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海头高级中学2013届高三复习化学选修四专题2第二单元《化学反应的方向和限度》第3课时课件


第3课时

化学平衡常数

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1.了解化学平衡常数的含义、表达式及影响 因 素。 2.了解化学平衡转化率的含义。

3.能利用化学平衡常数进行简单计算。
4.能够利用化学平衡常数判断化学平衡移动 的方向。
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知初探自学导引
自主学习
一、化学平衡常数
1.定义 一定温度 在_______________下,当一个可逆反应达到 平衡状态 _____________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,称为 化学平衡常数 K _______________,用符号_____表示。

2.表达式 对于反应:mA(g)+nB(g) qD(g) pC(g)+

cp?C?·q?D? c cm?A?·n?B? c

在一定温度下,K=_____________。

3.意义
K的大小说明了反应进行的程度(即反应限度), 完全 越大 K值越大,反应进行的越_______,反应物的

转化率______,一般当K>105时,该反应进
行得基本完全。

4.影响化学平衡常数的因素

温度 化学平衡常数K只受________影响,与 浓度 ______
温度

无关。对于一个具体的可逆反应_______不变 时K值不变。
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想一想 1.对于一个给定的可逆反应,在一定温度下,

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。

二、平衡转化率 1.定义:平衡转化率是指平衡时

已转化了的某反应物的量 ___________________________与
_____________________的比值。 转化前该反应物的量 2.表达式:对于反应:aA+bB?? +dD,反应物A的平衡转化率可表示为: cC
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A的初始浓度-A的平衡浓度 A的初始浓度 α(A) 反应物转化的物质的量 __________________________×100% 反应物起始的物质的量



=__________________________×100% 一定 限度 反应物的平衡转化率表示在一定温度和_____ 3.意义

起始浓度下反应进行的_______。

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想一想 2.化学平衡常数和平衡转化率有何异同?

提示:化学平衡常数和平衡转化率都可表示可逆
反应进行的限度,但化学平衡常数只受温度影 响,与反应物或生成物的浓度变化无关,而平衡 转化率随着反应物起始浓度的不同而变化。

自主体验
1.对于反应A+B A.K=5.1×10-5 B.K=3.5×10-4 C.K=4.0×10-7 D.K=8.2×10-9 AB,下列平衡常数中, ) 最能说明反应有利于生成AB的是(

解析:选 B。平衡常数越大,可逆反应进行的程
度越大,越有利于生成AB。

2.反应 2NH3(g)+CO2(g)? ?CO(NH2)2(s) +H2O(g)的平衡常数表达式正确的是( ) n?H2O? A.K= {n?NH3?}2· n?CO2? {n?NH3?}2· n?CO2? B.K= n?H2O? c[CO?NH2?2]· 2O? c?H C.K= c2?NH3?· c?CO2? c?H2O? D.K= 2 c ?NH3?· c?CO2?

解析:选 D。纯固体及纯液体不写入平衡常 数表达式,且平衡常数表达式中,是用各物

质平衡浓度表示的。

3.在一定温度下,反应 1 1 H (g)+ X2(g)? ? HX(g)的平衡常数为 2 2 2 10。 若将 1.0 mol 的 HX(g)通入体积为 1.0 L 的密闭容器中,在该温度时 HX(g)的最大分 解率接近于( ) A.5% B.17% C.25% D.33%

1 1 解析:选 B。 H2(g)+ X2(g)? ? HX(g) 平衡常数 的 2 2 1 1 K1=10,那么 HX(g)? ? H2(g)+ X2(g)的平衡常数 2 2 K2=0.1。设在该温度下 HX(g)分解的浓度为 x mol· L
-1

, 则平衡时 HX、 2、 2 的浓度分别为(1.0-x) mol· H X L -1 - - 、0.5x mol· 1、0.5x mol· 1,故代入常数的表达 L L 1 1 式:(0.5x) · (0.5x) /(1.0-x)=0.1,解得 x=0.17,故 2 2 0.17 mol· L 可知 HX 的转化率为: - 1 ×100%=17%。 1.0 mol· L
-1

要点突破讲练互动
要点一 化学平衡常数使用注意的问题 及其应用
探究导引1 如果反应物或生成物中有固体 和纯液体存在时,在平衡常数关系式中应如 何处理?对于同一可逆反应,若反应方向改 变或方程式中各物质的化学计量数等倍扩大 或缩小化学平衡常数是否改变?

提示:如果反应物或生成物中有固体和纯液 体存在时,因为它们的浓度是固定不变的,

常视为“1”不写在平衡关系式中。化学平衡常
数K是指某一具体反应的平衡常数,当方程式 中化学计量数改变或反应方向改变时,化学 平衡常数K也改变。

探究导引2

化学平衡常数有何作用?

提示:利用平衡常数,可判断反应进行的

程度,可以判别一个化学反应是否达到化
学平衡状态,利用平衡常数可判断反应的 热效应。

要点归纳
1.化学平衡常数使用注意的问题 (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
于其浓度可看作“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。对于 给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互 为倒数。 ②若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。 已知 N2+3H2? ? 2NH3 K=a,则有: 2NH3? ? N +3H2 K′=1/a, 2 1 3 N + H?? 2 2 2 2 NH3 K″=a
1 2



2.化学平衡常数的应用 (1)利用平衡常数, 判断反应进行的程度: 平 衡常数的数值越大,说明反应进行得越完 全。 (2)借助平衡常数, 可以判别一个化学反应是 否达到化学平衡状态。对于可逆反应: mA(g) + nB(g)? ? pC(g)+ qD(g) 在 任

意状态下, 生成物的浓度与反应物的浓度之 cp?C?·q?D? c 间的关系用 Qc= m 表示,则: n c ?A?· ?B? c

当Qc=K时,反应处于平衡状态; 当Qc<K时,反应向正反应方向进行,此时

v(正)>v(逆);
当Qc>K时,反应向逆反应方向进行,此时 v(正)<v(逆)。 (3)利用K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。

即时应用
1.某温度下,在一个 2 L 的密闭容器中, 加入一定量的 A、 B 进行如下反应:3A(g) +2B(g)? ? 4C(s)+2D(g) ΔH<0, 反应一 段时间后达到平衡,则下列说法正确的是 ( ) A.该反应的化学平衡常数表达式是 K= c4?C?c2?D? c3?A?c2?B?

B.反应方向改变,则平衡常数也改变 C.增大该体系的压强,化学平衡常数增大

D.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该
反应的平衡常数增大

解析:选B。化学平衡常数的表达式中不能出现 固体或纯液体,因物质C是固体,A错误;根据

化学平衡常数的表达式可知,正、逆反应的平衡
常数互为倒数,所以反应方向改变,则平衡常数 也改变,B正确;增大压强时平衡常数不变,平 衡常数只与温度有关,C错误;对于放热反应, 当升高温度时,K减小,所以D错误。

要点二
探究导引

平衡转化率
对于反应:aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g)达到平衡后,若增加A的浓度, A、B的平衡转化率如何变化? 提示:A的转化率减小,B的转化率增大。

要点归纳
平衡转化率不仅与具体的反应有关,还与反应 温度、浓度等因素有关。当反应物不止一种且 温度、容器体积一定时。增加一种反应物的浓 度,则其他反应物的平衡转化率增大,而本身

的平衡转化率减小。

即时应用
2.X、Y、Z三种气体,取X和Y按1∶1的物质 的量之比混合,放入密闭容器中发生如下反 应:X(g)+2Y(g) 2Z(g) ΔH>0,达到 平衡后,测得混合气体中反应物的总物质的量 与生成物的总物质的量之比为3∶2,则: (1)平衡时Y的转化率为______________。

(2)若反应温度不变,增加反应物X的起始浓 度,达到平衡后,Y的转化率为

_________(填“增大”、“减小”或“不
变”);若反应温度升高,Y的转化率 ________(填“增大”、“减小”或“不变 ”)。

解析: (1) X(g) + 起始物质的量(mol): 1 转化物质的量(mol): x 平衡物质的量(mol): 1-x

2Y(g)? ? 2Z(g) 1 0 2x 2x 1-2x 2x

2-3x 3 1 2 根据题意有 = , x= ,Y 的转化率:α= 。 2 3 3 2x

(2)增加反应物X的起始浓度,反应向正方向进 行,达到平衡后,Y的转化率增大;该可逆反 应正反应为吸热反应,升高温度反应向逆方 向进行,达到平衡后,Y的转化率减小。

2 答案:(1) (或 66.7%) 3

(2)增大 减小

题型探究权威预测
化学平衡常数及其应用
(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) 1 1 的平衡常数 K2 为________;反应 H2(g)+ 2 2 I2(g)? ? HI(g)的平衡常数 K3 为_____。
例1

(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行化学反应: 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: 100 120 t/℃ 700 800 830 0 0 K 0.6 0.9 1.0 回答下列问题: 1.7 2.6

(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)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)· 2) c(H

=c(CO)· 2O),试判断此时的温度为____℃。 c(H
(4)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)=2 mol· -1, L c(H2)=1.5 mol· -1,c(CO)=1 mol· -1, L L c(H2O)=3 mol· -1,则下一时刻,反应向 L

________(填“正向”或“逆向”)进行。

【思路点拨】

(1)根据反应方向以及方程式中

的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的热效应;根据Qc 与K的大小关系判断反应的方向。 【解析】 (Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为正逆

反应,平衡常数互为倒数关系;第3个反应的化
学计量数与第1个反应相比,缩小为一半,平衡 常数也会发生变化得K3=K
1 2 1。

(Ⅱ)通过表中 K 和温度 t 的关系可知,温度 越高, 值越大, K 反应正向进行的程度越大, 说明正向反应为吸热反应。当 c(CO2)· 2) c(H =c(CO)· 2O)时,K=1,此时温度由表中 c(H 数据可知为 830 ℃。判断反应进行的方向 时,可根据 Qc 与 K 的大小关系判断,此时 1 mol· 1×3 mol· 1 L L c?CO?· 2O? c?H 刻 = - - 2 mol· 1×1.5 mol· 1 L L c?CO2?· 2? c?H =1>0.9,所以反应向逆反应方向移动。
- -

1 【答案】 (Ⅰ) 49 (2)吸热 (3)830 (4)逆向

7

c?CO?· 2O? c?H (Ⅱ)(1) c?CO2?· 2? c?H

【名师点睛】

解答有关平衡常数的习题应

注意以下两点:(1)据定义式书写平衡常数,
注意物质种类和化学计量数。(2)从温度、平 衡常数、反应方向三者关系着手判断。

平衡转化率的求算
例2 557 ℃时在密闭容器中进行反应 CO2(g)+H2(g),

CO(g)+H2O(g)? ?

若CO的起始浓度为2 mol· -1,水蒸气的起 L 始浓度为2 mol· -1,达平衡后,测得CO2 L

的浓度为1.2 mol· -1。 L

(1)求该温度下反应的平衡常数及此状态下 CO的平衡转化率。 (2)求当起始投料c0(CO)=2 mol· -1, L c0(H2O)=3 mol· -1时CO的平衡转化率。 L 【思路点拨】 化学平衡转化率的计算通常

采取“始”、“变”、“平”三段式模式,
明确了“始”、“变”、“平”三个量的具 体数值,再根据相应关系求反应物转化率。

【解析】

(1)设达到平衡的过程中实际转化(消耗)的 CO(g)+H2O(g)?? CO2(g)+H2(g)

CO的浓度为c,根据化学方程式计算: 起始浓度/mol· -1 2 L 转化浓度/mol· -1 c L 2 c 0 c 0

c
c

平衡浓度/mol· -1 2-c L

2-c

c

由于达平衡时,CO2的浓度为1.2 mol· -1,故c= L 1.2 mol· -1,则平衡后c(H2)=1.2 mol· -1,c(CO) L L

=c(H2O)=(2-1.2) mol· -1=0.8 mol· -1, L L

c?CO2?· 2? c?H K= = c?CO?· 2O? c?H - - 1.2 mol· 1×1.2 mol· 1 L L -1 -1 0.8 mol· ×0.8 mol· L L =2.25, c0?CO?-c?CO? CO 的平衡转化率 α(CO)= c0?CO? ×100% - - 2 mol· 1-0.8 mol· 1 L L = ×100%=60%。 -1 2 mol· L

答:该温度下反应的平衡常数K=2.25,CO的平衡转 化率为60%。 (2)设达到平衡的过程中实际转化(消耗)的CO的浓度为 x,根据化学方程式计算: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+ 0 x 0 x

H2(g)
起始浓度/mol· -1 2 L 转化浓度/mol· -1 x L 3 x

平衡浓度/mol· -1 2-x L

3-x

x

x

c?CO2?· 2? c?H x2 K= = =2.25 c?CO?· 2O? ?2-x?×?3-x? c?H - - 解得: 1=1.43 mol· 1, 2=7.57 mol· 1>2 x L x L - mol· 1(无意义,舍去), L c0?CO?-c?CO? CO 的平衡转化率 α(CO)= c0?CO? 1.43 mol· L ×100%= - 1 ×100%=71.5%。 2 mol· L 答: 当起始投料 c0(CO)=2 mol· 1,0(H2O) L c =3 mol· L
-1 - -1

时 CO 的平衡转化率为 71.5%。

【答案】

(1)K=2.25

α(CO)=60%

(2)α(CO)=71.5% 【名师点睛】 解化学平衡以及平衡转化率的 有关计算题通常采取“始”、“变”、“平” 三段式模式,解题基本思路一般为:(1)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“始”、“变”、 “平”三个量。 (3)解答题设问题。

课堂达标即时巩固

热点示例思维拓展
浓度对反应物转化率的影响 (1)当反应物只有一种且温度、容器体积一

定时。例如,反应:aA(g)??

bB(g)

+cC(g)达到平衡时,增加A的浓度(相当于 增大压强):①若a=b+c,A的转化率不变; ②若a>b+c,A的转化率增大;③若a<b +c,A的转化率减小。

(2)当反应物不止一种且温度、容器体积一定 时。例如,反应:aA(g)+bB(g)? ?cC(g) +dD(g)达到平衡时: ①增加A的浓度,A的转化率减小,B的转化 率增大。

②若按原比例同倍数增加A、B的物质的量浓
度(相当于增大压强): Ⅰ.若a+b=c+d,A、B的转化率不变;

Ⅱ.若a+b<c+d,A、B的转化率减小;
Ⅲ.若a+b>c+d,A、B的转化率增大。

【经典案例】 某温度下,H2(g)+ CO2(g)? ? H2O(g)+CO(g)的平衡常数 9 K= 。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密 4 闭容器中,投入 H2(g)和 CO2(g),其起始浓 度如下表所示:
起始浓度 c(H2)(mol/L) 甲 乙 丙 0.010 0.020 0.020

c(CO2)(mol/L) 0.010 0.010 0.020

下列判断不正确的是(

)

A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60% B.平衡时,甲中和丙中CO2的转化率均是 60% C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是

0.012 mol/L
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中 的反应速率最慢

【解析】 设平衡时甲中 CO2 的转化浓度 为 x mol/L,则平衡时 H2、CO2、H2O、CO 的浓 度分别为 (0.01- x) mol/L、 (0.01-x) mol/L、x mol/L、x mol/L,根据平衡常数 K x×x 9 = = ,解得 x=0.006, ?0.01-x?×?0.01-x? 4 0.006 则 甲 中 CO2 的 转 化 率 为 ×100% = 0.01 60%,由于乙相对于甲增大了 c(H2),因此 CO2 的转化率增大,A 项正确;

设平衡时丙中 CO2 的转化浓度为 y mol/L, 则平衡时 H2、CO2、H2O、CO 的浓度分别 为 (0.02 - y) mol/L 、 (0.02 - y) mol/L 、 y mol/L 、 y mol/L , 根 据 平 衡 常 数 K = y×y 9 = ,解得 y=0.012,则 ?0.02-y?×?0.02-y? 4 0.012 丙中 CO2 的转化率为 ×100%=60%, 0.02 B 项正确;

平衡时甲中c(CO2)=0.01-0.006=0.004 mol/L,丙中c(CO2)=0.02-0.012=

0.008 mol/L,C项错误;反应开始时,丙
中反应物浓度最大,反应速率最快,甲中 反应物浓度最小,反应速率最慢,D项正 确。 【答案】 C


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