高二化学新人教版选修4 第2章 第3节第3课时化学平衡常数 学案.docx

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高二化学新人教版选修4第2章第3节第3课时化学平衡常数学案

第3课时　化学平衡常数

　1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数的表达式。

2．能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

知识点一　化学平衡常数

阅读教材P28～P29，思考并填空。

1．含义

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，简称平衡常数，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＝。

3．意义与影响因素

（1）K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之就转化的越不完全，转化率就越小。

（2）K只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

1．判断正误

（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）化学平衡常数与浓度有关，与温度无关。

（　　）

（3）升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应。

（　　）

（4）K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√

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（　　）

A．K＝

B．K＝

C．K＝

D．K＝

解析：

选D。

平衡常数表达式中只表示出气体或溶液中溶质的浓度，而固体或纯液体不表示出来。

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，正向反应进行的程度越大，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

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。

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q＝表示，则：

当Q＝K时，反应处于平衡状态，v正＝v逆；

当Q＜K时，反应向正反应方向进行，v正＞v逆；

当Q＞K时，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆。

4．计算转化率

依据起始浓度（或平衡浓度）和平衡常数可以计算平衡浓度（或起始浓度），从而计算反应物的转化率。

（1）平衡常数表达式中的各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度，以其化学计量数为幂。

同一化学反应，由于化学方程式书写不同，平衡常数的表达式不同。

（2）反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数而不代入公式。

（3）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。

例如：

N2＋3H22NH3，K＝a，则有：

2NH3N2＋3H2，K′＝，

N2＋H2NH3，K″＝a。

　在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：

T/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

请回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝_______________________________。

（2）该反应为________反应（填“吸热”或“放热”）。

（3）某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为________℃。

此温度下加入1molCO2（g）和1molH2（g），充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为________。

（4）在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c（CO2）为2mol/L，c（H2）为1.5mol/L，c（CO）为1mol/L，c（H2O）为3mol/L，则正、逆反应速率的比较为v正________v逆（填“＞”“＜”或“＝”）。

[解析]　

（2）温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。

（3）由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃，设反应了的CO2为xmol，则消耗掉的H2为xmol，生成的CO和H2O均是xmol（体积为VL），

K＝＝1，整理得x＝0.5，则CO2的转化率为50%。

（4）Q＝＝＝1＞0.9，所以v正＜v逆。

[答案]　

（1）　

（2）吸热　（3）830　50%

（4）＜

　对于例1中的反应：

（1）830℃时，容器中的反应已达到平衡。

在其他条件不变的情况下，若增大CO的浓度，平衡是否移动？

平衡常数是否变化？

（2）例1中第（4）问若CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol/L、2mol/L、3mol/L、3mol/L，则反应向什么方向进行？

答案：

（1）平衡向逆反应方向移动；平衡常数不变。

（2）Q＝＝＝2.25>0.9，故反应向逆反应方向进行。

（1）化学平衡常数K与Q的表达式相同，但各物质的浓度不同，K中各物质的浓度必须是平衡浓度，而Q中是任一时刻的浓度。

（2）化学平衡常数不表示反应的快慢，即K值大，化学反应速率不一定大。

（3）稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡常数表达式中。

　化学平衡常数的概念

1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法，正确的是（　　）

A．与该反应的压强有关

B．与反应的温度有关，还与反应本身有关

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，与其他条件无关

解析：

选B。

K与温度有关，也与化学方程式的书写有关，但与起始浓度无关。

2．可逆反应：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）在t℃下达到平衡，其平衡常数可表示为（　　）

A．K＝　　　　

B．K＝

C．K＝

D．K＝

解析：

选D。

C单质是固体，在平衡常数中不出现。

　化学平衡常数的应用

3．高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）。

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：

温度/℃

1000

1150

1300

平衡常数

4.0

3.7

3.5

该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。

解析：

因Fe和Fe2O3都为固体，不能写入平衡常数的表达式，所以K＝，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡向左移动，故ΔH<0。

答案：

　<

4．850℃时，可逆反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0，K＝1。

（1）若升高温度到950℃达到平衡，K________1（填“大于”“小于”或“等于”）。

（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO、3.0molH2O、1.0molCO2和xmolH2，则：

①当x＝5.0时，上述平衡向________（填“正反应”或“逆反应”）方向移动。

②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________。

解析：

（1）K是温度的函数，当升高温度时，可逆反应平衡向左移动，显然K值减小，即K<1。

（2）①Q＝＝＝>K＝1，说明v逆>v正，反应向逆反应方向进行。

②由题意得Q＝

答案：

（1）小于　

（2）①逆反应　②x<3.0

知识点二　平衡转化率及其计算

阅读教材P29～P31，思考并填空。

1．分析三个量

起始量、变化量、平衡量。

2．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）各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。

3．计算方法——三段式法

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－nxpxqx

一定温度下，反应HX（g）H2（g）＋X2（g）的平衡常数K＝0.1，若将1.0mol的HX通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX（g）的最大分解率是________。

解析：

　　　　HX（g）H2（g）＋X2（g）

起始（mol/L）100

变化（mol/L）2xxx

平衡（mol/L）1－2xxx

则K＝＝＝0.1，解得x＝。

则HX的最大分解率为×100%＝×100%≈17%。

答案：

17%

平衡转化率的计算

1．模式　　aA（g）　＋bB（g）　cC（g）　＋dD（g）

c（初）（mol/L）n1n200

Δc（mol/L）n1xn1xn1xn1x

c（平）（mol/L）n1（1－x）n2－n1xn1xn1x

反应物：

c（平）＝c（初）－Δc；

生成物：

c（平）＝c（初）＋Δc。

2．解题思路

3．基本计算关系

（1）各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

（2）反应物的转化率＝×100%＝×100%。

（3）生成物的产率＝×100%。

（4）平衡时各组分的体积分数＝该组分的物质的量分数＝×100%。

　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749K时，K＝，问：

（1）当CO和H2O的起始浓度均为2mol·L－1时，CO的转化率为多少？

（2）当CO的起始浓度仍为2mol·L－1，H2O的起始浓度为6mol·L－1时，CO的转化率为多少？

[解析]　

（1）设CO转化的物质的量浓度为xmol·L－1，　

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

　起始

（mol·L－1）2200

　转化

（mol·L－1）xxxx

　平衡

（mol·L－1）2－x2－xxx

K＝＝，解得：

x＝1.2，

CO的转化率：

×100%＝60%。

（2）设CO转化的物质的量浓度为ymol·L－1，　

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

　起始

（mol·L－1）2600

　转化

（mol·L－1）yyyy

　平衡

（mol·L－1）2－y6－yyy

K＝＝，解得：

y≈1.7，

CO的转化率：

×100%＝85%。

[答案]　

（1）60%　

（2）85%

（1）代入平衡常数K表达式的各浓度一定是某一温度下各反应物和生成物的平衡浓度。

（2）转化率计算的三个公式

①转化率＝×100%；

②转化率＝×100%；

③转化率＝×100%。

　平衡转化率及其计算

1．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2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%

解析：

选C。

达到平衡时，H2转化的物质的量为8mol×25%＝2mol。

在一定条件下，N2与H2发生反应：

　　　　N2＋3H2