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退出目录第3课时化学平衡常数退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点1.化学平衡常数的概念;2.运用化学平衡常数对化学反应进行的程度判断;3.运用化学平衡常数进行计算,转化率的计算1.能够理解影响化学平衡常数的因素;2.熟悉化学平衡常数表达式书写的注意事项;3.运用“三段式”进行化学平衡常数计算,转化率的计算退出目录预习导引1.化学平衡常数(1)定义在一定温度下,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,这个常数就是该反应的化学平衡常数。通常用符号K表示。(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式为K=𝑐𝑝(C)·𝑐𝑞(D)𝑐𝑚(A)·𝑐𝑛(B)。(3)意义①K值越大,说明正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大;反之就转化越不完全,转化率就越小。②K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。退出目录预习交流(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有什么关系?(2)化学平衡常数有统一的固定单位吗?答案:(1)正反应和逆反应的平衡常数之间互为倒数。(2)由平衡常数的表达式可知,K没有固定统一的单位。退出目录2.平衡转化率(1)起始浓度与平衡浓度的关系:a.反应物:平衡浓度=c0(反)-c变(反);b.生成物:平衡浓度=c0(生)+c变(生)。各物质的变化浓度之比等于化学计量数之比。(2)平衡转化率:a.表达式:α(A)=c变(A)/c0(A)×100%;b.影响因素:起始浓度和平衡浓度。退出目录课堂合作探究问题导学1.化学平衡常数活动与探究1阅读教材,分析当一个可逆反应达到化学平衡状态时,反应物和生成物的浓度之间有怎样的定量关系,你能得出什么结论?答案:在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘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)。退出目录迁移与应用以下反应平衡常数表达式不正确的是()A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K=𝑐2(NH3)𝑐(N2)·𝑐3(H2)B.FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)K=𝑐(CO2)𝑐(CO)C.2NH3(g)N2(g)+3H2(g)K=𝑐2(NH3)𝑐(N2)·𝑐3(H2)D.NH3·H2O(aq)NH4+(aq)+OH-(aq)K=𝑐(NH4+)·𝑐(OH-)𝑐(NH3·H2O)退出目录解析:平衡常数K的表达式中,各成分浓度必须是平衡浓度、浓度的方次为其计量数、固体和纯液体的浓度视为常数,不写在K的表达式中;是产物浓度方次的积与反应物浓度方次的积的比值。答案:C平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。K值越大,表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;K值越小,表示反应进行得越不完全,反应物转化率越小。退出目录2.影响化学平衡常数的因素活动与探究2观察下面两个表,想想影响K值大小的因素是什么?表一:H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH0温度K序号初始浓度/(mol·L-1)平衡浓度/(mol·L-1)𝑐2(HI)𝑐(H2)𝑐(I2)H2I2HIH2I2HI698.6①0.010670.0119600.0018310.0031290.0176754.528②000.010690.0011410.0011410.00841054.328798.6③0.011350.0090400.004560.001950.008598.298④000.016550.003390.003390.009778.306退出目录表二:N2O4(g)无色2NO2(g)红棕色ΔH0温度K初始浓度/(mol·L-1)平衡浓度/(mol·L-1)Kc(N2O4)c(NO2)c(N2O4)c(NO2)2980.05000.021750.056500.14683330.05000.004880.09011.664①请计算相应温度的平衡常数。②分析表中数据,判断K值随温度的变化关系。答案:①计算结果分别为:54.52854.3288.2988.3060.14681.664;②影响K的因素仅是温度,与压强、体积等其他因素无关。正向吸热反应,升高温度,K值增大;正向放热反应,升高温度,K值减小。退出目录迁移与应用(1)写出下列表格内的化学反应平衡常数的表达式:化学反应K表达式11/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)K=𝑐(NH3)𝑐12(N2)·𝑐32(H2)2N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K=𝑐2(NH3)𝑐(N2)·𝑐3(H2)32NH3(g)N2(g)+3H2(g)K=𝑐(N2)·𝑐3(H2)𝑐2(NH3)4NH3·H2O(aq)NH4+(aq)+OH-(aq)K=𝑐(NH4+)·𝑐(OH-)𝑐(NH3·H2O)5FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)K=𝑐(CO2)𝑐(CO)6AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)K=c(Ag+)·c(Cl-)退出目录(2)若:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,NH3(g)1/2N2(g)+3/2H2(g)的平衡常数为K3;指出K1、K2、K3之间的关系。答案:K1和K2的关系式:K1=𝐾22。K2和K3的关系式:K2·K3=1。K1和K3的关系式:K1·𝐾32=1。退出目录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.平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。对于给定的化学方程式,正逆反应的平衡常数互为倒数。3.平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应,若方程式各物质的计量数等倍扩大或缩小,平衡常数也会改变。4.固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中(因其浓度为常数)。退出目录3.有关化学平衡的基本计算活动与探究3阅读教材完成以下题目:在某温度时,在容积为1L的密闭容器内,把氮气和氢气两种气体混合,反应后生成氨气。实验测得,当达到平衡时,氮气和氢气的浓度各为2mol·L-1,生成氨气的浓度为3mol·L-1,求这个反应在该温度下的平衡常数和氮气、氢气在反应开始时的浓度。退出目录解析:设反应开始时N2、H2的浓度分别为xmol·L-1、ymol·L-1,N2的反应浓度为amol·L-1。N2+3H22NH3开始浓度/(mol·L-1)xy0变化浓度/(mol·L-1)a3a2a平衡浓度/(mol·L-1)223则2a=3,a=1.5。x=a+2=3.5,y=2+3a=2+4.5=6.5K=c2(NH3)/[c(N2)·c3(H2)]=32/(2×23)=0.5625。答案:K=0.5625氮气、氢气在反应开始时的浓度分别为3.5mol·L-1和6.5mol·L-1。退出目录迁移与应用一定温度下的密闭容器中存在如下反应:H2(g)+I2(g)2HI(g);已知c始(H2)=0.4mol·L-1,c始(I2)=1mol·L-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K=64,试判断:(1)当H2转化率为50%时,该反应是否达到平衡状态?(填“是”或“否”)。若未达到,正在向哪个方向进行?(填“向左”或“向右”)。(2)达平衡状态时,H2的转化率应为。退出目录解析:(1)转化率为50%,则转化的H2的浓度为0.4mol·L-1×50%=0.2mol·L-1,转化的I2的浓度为0.2mol·L-1。则生成的HI的浓度为0.4mol·L-1,H2的浓度为0.2mol·L-1,I2的浓度为0.8mol·L-1。Qc=𝑐2(HI)𝑐(H2)·𝑐(I2)=0.420.2×0.8=1K。因此反应未达到平衡状态,反应向正反应方向进行,即向右进行。(2)设达到平衡状态时转化的H2的浓度为x,则H2(g)+I2(g)2HI(g)起始浓度/(mol·L-1)0.410平衡浓度/(mol·L-1)0.4-x1-x2xK=(2𝑥)2(0.4-𝑥)·(1-𝑥)=64,解得x=0.385。则H2的转化率为0.3850.4×100%=96.3%。退出目录答案:(1)否向右(2)96.3%退出目录1.物质浓度的变化关系:反应物:平衡浓度=起始浓度-转化浓度;生成物:平衡浓度=起始浓度+转化浓度。其中,各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。2.反应的转化率(α):α=反应物转化的物质的量(或质量、浓度)反应物起始的物质的量(或质量、浓度)×100%。3.在密闭容器中有气体参加的可逆反应,在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论:恒温、恒容时:𝑛1𝑛2=𝑝1𝑝2;恒温、恒压时:n1/n2=V1/V2。退出目录4.计算模式浓度/(mol·L-1)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)起始浓度mn00转化浓度axbxcxdx平衡浓度m-axn-bxcxdxα(A)=(ax/m)×100%w(C)=𝑐𝑥𝑚+𝑛+𝑐𝑥+𝑑𝑥-𝑎𝑥-𝑏𝑥×100%退出目录当堂检测1.下列说法正确的是()A.从K的大小可以判断化学反应速率的大小,K值越大则化学反应速率越大B.对任一给定的可逆反应,温度升高,K值增大C.对于可逆反应,K值越大,则反应物的转化率越大D.加入催化剂或增大反应物的浓度,K值增大解析:平衡常数大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度),平衡常数的数值越大,说明反应进行得越完全,即反应物的转化率越大。答案:C退出目录2.已知下列反应的平衡常数:H2(g)+S(s)H2S(g)K1S(s)+O2(g)SO2(g)K2则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数是()A.K1+K2B.K1-K2C.K1·K2D.K1/K2退出目录解析:H2(g)+S(s)H2S(g)其平衡常数K1=𝑐(H2S)𝑐(H2)而S(s)+O2(g)SO2(g)其平衡常数K2=𝑐(SO2)𝑐(O2)则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数K=𝑐(O2)·𝑐(H2S)𝑐(H2)·𝑐(SO2)=K1/K2。答案:D退出目录3.在一定条件下,发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(反应放热)(1)写出该反应的化学平衡常数表达式K=。(2)降低温度,该反应K值,二氧化硫转化率,化学反应速率(以上均填“增大”“减小”或“不变”)。解析:(1)化学平衡常数是指一定温度下,达到平衡的可逆反应中生成物浓度的幂之积与反应物浓度幂之积之比,故K=𝑐2(SO3)𝑐2(SO2)·𝑐(O2)。(2)降低温度,平衡向正反应方向移动,反应物浓度减小,生成物浓度增大,故K值增大,二氧化硫转化率增大;但化学反应速率随温度降低而减小。答案:(1)𝑐2(SO3)𝑐2(SO2)·𝑐(O2)(2)增大增大减小退出目录4.在80℃时,将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:时间/sc/(mol·L-1)020406080100c(N2O4)0.20a0.10cdec(NO2)0.000.12b0.220.220.22反应进行至100s后将反应混合物的温度降低,发现气体的颜色变浅。(1)该反应的化学方程式为,表中bc(填“”“=”或“”)。退出目录(2)20s时,N2O4的浓度为mol·L-1,0~20s内N2O4的平均反应速率为。(3)该反应的平衡常数表达式K=,在80℃时该反应的平衡常数K值为(保留2位小数)。(4)在其他条件相同时,该反应的K值越大,表明建立平衡时。A.N2O4的转化率越高B.NO2的产量越大C.N2O4与NO2的浓度之比越大D.正反应进行的程度越大退出目录解析:(1)根据题中信息,知N2O4(g)2NO2(g)开始浓度(mol·L-1):0.20020s时/(mol·L-