2.2.2化学平衡常数 学案 （含答案）—2023-2024学年（人教版2019）高中化学选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.2.2化学平衡常数 学案 （含答案）—2023-2024学年（人教版2019）高中化学选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 130.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-09-06 23:42:49 | ||
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文档简介
第2课时 化学平衡常数
[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。
一、化学平衡常数
1．化学平衡时各物质的浓度关系
(1)分析教材表2 1,457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据，可以发现以下规律：
①无论该反应从正、逆哪个反应方向进行，平衡时，的值____________，即与平衡状态建立的________无关。
②无论反应物或生成物的起始浓度如何改变，平衡时，的值也____________，与各物质的________无关。由此推理，值与反应体系压强也无关。
(2)不同温度时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的与温度的关系如下：
温度 457.6 ℃ 425.6 ℃
48.70 54.5
由此得出：的数值大小与____________有关。
2．化学平衡常数
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
(1)浓度商：在任意时刻的______________称为浓度商，常用Q表示，Q是个变量。
(2)化学平衡常数：当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时，浓度商是一个常数，把平衡时的浓度商称为化学平衡常数，用K表示，即K＝。
(3)Q与K的关系
当反应中有关物质的浓度商________平衡常数时，表明反应达到限度，即达到____________状态。
注意 ①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
②在确定的化学反应中，K只受温度影响。
3．化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明________________的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的________，K越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越________。一般来说，当K>105时，该反应就进行得____________了。
(1)K越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( )
(2)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变( )
(3)K越大，反应越容易进行( )
(4)K越大，该可逆反应的速率越快( )
1．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(g)N2O4(g)
3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)
Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)
2.已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下：
①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝______________________________，K1、K2、K3三者关系为K3＝________。
(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。
(2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则：
①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＝。
(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。
1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示：
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是( )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为( )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2
C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和
二、化学平衡的相关计算
可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。
1．计算模型——“三段式”法
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
2．思维模型——三步骤
(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。
(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于________之比或关键量列等式关系。
(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。
3．常见的计算量
(1)平衡常数K＝。
(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。
(3)平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。
(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡时和开始时的压强之比：＝。
(6)生成物产率＝×100%。
在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。试回答下列问题：
(1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1,4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝____________，H2O的转化率为________。
(2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。
(3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态____(填“是”或“否”)，此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
由浓度商Q与平衡常数K的关系判断反应进行的方向
若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆；
若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆；
若Q＝K ，反应处于平衡状态，v正＝v逆。
1．在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)＝0.008 0 mol·L－1并保持不变。
(1)则此温度下，平衡常数为________________________________________________。
(2)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为__________________。
2.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝____________，增大压强，K____(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
第2课时 化学平衡常数
[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。
一、化学平衡常数
1．化学平衡时各物质的浓度关系
(1)分析教材表2-1,457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据，可以发现以下规律：
①无论该反应从正、逆哪个反应方向进行，平衡时，的值近似相等，即与平衡状态建立的途径无关。
②无论反应物或生成物的起始浓度如何改变，平衡时，的值也近似相等，与各物质的浓度无关。由此推理，值与反应体系压强也无关。
(2)不同温度时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的与温度的关系如下：
温度 457.6 ℃ 425.6 ℃
48.70 54.5
由此得出：的数值大小与温度有关。
2．化学平衡常数
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
(1)浓度商：在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，Q是个变量。
(2)化学平衡常数：当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时，浓度商是一个常数，把平衡时的浓度商称为化学平衡常数，用K表示，即K＝ 。
(3)Q与K的关系
当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。
注意 ①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
②在确定的化学反应中，K只受温度影响。
3．化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的程度，K越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越完全。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。
(1)K越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( )
(2)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变( )
(3)K越大，反应越容易进行( )
(4)K越大，该可逆反应的速率越快( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)×
1．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(g)N2O4(g) K＝
3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g) K＝
Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO K＝
N2(g)＋H2(g)NH3(g) K＝
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K＝
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K＝
2.已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下：
①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝_______________________________________，
K1、K2、K3三者关系为K3＝________。
答案 ΔH1＋ΔH2 K1·K2
解析 化学方程式如果相加(或减)，则总热化学方程式的焓变应为两热化学方程式的焓变之和(或差)，而平衡常数则为两方程式平衡常数的乘积(或商)。
(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。
(2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则：
①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＝。
(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。
1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示：
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是( )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
答案 B
解析 K3＝，K1＝，K2＝，则K3＝K1·K2，A错误；根据盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；加催化剂，反应①的活化能降低，反应速率加快，C错误；增大压强，对化学平衡常数无影响，则K1、K2、K3不变，D错误。
2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为( )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2
C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和
答案 D
解析 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热为ΔH，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的反应热为－ΔH，而4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热为－2ΔH；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的化学平衡常数为K，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的化学平衡常数为。
二、化学平衡的相关计算
可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。
1．计算模型——“三段式”法
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
2．思维模型——三步骤
(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。
(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于化学计量数之比或关键量列等式关系。
(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。
3．常见的计算量
(1)平衡常数K＝。
(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。
(3)平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。
(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡时和开始时的压强之比：＝。
(6)生成物产率＝×100%。
在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。试回答下列问题：
(1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1,4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝______________，H2O的转化率为________。
(2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。
(3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态________(填“是”或“否”)，此时v正____________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
答案 (1)1 40% (2)50% 50% (3)否 大于
解析 (1) CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
c始/(mol·L－1) 2 3 0 0
c变/(mol·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2
c平/(mol·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2
该反应的平衡常数K＝＝＝1。
(2)设c变(CO)＝x mol·L－1，则
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
c始/(mol·L－1) 3 3 0 0
c变/(mol·L－1) x x x x
c平/(mol·L－1) 3－x 3－x x x
＝1，x＝1.5，则CO的转化率为×100%＝50%，H2O的转化率为50%。
(3)反应进行到某时刻时，c(H2)＝c(CO2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2O)＝1.5 mol·
L－1，Q＝＝＝由浓度商Q与平衡常数K的关系判断反应进行的方向
若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆；
若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆；
若Q＝K ，反应处于平衡状态，v正＝v逆。
1．在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)＝0.008 0 mol·L－1并保持不变。
(1)则此温度下，平衡常数为________________________________________________。
(2)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为__________________。
答案 (1)0.25 (2)80%
解析 (1)c(I2)＝0.008 0 mol·L－1，c(H2)＝0.008 0 mol·L－1，c(HI)＝0.004 0 mol·L－1，K＝＝0.25。
(2)设生成的H2的浓度为x mol·L－1，
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
起始/(mol·L－1) 0.02 0 0
平衡/(mol·L－1) 0.02－2x x x
K′＝＝，x＝0.008，α(HI)＝×100%＝80%。
2.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝__________，增大压强，K______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
答案 (1) 不变 (2)①800 ②＝
[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。
一、化学平衡常数
1．化学平衡时各物质的浓度关系
(1)分析教材表2 1,457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据，可以发现以下规律：
①无论该反应从正、逆哪个反应方向进行，平衡时，的值____________，即与平衡状态建立的________无关。
②无论反应物或生成物的起始浓度如何改变，平衡时，的值也____________，与各物质的________无关。由此推理，值与反应体系压强也无关。
(2)不同温度时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的与温度的关系如下：
温度 457.6 ℃ 425.6 ℃
48.70 54.5
由此得出：的数值大小与____________有关。
2．化学平衡常数
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
(1)浓度商：在任意时刻的______________称为浓度商，常用Q表示，Q是个变量。
(2)化学平衡常数：当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时，浓度商是一个常数，把平衡时的浓度商称为化学平衡常数，用K表示，即K＝。
(3)Q与K的关系
当反应中有关物质的浓度商________平衡常数时，表明反应达到限度，即达到____________状态。
注意 ①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
②在确定的化学反应中，K只受温度影响。
3．化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明________________的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的________，K越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越________。一般来说，当K>105时，该反应就进行得____________了。
(1)K越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( )
(2)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变( )
(3)K越大，反应越容易进行( )
(4)K越大，该可逆反应的速率越快( )
1．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(g)N2O4(g)
3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)
Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)
2.已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下：
①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝______________________________，K1、K2、K3三者关系为K3＝________。
(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。
(2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则：
①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＝。
(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。
1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示：
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是( )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为( )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2
C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和
二、化学平衡的相关计算
可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。
1．计算模型——“三段式”法
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
2．思维模型——三步骤
(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。
(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于________之比或关键量列等式关系。
(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。
3．常见的计算量
(1)平衡常数K＝。
(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。
(3)平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。
(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡时和开始时的压强之比：＝。
(6)生成物产率＝×100%。
在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。试回答下列问题：
(1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1,4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝____________，H2O的转化率为________。
(2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。
(3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态____(填“是”或“否”)，此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
由浓度商Q与平衡常数K的关系判断反应进行的方向
若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆；
若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆；
若Q＝K ，反应处于平衡状态，v正＝v逆。
1．在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)＝0.008 0 mol·L－1并保持不变。
(1)则此温度下，平衡常数为________________________________________________。
(2)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为__________________。
2.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝____________，增大压强，K____(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
第2课时 化学平衡常数
[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。
一、化学平衡常数
1．化学平衡时各物质的浓度关系
(1)分析教材表2-1,457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据，可以发现以下规律：
①无论该反应从正、逆哪个反应方向进行，平衡时，的值近似相等，即与平衡状态建立的途径无关。
②无论反应物或生成物的起始浓度如何改变，平衡时，的值也近似相等，与各物质的浓度无关。由此推理，值与反应体系压强也无关。
(2)不同温度时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的与温度的关系如下：
温度 457.6 ℃ 425.6 ℃
48.70 54.5
由此得出：的数值大小与温度有关。
2．化学平衡常数
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
(1)浓度商：在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，Q是个变量。
(2)化学平衡常数：当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时，浓度商是一个常数，把平衡时的浓度商称为化学平衡常数，用K表示，即K＝ 。
(3)Q与K的关系
当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。
注意 ①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
②在确定的化学反应中，K只受温度影响。
3．化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的程度，K越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越完全。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。
(1)K越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( )
(2)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变( )
(3)K越大，反应越容易进行( )
(4)K越大，该可逆反应的速率越快( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)×
1．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(g)N2O4(g) K＝
3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g) K＝
Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO K＝
N2(g)＋H2(g)NH3(g) K＝
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K＝
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K＝
2.已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下：
①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝_______________________________________，
K1、K2、K3三者关系为K3＝________。
答案 ΔH1＋ΔH2 K1·K2
解析 化学方程式如果相加(或减)，则总热化学方程式的焓变应为两热化学方程式的焓变之和(或差)，而平衡常数则为两方程式平衡常数的乘积(或商)。
(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。
(2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则：
①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＝。
(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。
1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示：
编号 反应 平衡常数 反应热
反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1
反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2
反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3
下列说法正确的是( )
A．K3＝K1＋K2
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快
D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变
答案 B
解析 K3＝，K1＝，K2＝，则K3＝K1·K2，A错误；根据盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；加催化剂，反应①的活化能降低，反应速率加快，C错误；增大压强，对化学平衡常数无影响，则K1、K2、K3不变，D错误。
2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为( )
A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2
C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和
答案 D
解析 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热为ΔH，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的反应热为－ΔH，而4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热为－2ΔH；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的化学平衡常数为K，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的化学平衡常数为。
二、化学平衡的相关计算
可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。
1．计算模型——“三段式”法
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
2．思维模型——三步骤
(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。
(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于化学计量数之比或关键量列等式关系。
(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。
3．常见的计算量
(1)平衡常数K＝。
(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。
(3)平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。
(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡时和开始时的压强之比：＝。
(6)生成物产率＝×100%。
在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。试回答下列问题：
(1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1,4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝______________，H2O的转化率为________。
(2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。
(3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态________(填“是”或“否”)，此时v正____________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
答案 (1)1 40% (2)50% 50% (3)否 大于
解析 (1) CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
c始/(mol·L－1) 2 3 0 0
c变/(mol·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2
c平/(mol·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2
该反应的平衡常数K＝＝＝1。
(2)设c变(CO)＝x mol·L－1，则
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
c始/(mol·L－1) 3 3 0 0
c变/(mol·L－1) x x x x
c平/(mol·L－1) 3－x 3－x x x
＝1，x＝1.5，则CO的转化率为×100%＝50%，H2O的转化率为50%。
(3)反应进行到某时刻时，c(H2)＝c(CO2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2O)＝1.5 mol·
L－1，Q＝＝＝
若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆；
若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆；
若Q＝K ，反应处于平衡状态，v正＝v逆。
1．在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)＝0.008 0 mol·L－1并保持不变。
(1)则此温度下，平衡常数为________________________________________________。
(2)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为__________________。
答案 (1)0.25 (2)80%
解析 (1)c(I2)＝0.008 0 mol·L－1，c(H2)＝0.008 0 mol·L－1，c(HI)＝0.004 0 mol·L－1，K＝＝0.25。
(2)设生成的H2的浓度为x mol·L－1，
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
起始/(mol·L－1) 0.02 0 0
平衡/(mol·L－1) 0.02－2x x x
K′＝＝，x＝0.008，α(HI)＝×100%＝80%。
2.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝__________，增大压强，K______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。
答案 (1) 不变 (2)①800 ②＝