2019-2020学年高中化学 2.3 化学平衡2.3.3 化学平衡常数课件 新人教版选修4

第3课时化学平衡常数1.化学平衡常数定义:在一定温度下,当一个可逆反应达到___________,生成物___________与反应物___________的比值。2.表达式:对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下,K=___________。化学平衡时浓度幂之积浓度幂之积pqmncCcDcAcB（）（）(1)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。平衡常数及单位必须与反应方程式的表示一一对应。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。例如:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)K=___________。22cCOcHcHOg(3)稀溶液中进行的离子反应,应该根据离子反应方程式进行平衡常数的列式与计算。如有水参加,水的浓度也不必写在平衡关系式中。Cr2+H2O2Cr+2H+Kc=__________________________。27O24O2222427cCrOcH/cCrO3.意义:4.特点:K只受_____影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。温度【自主检测】1.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.增大体系压强C.升高体系温度D.使用合适的催化剂【解析】选C。对于一个给定的可逆反应,其化学平衡常数K的大小仅与温度有关,与其他因素无关。2.对于3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式为()高温342243424242424242cFeOcHA.cFecHOcFeOcHB.cFecHOcHC.cHOcHOD.cH（）（）＝（）＝（）（）＝（）＝（）KKKK【解析】选C。平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,但固体浓度视为1,不写入平衡常数表达式中。3.2000K时,反应CO(g)+O2(g)CO2(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K′为()A.B.K2C.D.121K21K121K【解析】选C。2000K时,可逆反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的平衡常数为K2,那么2000K时,可逆反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数为,C项正确。21K4.下列说法中正确的是()A.在平衡常数表达式中,反应物浓度用起始浓度,生成物浓度用平衡浓度B.对于一个可逆反应,平衡正向移动时,平衡常数一定增大C.升高温度,K值增大,则正反应为放热反应D.从平衡常数的大小可以推断一个反应的进行程度【解析】选D。平衡常数表达式中所有物质均为平衡时的浓度,A错误;平衡常数只与温度有关,所以改变浓度和压强,虽然平衡发生移动,但K不变,B错误;升高温度,K值增大,说明平衡向正反应方向移动,依据勒夏特列原理可知正反应为吸热反应,C错误;平衡常数的大小可以判断反应进行的限度,D正确。知识点一化学平衡常数的应用及简单计算1.化学平衡常数的应用:(1)判断反应进行的程度。化学平衡常数能够表示可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大,表明平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物的转化率也越大。(2)判断平衡进行的方向。如对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意时刻反应物与生成物的浓度有如下关系:Qc=Qc叫做该反应的浓度商,则有:pqmncCcDcAcB（），（）(3)判断反应的热效应:2.化学平衡常数的有关计算:(1)平衡转化率。某指定反应物的转化率=×100%=×100%。其中Δn表示已转化的物质的量,n始表示该物质起始时的物质的量,Δc表示消耗的该物质的浓度,c始表示起始时该物质的浓度。nn始cc(2)计算方法(三段式法)。①对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),初始时A、B的物质的量分别为amol、bmol,达到平衡后,有mxmol的A发生反应,则计算模式为mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始量/molab00变化量/molmxnxpxqx平衡量/mola-mxb-nxpxqx②分析三个量起始量、变化量、平衡量。③明确三个关系A.对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。B.对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。C.各转化量之比等于各物质的化学计量数之比。【素养升华】模型认知:化学平衡常数应注意的问题(1)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。②若化学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。如N2+3H22NH3,K=a则有:2NH3N2+3H2,K′=1/a。N2+H2NH3,K″=。1232a(2)化学反应方程式进行叠加时所得到的总反应方程式的平衡常数与各分步反应方程式的平衡常数相关。例如,某温度下:①CH4(g)+H2O(g)====CO(g)+3H2(g),K1;②CH4(g)+CO2(g)====2CO(g)+2H2(g),K1;③CH4(g)+2H2O(g)====CO2(g)+4H2(g),K3。由于③=①×2-②,所以:K3=212KK。【知识拓展】(1)对于可逆化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定温度下达到化学平衡时,K=。可用压强平衡常数表示:Kp=[p(C)为平衡气体C的分压]。(2)无论是K还是Kp,在答题时最好将单位带上。pqmncCcDcAcBggpqmnpCpDpApBgg【典题通关】【典例】已知可逆反应CO+H2O(g)CO2+H2,达到平衡时,K=,K是常数,只与温度有关,与浓度无关。(1)830K时,若起始时:c(CO)=2mol·L-1,c(H2O)=3mol·L-1,平衡时CO的转化率为60%,水蒸气的转化率为________,K值为__________。222cCOcHcCOcHOgg(2)830K时,若只将起始时c(H2O)改为6mol·L-1,则水蒸气的转化率为__________。【解题指南】解答本题时注意以下两点:(1)运用“三段式”进行常规计算;(2)由于温度相同,所以K值相同,因此第(1)问计算出的K,可在第(2)问的求算中使用。【素养解读】核心素养素养任务证据推理与模型认知(1)根据化学平衡常数计算模型,进行“三段式”常规计算;(2)根据平衡常数只与温度有关的特点,同一温度不同情况下的计算可以共用K。【解析】(1)CO+H2O(g)CO2+H2起始浓度(mol·L-1)2300转化浓度(mol·L-1)1.21.21.21.2平衡浓度(mol·L-1)0.81.81.21.2K==1,α(H2O)=×100%=40%。1.21.20.81.81.23(2)设水蒸气的转化浓度为xmol·L-1。CO+H2O(g)CO2+H2起始浓度(mol·L-1)2600转化浓度(mol·L-1)xxxx平衡浓度(mol·L-1)2-x6-xxxK==1,x=1.5a(H2O)=×100%=25%。答案:(1)40%1(2)25%xx2x6xgg1.56【延伸探究】若依然在830K时,起始浓度c(CO)=amol·L-1,c(H2O)=bmol·L-1,H2的平衡浓度c(H2)=cmol·L-1。①a、b、c之间的关系式是______________。②当a=b时,a=____________。提示:依然使用“三段式”法,运用第(1)问所得的K进行计算。CO+H2O(g)CO2+H2起始浓度(mol·L-1)ab00转化浓度(mol·L-1)cccc平衡浓度(mol·L-1)a-cb-ccc则=1。当b=a时,代入上式,可得a=2c。2cacbc【过关训练】(2018·荆襄高二检测)已知Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)ΔH=akJ·mol-1,平衡常数为K;测得在不同温度下,K值如下:世纪金榜导学号温度/℃500700900K1.001.472.40(1)若500℃时进行上述反应,CO2起始浓度为2mol·L-1,CO的平衡浓度为________。(2)方程式中的a________0(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)700℃上述反应达到平衡,要使得该平衡向右移动,其他条件不变时,可以采取的措施有________(填序号)A.缩小反应器体积B.通入CO2C.升高温度到900℃D.使用合适的催化剂【解析】(1)设500℃时CO的平衡浓度为xmol·L-1,则Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)起始:20变化:xx平衡:2-xx则K==1,解得x=1。故CO的平衡浓度为1mol·L-1。2cCOxcCO2x(2)由表格中数据可知,温度越高K值越大,推知温度升高平衡向正方向移动,故正反应为吸热反应,即a大于0。(3)A项缩小反应器体积,平衡不移动,错误;B项通入CO2,平衡向右移动,正确;C项升高温度时,平衡向右移动,正确;D项使用催化剂不会使平衡发生移动,错误。答案:(1)1mol·L-1(2)大于(3)BC【补偿训练】(2018·常德高二检测)300℃时,将2molA和2molB两种气体混合加入2L密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)ΔH,2min末反应达到平衡,生成0.8molD。(1)在2min末,A的平衡浓度为______,B的转化率为_______,0～2min内D的平均反应速率为______。(2)该反应的平衡常数表达式为K=________。该温度下化学平衡常数数值K1=________。已知350℃时,K2=1,则ΔH________0(填“”或“”)。(3)300℃,将该反应容器体积压缩为1L,则A的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”),原因是________________________。若该条件下平衡常数为K3,则K3________K1(填“”“”或“=”),原因是____________________________。【解析】(1)根据反应方程式3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)可知,生成0.8molD时,消耗A1.2mol,消耗B0.4mol,生成C0.8mol。故A的平衡浓度为(2-1.2)mol÷2L=0.4mol·L-1,B的转化率为0.4mol÷2mol×100%=20%,0～2min内D的平均反应速率为v==0.8mol÷2L÷2min=0.2mol·L-1·min-1。ct(2)化学平衡常数是在一定温度下,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,则K=。达到化学平衡时,c(A)=0.4mol·L-1,c(B)=(2-0.4)mol÷2L=0.8mol·L-1,c(C)=0.8mol÷2L=0.4mol·L-1,c(D)=0.8mol÷2L=0.4mol·L-1,所以化学平衡常数K1=2230.40.40.50.40.8。223cCcDcAcBgg350℃时K2=1,可见升高温度,K值增大,说明升高温度化学平衡向正反应方向移动。根据化学平衡移动原理可知,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,故正反应是吸热反应,即ΔH0。(3)压缩反应容器体积,相当于增大压强。根据化学平衡移动原理可知,增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动。而在该反应中,反应前后气体分子数不变,所以增大压强,化学平衡不移动。A、B的转化率都不会发生变化。化学平衡常数只与温度有关,所以K1=K3。答案:(1)0.4mol·L-120%0.2mol·L-1·min-1(2)0.5(3)不变增大压强,平衡不移动=K只与温度有关223cC