反应处于平衡状态；Q＜K：可逆反应向正反应方向进行。2．利用平衡常数可判断反应的热效应。若升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K减小，则正反应为放热反应。3．利用平衡常数可计算物质的平衡浓度、物质的量分数和转化率等。压强平衡常数及其应用【讲解】对恒温、恒压条件下的可逆反应，用压强平衡常数分析解决问题往往比较简单。1．分压(1)定义：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。(2)计算公式：混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×eq\f(nB,n总)。(3)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…2．压强平衡常数一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)⇌eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：Kp＝eq\f(peC·pfD,pmA·pnB)。【强化巩固】一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持akPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。(1)CO2的转化率为______________。(2)CO2的分压为______kPa，CO的分压为________kPa。(3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________kPa(用a表示，保留两位小数)。【生】(1)25%(2)0.6a0.4a(3)0.27a【课堂小结】师生共同完成。化学平衡常数概念、公式、意义及应用二、化学平衡常数-三段式三、压强平衡常数【课堂练习】1、将4molSO2与2molO2放入4L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2＋O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5mol·L－1。则此条件下的平衡常数K为()A．4B．0.25C．