高中化学选修四教学案233 化学平衡常数.docx

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高中化学选修四教学案233化学平衡常数

第3课时　化学平衡常数

●课标要求

1．知道化学平衡常数的涵义。

2．能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。

●课标解读

1.了解化学平衡常数的涵义。

2．了解影响化学平衡常数的因子。

3．掌握有关化学平衡常数的计算。

●教学地位

本课时介绍了化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

●新课导入建议

备受国内煤化工产业界关注的第一套15万吨/年低压联醇装置已顺利建成投产。

该套装置由于采用了具有自主知识产权的多项专利技术，具有运行稳定、化学平衡常数大等特点。

你知道化学平衡常数有什么作用吗？

【提示】　化学平衡常数是表征反应限度的一个确定的数学关系、定量关系，是反应限度的最根本的表现。

对判断化学平衡移动方向提供了科学的依据。

●教学流程设计

课前预习安排：

看教材P29页，完成【课前自主导学】，并完成【思考交流】；⇒步骤1：

导入新课、分析本课时的教材地位。

⇒步骤2：

建议对【思考交流】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。

⇒步骤3：

师生互动完成“探究1，化学平衡常数及应用”可利用【问题导思】所设置的问题，由浅入深地进行师生互动。

⇓

步骤7：

教师通过【例2】的讲解对探究2中的内容进行总结。

⇐步骤6：

师生互动完成“探究2，化学平衡的计算”，可利用【问题导思】所设置的问题，师生互动。

可使用【教师备课资源】为您提供的例题，拓展学生的思路。

⇐步骤5：

在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、4三题，验证学生对化学平衡常数的理解。

⇐步骤4：

教师通过【例1】和教材P29页的讲解，对“探究1”中的特点进行总结。

　　　　　⇓

步骤8：

在老师指导下由学生自主完成【变式训练2】和【当堂双基达标】中的3、5两题，验证学生对探究点的掌握情况。

⇒步骤9：

先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容，并课下完成【课后知能检测】。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解化学平衡常数的概念。

2.理解化学平衡常数对化学反应进行的程度判断。

3.掌握有关化学平衡常数等的计算。

1.知道影响化学平衡常数的因素—温度。

（重点）

2.注意化学平衡常数表达式书写的注意事项。

（重点）

3.运用“三段式”进行化学平衡常数、转化率等的计算。

（重难点）

1．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，通常用符号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）意义及影响因素

①K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。

②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

2．平衡转化率

某指定反应物的转化率＝

×100%＝

×100%。

其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。

1．对反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）在密闭容器中达平衡后，再充入一定量N2（体积不变），平衡正移，平衡常数变大，对吗？

2．升高温度、平衡常数就增大吗？

【提示】　1.不对，K只受温度影响。

2．不一定，若正反应为吸热反应，则K增大，反之减小。

化学平衡常数及其应用

【问题导思】　

对反应Fe2O3（s）＋3CO（g）高温,2Fe（s）＋3CO2（g）　ΔH>0。

①写出其平衡常数的表达式，并思考注意问题？

【提示】　K＝

②若增大CO的量，平衡常数变吗？

若升温呢？

【提示】　增大CO的量K不变；升温，K变大。

1．化学平衡常数

化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也无论反应物起始浓度的大小，最后都能达到平衡，此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，用K表示。

如对反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

K＝

式中c（A）、c（B）、c（C）、c（D）是各物质处于化学平衡时的浓度。

（1）对于在稀溶液中进行的反应，溶剂的浓度是一个常数，此常数可归并到平衡常数中，在K的表达式中不出现溶剂的浓度。

（2）当反应中有固体物质时，因固体的浓度可以看作是常数，因此在K的表达式中不出现固体的浓度。

（3）平衡常数的表达式与化学方程式的书写形式有关。

同一个化学反应，化学方程式书写不同，平衡常数不同。

在相同温度下，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。

2．化学平衡常数的意义

化学平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度。

K值越大，正反应进行程度越大，反应物转化率越高越小，正反应进行程度越小，反应物转化率越低

3．化学平衡常数的应用

（1）判断可逆反应是否达到平衡及不平衡时反应进行的方向

如对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）在一定温度时的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：

Qc＝

当Qc

Qc＝K时，反应处于平衡状态；

Qc>K时，反应向逆反应方向进行。

（2）利用K可判断反应的热效应

如：

对于可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

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。

1．化学平衡表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度。

2．化学反应速率快，化学平衡常数不一定大。

3．K的单位一般不作要求。

　（Ⅰ）已知在448℃时，反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI（g）H2（g）＋I2（g）的平衡常数K2为________；反应

H2（g）＋

I2（g）HI（g）的平衡常数K3为____________。

（Ⅱ）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）的关系如下表所示：

t/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

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________（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。

A．容器中压强不变　　　B．混合气体中c（CO）不变

C．v正（H2）＝v逆（H2O）D．c（CO2）＝c（CO）

（4）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________℃。

（5）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－1，c（H2）为1.5mol·L－1，c（CO）为1mol·L－1，c（H2O）为3mol·L－1，则下一时刻，反应向________（填“正向”或“逆向”）进行。

【解析】　（Ⅰ）第2个反应与第1个反应互为正逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也会发生变化，得K3＝

。

（Ⅱ）通过表中K和t的关系可知，温度越高，K值越大，反应向正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热方向。

当c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O）时，K＝1，此时温度由表中数据可知为830℃。

判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系判断，此时刻下，Q＝

＝

＝1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。

【答案】　（Ⅰ）

　7

（Ⅱ）

（1）

（2）吸热　（3）BC

（4）830　（5）逆向

平衡常数K的考查点

（1）K表达式的书写。

①找准反应物、生成物及其化学计量数；②同时注意状态，固体或纯液体不能出现在表达式中；③同一反应，不同方程式，K值不同。

正逆反应的K互为倒数。

（2）K的意义：

K值越大，说明正反应进行程度越大。

（3）根据K求转化率，K表达式中的浓度一定是平衡时的浓度。

1．（2012·常德实验中学高二月考）高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝

。

恒容时，温度升高，H2的浓度减小。

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的浓度一定减小

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＋H2

【解析】　由平衡常数K＝

，可知反应为：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH＞0，A正确。

恒容时增大压强，H2的浓度不变，升高温度，v正和v逆都增大。

故正确答案为A。

【答案】　A

【教师备课资源】

　若：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的平衡常数为K，

N2（g）＋

H2（g）NH3（g）的平衡常数为K2，NH3（g）

N2（g）＋

H2（g）的平衡常数为K3；指出K1、K2、K3之间的关系。

【答案】　K1和K2的关系式：

K1＝（K2）2。

K2和K3的关系式：

K2·K3＝1。

K1和K3的关系式：

K1·（K3）2＝1。

有关化学平衡的计算

【问题导思】　

对于反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）。

①若改变条件平衡正移，各物质平衡时的浓度如何求算？

【提示】　c（A）平＝c（A）始－c（A）变，B同样。

c（C）平＝c（C）始＋c（C）变，D一样。

②如何利用“三段式”进行相关计算？

【提示】　见要点阐述

化学平衡的计算模式及解题思路

1．化学平衡计算的基本模式——“三段式法”

　mA　＋　nBpC　＋　qD

起始：

　a　　　　b　　　0　　　0

转化：

mxnxpxqx

平衡：

a－mxb－nxpxqx

（1）转化量与化学方程式中各物质系数成比例。

（2）这里a、b可指物质的量、浓度、体积等。

2．解题思路

（1）巧设未知数

具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。

（2）确定三个量

根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按

（1）中“模式”列表。

（3）解题设问题

明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，求出题目答案。

3．反应物的转化率

转化率＝

×100%。

　某温度下H2（g）＋I2（g）2HI（g）的平衡常数是50，在这个温度下使H2与I2（g）发生反应，反应开始时，碘蒸气的浓度是1mol/L，当达到平衡时，c（HI）＝0.9mol/L，求H2的转化率。

【解析】　设H2的起始浓度为xmol/L，H2的平衡浓度为ymol/L。

　　　　　　　　H2（g）　＋　I2（g）2HI（g）

起始浓度（mol/L）　　　x　　　　　1　　　　0

转化浓度（mol/L）0.450.450.9

平衡浓度（mol/L）y0.550.9

K＝

＝

＝50。

解得y≈0.03。

x＝0.03＋0.45＝0.48，

则H2的转化率＝

×100%≈93.8%。

【答案】　93.8%

改变反应物用量对转化率（用α表示）的影响

（1）反应物不止一种时，如：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

①只增大一种反应物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。

如增大c（A），则平衡正向移动，α（A）减小，α（B）增大。

②若同等比例同倍数增大c（A）、c（B），则平衡正向移动，其影响结果相当于增大压强。

当m＋n＝p＋q时，α（A），α（B）不变

当m＋n>p＋q时，α（A），α（B）增大

当m＋n

（2）反应物只有一种时，如aA（g）bB（g）＋cC（g），增大c（A）则平衡正向移动，其影响结果相当于增大压强

若a＝b＋c，α（A）不变

若a>b＋c，α（A）增大

若a

2．300℃时，将2molA和2molB两种气体混合于2L密闭容器中，发生如下反应：

3A（g）＋B（g）2C（g）＋2D（g）　ΔH＝Q,2min末达到平衡，生成0.8molD。

（1）300℃时，该反应的平衡常数表达式为：

K＝________________________________________________________________________。

已知K300℃”或“<”）。

（2）在2min末时，B的平衡浓度为________，D的平均反应速率为________。

（3）若温度不变，缩小容器容积，则A的转化率______（填“增大”“减小”或“不变”），原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）如果在相同的条件下，上述反应从逆反应方向进行，开始时加入C、D各

mol。

若使平衡时各物质的物质的量浓度与原平衡相同，则还应该加入B______mol。

【解析】　

（1）温度越高，K越大，则说明升温平衡正向移动，即正反应为吸热反应，ΔH>0。

（2）生成0.8molD，则反应掉0.4molB，剩余1.6molB，c（B）＝1.6mol/2L＝0.8mol/L。

v（B）＝

＝0.1mol/（L·min），由化学计量数知，D的反应速率应为B的2倍，故v（D）＝2v（B）＝2×0.1mol/（L·min）＝0.2mol/（L·min）。

（3）该反应为等体积变化，加压平衡不移动，故A的转化率不变。

（4）将C、D的量折算成A、B的量，则相当于加入2molA和

molB，容器体积固定，若浓度相同，则说明起始时物质的量相等，故B还应加入2mol－

mol＝

mol。

【答案】　

（1）

　>

（2）0.8mol/L　0.2mol/（L·min）

（3）不变　反应前后气体体积不变，压强对平衡无影响

（4）

【教师备课资源】

　往一真空密闭容器中通入一定量的气体A，在一定条件下，发生如下反应：

2A（g）B（g）＋xC（g）反应达平衡时，测得容器内压强增大了p%，若此时A的转化率为a%，下列关系正确的是（　　）

①若x＝1，则p>a　②若x＝2，则pa

A．②③B．①④

C．②③④D．②④

【解析】　由于容器内压强增大，故1＋x>2，x>1；设A的物质的量为1mol，则当x＝2时，

　　　　　2A（g）B（g）＋2C（g）

起始量（mol）　　1　　　0　　　0

转化量（mol）a%

a%a%

平衡量（mol）1－a%

a%a%

n总＝1＋

a%

∴

＝

＝

。

故a%＝2p%，a＝2p。

同理，当x＝3时，n总＝1＋a%，此时a%＝p%，a＝p；

当x＝4时，n总＝1＋

a%，此时3a%＝2p%，a

【答案】　A

1．下列说法正确的是（　　）

A．从K的大小可以判断化学反应速率的大小，K值越大则化学反应速率越大

B．对任一给定的可逆反应，温度升高，K值增大

C．对于可逆反应，K值越大，则反应物的转化率越大

D．加入催化剂或增大反应物的浓度，K值增大

【解析】　平衡常数大小反映了化学反应可能进行的程度（即反应限度），平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全，即反应物的转化率越大。

【答案】　C

2．关于反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）的平衡常数的书写形式，正确的是（　　）

A．K＝

　　B．K＝

C．K＝

D．K＝

【解析】　碳为固体，浓度可认为是常数，不书写在平衡常数表达式中。

【答案】　C

3．在一定温度下的密闭容器中，加入1molCO和1molH2O发生反应：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），达到平衡时测得n（H2）为0.5mol，下列说法不正确的是（　　）

A．在该温度下平衡常数K＝1

B．平衡常数与反应温度无关

C．CO的转化率为50%

D．其他条件不变，改变压强平衡不移动

【解析】　　　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始（mol）　　1　　　1　　　0　　　　0

转化（mol）0.50.50.50.5

平衡（mol）0.50.50.50.5

由反应方程式及以上数据判断可得，A、C、D项均正确。

平衡常数与反应温度有关，B项错。

【答案】　B

4．人体血液内的血红蛋白（Hb）易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。

CO吸入肺中发生反应：

CO＋HbO2O2＋HbCO,37℃时，该反应的平衡常数K＝220。

HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.20倍，会使人智力受损。

据此，下列结论错误的是（　　）

A．CO与HbO2反应的平衡常数

K＝

B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少

C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损

D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动

【解析】　由平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K＝

；由平衡移动原理可知吸入CO越多，平衡向右移动，与血红蛋白结合的O2越少，把病人放入高压氧仓中，则平衡向左移动，释放出CO，故可解毒，A、B、D均正确。

C项，由平衡常数表达式可知，人智力受损时：

220＝

×0.20，即

＝

≈0.00091，故C项错误。

【答案】　C

5．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

请回答下列问题：

该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________________________________________________________________________0

（填“>”、“<”或“＝”）

【解析】　因Fe和Fe2O3均为固体，无法表示其浓度，故K＝

，温度升高，K减小，说明平衡向左移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，ΔH<0。

【答案】　

　<