2.2.3　化学平衡常数 课件(共43张PPT) 2023-2024学年高二化学苏教版选择性必修1

(共43张PPT)
专题2
第二单元　第3课时　化学平衡常数
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
素养 目标 1.了解化学平衡常数的含义,能正确书写平衡常数表达式。
2.能利用化学平衡常数计算反应物的平衡转化率。
3.理解化学平衡常数的应用及意义,认识化学科学对个人和社会发展作出的贡献,培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
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　　　　　时,生成物_____________　　　　　　　　与反应物　　　　　　　　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“　 　”表示。
2.表达式
对反应:aA+bB cC+dD,
例如,一定温度下,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)达平衡时的化学平衡常数K=　　　　　　　　　。
平衡状态
浓度幂之积
浓度幂之积
K
3.意义
K值越大,反应进行得越　 　 　　,反应物的平衡转化率　　 　　。一般地,K>105时,认为该反应进行得就基本完全了。
4.影响因素
K只受温度影响,与反应物和生成物的浓度无关。　　
　 升高温度,K不一定增大
完全
越大
教材阅读想一想阅读教材表2-6
思考:根据表中数据得出什么结论
提示 一定温度下,反应物起始浓度不同,但平衡时 的值近似相等。
易错辨析判一判
(1)化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。(　　)
(2)对于一个可逆反应,平衡正向移动时,平衡常数一定增大。(　　)
(3)K值越大,表明可逆反应正向进行的程度越大。(　　)
(4)平衡常数的大小只与温度有关,而与浓度、压强、催化剂等无关。
(　　)
×
提示 应为平衡状态时。
×
提示 平衡常数只与温度有关。
√
√
(5)对于一个达到平衡状态的可逆反应,升高温度,化学平衡常数一定增大。
(　　)
×
提示 若该反应为吸热反应,升高温度,化学平衡常数增大,若该反应为放热反应,升高温度,化学平衡常数减小。
二、平衡转化率
1.定义
物质在反应中　　　　　　　与该物质起始总量的比值。
2.表达式
3.意义
反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。
已转化的量
教材阅读想一想阅读教材“化学平衡常数”中的第2个【观察思考】
思考:三段式计算的注意事项是什么
提示 明确三个关系:
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。
易错辨析判一判
(1)各物质浓度变化之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。(　　)
(2)一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。(　　)
(3)转化率与平衡转化率是同一概念。(　　)
√
√
×
提示 转化率可以是任意时刻反应物已转化的量与起始总量的比值,而平衡转化率指平衡时物质已转化的量与该物质起始总量的比值。
重难探究·能力素养全提升
探究一　有关平衡常数的表示及计算
情境探究
为了寻找定量描述化学反应限度的方法,人们对许多化学平衡体系的数据进行了分析,终于发现,化学平衡常数可以表示化学反应限度的相对大小。化学平衡常数是什么呢
(1)当反应中有固体物质参加时,如何书写化学平衡常数K的表达式
提示 分子间的碰撞只能在固体表面进行,固体的物质的量浓度对反应速率和平衡没有影响。因此,固体的浓度作为常数,在平衡常数表达式中就不再写出。例如,炽热的四氧化三铁与氢气反应:Fe3O4(s)+4H2(g) 3Fe(s)+4H2O(g),平衡常数 ,又如CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g),平衡常数K=c(CO2)。
(2)对于一个可逆反应,其平衡常数的表达式是唯一的吗 与哪些因素有关
(3)对于化学方程式确定的化学反应,K的数值受哪些因素影响
(4)对于方程式确定的可逆反应,其正反应和逆反应的K有什么关系
(5)催化剂能够改变化学反应速率,对化学平衡常数有何影响
提示 不唯一。与化学方程式的书写有关。
提示 温度。
提示 互为倒数。
提示 对于确定的化学反应,化学平衡常数只与温度有关,催化剂对化学平衡常数无影响。
方法突破
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扩大或缩小相同程度,尽管是同一反应,则平衡常数也会改变。
2.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度。
K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,反应正向进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,就越不完全,转化率就越小。
(2)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。
(3)判断平衡移动方向(在下一单元讲解)
利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。
应用体验
视角1平衡常数的表示
1.抽烟对人体有害。烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白(用Hb表示)化合,发生反应:CO+Hb·O2 O2+Hb·CO。实验表明,Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%,也足以使人的智力受损。试回答:
(1)该反应的平衡常数表达式为K=　　　　　　　　　　　　。
(2)抽烟后,测得吸入肺部的空气中的CO和O2的浓度分别为10-6 mol·L-1和10-2 mol·L-1。已知37 ℃时,平衡常数K=220,此时Hb·CO的浓度
　　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)Hb·O2浓度的百分之二。
C
解析 根据盖斯定律可得,反应③=反应①+反应②×2,则K3=K1· ,故选C。
C
视角2平衡常数的理解及计算
4.一定温度下,某气体反应达到化学平衡,平衡常数 ,改变外界条件,下列说法正确的是(　　)
A.降低温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
B.增大c(A)、c(B),K值增大
C.该反应的化学方程式为2E(g)+F(s) A(g)+2B(g)
D.增大压强,K值不变
D
解析 降低温度,减少了活化分子百分数,所以正、逆反应速率都减小,故A项错误;化学平衡常数只与温度有关,与物质浓度无关,故B项错误;根据化学平衡常数可知,其反应的化学方程式为2E(g)+F(g) A(g)+2B(g),故C项错误;只有温度变化,K才变化,故D项正确。
5.将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L-1。则此条件下的平衡常数K的值为(　　)
A.4 B.0.4 C.0.25 D.0.2
A
解析 平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L-1,则列出“三段式”进行分析:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
起始量/(mol·L-1) 1 0.5 0
转化量/(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡量/(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
D
解析 写成2aA(g)+2bB(g) 2cC(g),ΔH值增加一倍,K值变为原来的平方。
探究二　平衡转化率及平衡常数的应用
情境探究
在学习和工作中,我们需要提高学习和工作效率,目的是提高我们所付出的努力的转化率。在化学反应中,也需要研究转化率,那么什么叫平衡转化率
(1)如何计算平衡转化率
提示 根据已知条件及反应关系明确平衡时反应物已转化的量,再根据反应物已转化的量与起始总量相比,即可得到平衡转化率。
(2)用不同物质的平衡转化率表示同一反应进行的程度时,数值相同吗
(3)在恒容密闭容器中,向已达平衡的反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)中充入一定量的H2,I2和H2的转化率将如何变化
(4)平衡转化率与平衡常数有何关系
提示 不一定相同。
提示 α(I2)增大,α(H2)减小。
提示 平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度,但是平衡转化率随着反应物初始浓度的不同而变化,而平衡常数却不受影响,因此平衡常数更能反映出其本质。平衡常数与平衡转化率之间是可以相互求算的。
方法突破
利用“三段式”计算平衡常数及反应物的转化率
(1)一般步骤:
①写出有关化学反应的方程式。
②确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
③根据已知条件建立等式关系进行解答。
(2)举例分析:
以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例,若A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1。
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
(3)具体计算:
应用体验
视角1平衡转化率
1.X、Y、Z三种气体,取X和Y按物质的量之比1∶1混合,放入密闭容器中发生反应:X+2Y 2Z,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Y的转化率最接近(　　)
A.33% B.40%
C.50% D.65%
D
解析 假设X和Y的物质的量均为1 mol,达到平衡时消耗X的物质的量为a mol,则:
X +　2Y 2Z
起始量/mol 1 1
转化量/mol a 2a 2a
平衡量/mol 1-a 1-2a 2a
归纳总结　
2.在容积可变的密闭容器中,2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数接近于(　　)
A.5% B.10%
C.15% D.20%
C
解析 达到平衡时,H2转化的物质的量为8 mol×25%=2 mol。在一定条件下,N2与H2发生反应:
　 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
视角2平衡常数的应用
3.可逆反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时,平衡常数K= 。
(1)若CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L-1,则平衡时CO的转化率为　　　　　　。
(2)若CO的起始浓度仍为2 mol·L-1,H2O的起始浓度为6 mol·L-1,则平衡时CO的转化率为　　　　　　。
答案 (1)60%　(2)85%
解析 (1)设平衡时CO转化的物质的量浓度为x mol·L-1:
CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 2 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 2-x 2-x x x
(2)设平衡时CO转化的物质的量浓度为y mol·L-1,
　 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 6 0 0
转化(mol·L-1) y y y y
平衡/(mol·L-1) 2-y 6-y y y
4.在某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)的平衡常数为K,下列说法正确的是(　　)
A.K值越小,达到平衡时,反应物的转化率越大
B.K值越大,达到平衡时,生成物的含量越大
C.反应物的转化率越大,达到平衡时,K值越大
D.温度越高,达到平衡时,K值越大
B
解析 K值越小,正向进行的程度越小,达到平衡时,反应物的转化率越小,A项错误;K值越大,正向进行的程度越大,反应进行的越完全,生成物的含量越大,B项正确;K值大小与温度有关,反应物的转化率越大,达到平衡时,K值不一定越大,C项错误;K值与温度有关,若反应为吸热反应,升高温度时K值增大,若为放热反应,升高温度K值减小,D项错误。
5.在相同条件下,可发生下列反应
①H2+F2 2HF　K=1047
②H2+Cl2 2HCl　K=1017
③H2+Br2 2HBr　K=109
④H2+I2 2HI　K=1
比较K值大小,可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　)
A.①②③④ B.④②③①
C.①④③② D.无法确定
A
解析 相同条件下,化学平衡常数越大,表示该反应的正反应进行的程度越大,故A项正确。
6.某温度下,将2 mol A和3 mol B充入容积为1 L的密闭容器中,发生反应: aA(g)+B(g) C(g)+D(g),5 min后达到平衡。已知该温度下上述反应的平衡常数K=1,若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍,则A的平衡转化率与第一次平衡时相比(　　)
A.增大 B.减小
C.不变 D.无法确定
C
解析 设第一次平衡时A的物质的量浓度变化为x mol·L-1。
　　　　　 A(g)+B(g) C(g)+D(g)
起始/(mol·L-1) 2 3 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 2-x 3-x x x
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