2019-2020学年高中化学 专题2.3.4 化学平衡常数及相关计算课件 新人教版选修4

第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第3课时化学平衡常数及计算措施原因加入过量的N2促进平衡，提高的转化率采用适当的催化剂反应速率采用高压有利于平衡向移动采用较高温同时提高催化剂的活性将氨液化并及时分离有利于平衡向移动正向移动H2加快正反应方向加快反应速率正反应方向应用工业合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH0化学平衡常数——化学平衡的特征序号起始时浓度mol/L698.6K平衡时浓度mol/L698.6K平衡时c0(H2)c0(I2)c0(HI)c（H2）c（I2）c（HI）10.010670.0119600.001830.0031290.0176720.011350.0090400.003560.001250.0155930.011340.0075100.004560.0007370.013544000.010690.001140.0011410.00841I2(g)+H2(g)2HI(g)54.554.654.4554.33根据表中的数据计算出平衡时的值，并分析其中规律。通过分析实验数据得出：1、温度不变时，为常数用K表示；2、常数K与反应的起始浓度大小无关；3、常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立的过程无关。)()()(222IcHcHIc思维建模：其它平衡体系的数据进行分析，都有类似的关系。)()()()(BcAcDcCcKbadc对于反应:aA+bBcC+dD一、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（简称平衡常数），符号用“K”表示。1、化学平衡常数、定义、数学表达式、单位化学平衡常数的特点：化学平衡常数只与反应本身及温度有关，与压强、起始浓度、起始反应方向均无关。∴K的单位为(mol·L-1)n；n=(p+q)-(m+n)∵浓度的单位为mol·L-1※当浓度的单位为mol·L-1，称标准平衡常数，标准平衡常数不写单位K=（2）数学表达式（3）K的单位：(1)纯固体纯液体浓度固定，不能写在平衡关系式中。CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)例如：K=Fe3O4(s)+4H2(g)高温3Fe(s)+4H2O(g)c(CO2))H(c)OH(c2424KCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)2、书写平衡常数关系式的规则Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+K)Cr2O72-(c)CrO42-(c2)H+(c2K=c(CO)/c(CO2)c(H2)（2)同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。N2+3H22NH3)H(c)N(c)NH(cK2323212NH3N2+3H2)NH(c)H(c)N(cK3223221/2N2+3/2H2NH3)H(c)N(c)NH(cK//22322133K1=1/K2=K32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。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。（3)多重平衡规则：若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)例2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K12NO2(g)N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K=K1K2(1)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。若正反应是吸热反应,升高温度,K增大;若正反应是放热反应,升高温度,K减小。3、平衡常数K的意义温度623K698K763K平衡常数66.954.445.9通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断上可逆反应的正方向是放热反应.例如：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),的浓度平衡常数与温度的关系如下：(2)平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。(3)反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说，反应的平衡常数K≥105，认为正反应进行得较完全；K≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)(4)在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度幂的之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商Q与K比较大小来判断。QCkc，未达平衡，逆向进行。逆正QC=kc,达平衡，平衡不移动。逆正逆正QCkc,未达平衡，正向进行。(C)(D)(A)(B)pqCmnccQcc)()()()(BcAcDcCcQnmqpC（5）另外还有两点必须指出：①平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如：2SO2(g)+O22SO3(g)298K时K很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。②平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行，如:N2+O22NOK=10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能的。因此没有必要在该条件下进行实验，以免浪费人力物力。或者改变条件使反应在新的条件下进行比较好一些。4、有关化学平衡常数的计算注意：各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。△c(A):△c(B):△c(C):△c(D)=a:b:c:d对于反应:aA+bBcC+dD初始浓度c0(A)c0(B)c0(C)c0(D)转化浓度△c(A)△c(B)△c(C)△c(D)平衡浓度c0(A)-△c(A)c0(B)-△c(B)c0(C)+△c(C)c0(D)+△c(D)概念理解：平衡转化率用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率α来表示反应限度。反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：0平00A(A)(A)()%100%100%(A)AcccAccV1、关于化学平衡常数的叙述中，正确的是()A.只与化学反应方程式本身和温度有关B.只与反应的温度有关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A课堂练习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()A．K＝n（H2O）n2（NH3）·n（CO2）B．K＝n2（NH3）·n（CO2）n（H2O）C．K＝c[CO（NH2）2]·c（H2O）c2（NH3）·c（CO2）D．K＝c（H2O）c2（NH3）·c（CO2）D3.高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝[c(CO)·c(H2O)]/[c(CO2)·c(H2)]。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＋H2O⇌CO2＋H2A4.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡时，c(H2)=0.5mol/L，c(HI)=4mol/L，则此温度下反应①的平衡常数为()A.9mol2•L–2B.16mol2•L–2C.20mol2•L–2D.25mol2•L–2C二、有关化学平衡的计算：在反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)中，计算关系为：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)始变平n1n200axbxcxdxn1-axn2-bxcxdx单位统一已知条件计量系数之比加、减计算⑴、物质浓度的变化关系：①、反应物：平衡浓度＝————————————————起始浓度－变化浓度②、生成物：平衡浓度＝————————————————起始浓度＋变化浓度③、各物质的变化浓度之比＝————————————————化学计量系数之比⑵、反应物的转化率：反应物转化为生成物的百分率％＝100反应物起始浓度反应物变化浓度反应物转化率)(例1、将6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，发生下列反应：3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g)，经过5min达到化学平衡，此时生成C为2mol，测得D的反应速率为0.1mol/L·min，计算：①、x的值；②、平衡时B的转化率；③、A的平衡浓度。3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g)解：∵始变平mol650020.1×5×4133422①∵2:x＝2:(0.1×5×4)∴x＝2％％＝％＝②、2010051100起变BBBnn平3③、＝＝0.75V4AnmolmolCLLA1、700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反应过程中测定的部分数据见右表(表中t2＞t1)下列说法正确的是（）A．反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝0.40/t1mol·L－1·min－1B．保持其他条件不变，起始时充入0.60molCO和1.20molH2O，达平衡时n(CO2)＝0.40molC.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数减小D．温度升高至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应B课堂练习2、25℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如图所示。下列判断正确的是（）A.往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大B.往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小C.升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应ΔH＞0D.25℃时，该反应的平衡常数K＝2.2D3、某条件下，在2L密闭容器中发生如下反应：2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)ΔH0。在三种不同条件下进行，其中NO、O2的起始浓度都为0mol·L－1，实验Ⅰ、Ⅱ反应温度相同，NO2的浓度(mol·L－1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题：(1)请在图中标上对应的反应温度(800℃或850℃)。实验Ⅱ隐含的反应条件是____________。(2)若实验Ⅰ中达到平衡后，再向密闭容器中通入1molNO2与1molNO混合气体(保持温度不变)，则平衡将__________(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。不移动使用催化剂