江苏省邳州市第二中学高中化学《2.3.3 化学平衡常数》课件 新人教版选修4

第第3课时化学平衡常数课时化学平衡常数课堂互动讲练课堂互动讲练探究整合应用探究整合应用知能优化训练知能优化训练基础自主学案基础自主学案第第3 3课课时时化化学学平平衡衡常常数数基础自主学案基础自主学案一、含义一、含义在一定温度下，当一个可逆反应达到在一定温度下，当一个可逆反应达到_状态状态时，生成物时，生成物_与反应物与反应物_的比的比值是一个常数值是一个常数(简称简称_)，用符号，用符号“_”表示。表示。化学平衡化学平衡浓度幂之积浓度幂之积浓度幂之积浓度幂之积平衡常数平衡常数K二、表达式二、表达式对于一般的可逆反应：对于一般的可逆反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，当在一定温度下达到化学平衡状态时，平，当在一定温度下达到化学平衡状态时，平衡常数的表达式为：衡常数的表达式为：K_。思考感悟思考感悟1怎样理解怎样理解“化学平衡常数与反应物、生成物的化学平衡常数与反应物、生成物的浓度无关浓度无关”？越大越大越小越小温度温度浓度浓度思考感悟思考感悟2升高温度，升高温度，K值一定增大吗？值一定增大吗？【提示提示】不一定，不一定，K只受温度影响，当温度不变时，只受温度影响，当温度不变时，K值不变；温度升高时，对值不变；温度升高时，对H0的反应，的反应，K值增大。如果由于浓度、压强的改值增大。如果由于浓度、压强的改变而引起化学平衡的移动，但温度恒定，则变而引起化学平衡的移动，但温度恒定，则K值一定值一定不变。不变。1写出下列各反应的平衡常数表达式。写出下列各反应的平衡常数表达式。(1)2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)(2)CaCO3(s) CO2(g)CaO(s)(3)FeCl3(aq)3KSCN(aq) Fe(SCN)3(aq)3KCl(aq)解析：解析：反应物或生成物中有固体或纯液体时，其反应物或生成物中有固体或纯液体时，其浓度可看作浓度可看作“1”，不代入公式，只代入气体或溶，不代入公式，只代入气体或溶液中溶质的浓度。液中溶质的浓度。2对于反应对于反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)随随温度的升高其反应的平衡常数有以下变化，则温度的升高其反应的平衡常数有以下变化，则和和两种情况两种情况_是吸热，是吸热，_是放热是放热(填填“”或或“”)。解析：解析：中曲线走势表明：随着温度的升高，平衡中曲线走势表明：随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应进行的程度越大，即反常数逐渐增大，说明正反应进行的程度越大，即反应向正方向移动，正反应是吸热反应，同理可得应向正方向移动，正反应是吸热反应，同理可得为放热。为放热。答案：答案：课堂互动讲练课堂互动讲练化学平衡常数使用注意事项及应用化学平衡常数使用注意事项及应用1使用化学平衡常数应注意的问题使用化学平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度变化无关。成物的浓度变化无关。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作由于其浓度可看作“1”而不代入公式。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。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或若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。缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。(2)利用利用K可判断反应的热效应可判断反应的热效应若升高温度，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。值减小，则正反应为放热反应。(3)计算转化率计算转化率依据起始浓度依据起始浓度(或平衡浓度或平衡浓度)和平衡常数可以计和平衡常数可以计算平衡浓度算平衡浓度(或起始浓度或起始浓度)，从而计算反应物的，从而计算反应物的转化率。转化率。(4)判断平衡移动方向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、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。压强对化学平衡移动的影响。特别提醒：特别提醒：(1)化学平衡常数表达式中各物质的化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度值。刻的浓度值。(2)化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率快，应速率快，K值不一定大。值不一定大。(3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变化学平衡常数。变化学平衡常数。()在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：应：CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)，其化学，其化学平衡常数平衡常数K和温度和温度t的关系如下表所示：的关系如下表所示：t/70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为该反应为_反应反应(填填“吸热吸热”或或“放热放热”)。(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。A容器中压强不变容器中压强不变B混合气体中混合气体中c(CO)不变不变Cv(H2)正正v(H2O)逆逆Dc(CO2)c(CO)(4)某温度下，平衡浓度符合下式：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，试判断此时的温度为_。(5)在在800 时，发生上述反应，某一时刻测得容器内时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为各物质的浓度分别为c(CO2)为为2 mol/L，c(H2)为为1.5 mol/L，c(CO)为为1 mol/L，c(H2O)为为3 mol/L，则下一，则下一时刻，反应向时刻，反应向_(填填“正向正向”或或“逆向逆向”)进行。进行。【思路点拨思路点拨】解答本题要注意以下两点：解答本题要注意以下两点：(1)根据反应方向以及方程式中化学计量数的变根据反应方向以及方程式中化学计量数的变化确定平衡常数的变化。化确定平衡常数的变化。(2)根据根据K随温度的变化判断反应特点，根据随温度的变化判断反应特点，根据Qc与与K的大小判断反应方向。的大小判断反应方向。解析：解析：选选AD。本题考查了化学平衡中的平衡移动、。本题考查了化学平衡中的平衡移动、转化率及化学平衡常数。高温时，平衡左移，转化率及化学平衡常数。高温时，平衡左移，WI2分解，温度越高，分解越充分，故分解，温度越高，分解越充分，故A正确正确B错误；错误；选项选项C给出的平衡常数表达式中不应出现给出的平衡常数表达式中不应出现W，因其，因其是固体，且方向也错，是固体，且方向也错，C错误。错误。等效平衡规律及应用等效平衡规律及应用1等效规律等效规律在一定条件下在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压恒温恒容或恒温恒压)，对同一可，对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，达逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，达到平衡时的状态规律如下表：到平衡时的状态规律如下表：条件条件等效条件等效条件结果结果恒温恒容恒温恒容n(g)0投料换算成相同物投料换算成相同物质表示时量相同质表示时量相同两次平衡时各组分两次平衡时各组分百分量、百分量、n、c均相均相同同恒温恒容恒温恒容n(g)0投料换算成相同物投料换算成相同物质表示时等比例质表示时等比例两次平衡时各组分两次平衡时各组分百分量相同，百分量相同，n、c同比例变化同比例变化恒温恒压恒温恒压投料换算成相同物投料换算成相同物质表示时等比例质表示时等比例两次平衡时各组分两次平衡时各组分百分量、百分量、c相同，相同，n同比例变化同比例变化2等效平衡原理的应用等效平衡原理的应用(1)判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。相同的平衡状态。(2)求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。间的关系式。(3)求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。量数。特别提醒：特别提醒：两种情况下所达到的等效平衡及其等两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别：效程度的区别：(1)恒温恒容下所达到的等效平衡状态，反应混合恒温恒容下所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的浓度、物质的量、质量分数物中各组分的浓度、物质的量、质量分数(或气体或气体的体积分数的体积分数)均相同，类似于几何学上的全等图形。均相同，类似于几何学上的全等图形。(2)恒温恒压下所达到的等效平衡状态，反应混合恒温恒压下所达到的等效平衡状态，反应混合物中各成分的百分含量相同，各成分的物质的量物中各成分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。 (2011年上海调研年上海调研)将将3 mol A和和1 mol B混合混合于一体积可变的密闭容器于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生如下反应：强和体积作为起始条件，发生如下反应：3A(g)B(g) 2C(g)D(g)，达到平衡时，达到平衡时C的浓度为的浓度为w mol/L。回答下面问题：。回答下面问题：(1)保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器器P中有关物质，平衡后中有关物质，平衡后C的浓度仍为的浓度仍为w mol/L的的是是_。A6 mol A2 mol BB3 mol A1 mol B2 mol CC2 mol C1 mol B1 mol DD1 mol C2 mol D(2)保持原起始温度和体积不变，要使平衡后保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓的浓度仍为度仍为w mol/L，应按下列哪种配比向容器，应按下列哪种配比向容器Q中充中充入有关物质入有关物质_。A3 mol A1 mol BB4 mol C2 mol DC1.5 mol A0.5 mol B1 mol C0.5 mol DD无法判断无法判断(3)保持原起始温度和体积不变，若仍按保持原起始温度和体积不变，若仍按3 mol A和和1 mol B 配比在容器配比在容器Q中发生反应，则平衡时中发生反应，则平衡时C的浓度的浓度和和w mol/L的关系是的关系是_。A大于大于w mol/L B小于小于w mol/LC等于等于w mol/L D无法比较无法比较(4)将将2 mol C和和2 mol D按起始温度和压强充入容按起始温度和压强充入容器器Q中，保持温度和体积不变，平衡时中，保持温度和体积不变，平衡时C的浓度的浓度为为v mol/L，则，则v和和w的关系是的关系是_。Avw BvwCvw D无法比较无法比较(5)维持原起始温度和体积不变，按下列哪种配维持原起始温度和体积不变，按下列哪种配比充入容器比充入容器Q可使平衡时可使平衡时C的浓度为的浓度为v mol/L_。A1 mol C0.5 mol DB3 mol A2 mol BC3 mol A1 mol B1 mol DD以上均不能满足条件以上均不能满足条件【解析解析】(1)在恒温恒压下，只要在恒温恒压下，只要n(A)n(B)31或或n(C)n(D)21，达到平衡时就均为同一，达到平衡时就均为同一平衡状态，即满足等效平衡的条件。答案为平衡状态，即满足等效平衡的条件。答案为A。(2)因容器因容器P的体积可变，且正反应是体积缩小的反应，的体积可变，且正反应是体积缩小的反应，故相当于加压。而现在容器故相当于加压。而现在容器Q体积不变，条件不同体积不变，条件不同了，不属于等效平衡，无法判断。答案为了，不属于等效平衡，无法判断。答案为D。(3)本本题所述条件相当于减压，平衡向逆反应方向移动，题所述条件相当于减压，平衡向逆反应方向移动，C的浓度降低。答案为的浓度降低。答案为B。(4)温度、体积不变时，温度、体积不变时，2 mol C和和1 mol D 反应与反应与3 mol A和和1 mol B相当，属等相当，属等效平衡。再加效平衡。再加1 mol D时平衡将向左移动，时平衡将向左移动，vw。答。答案为案为B。(5)恒温恒容下，恒温恒容下，n(A)3 mol和和n(B)1 mol时与时与n(C)2 mol和和n(D)1 mol时属于等效平衡，答时属于等效平衡，答案为案为C。【答案答案】(1)A(2)D(3)B(4)B(5)C【规律方法规律方法】分析等效平衡的关键是分清全等平分析等效平衡的关键是分清全等平衡和等比平衡。分析化学平衡有关问题时常用以下衡和等比平衡。分析化学平衡有关问题时常用以下两种方法：两种方法：(1)“极限思维法极限思维法”任何可逆反应均可以看成完全不反应和完全反应的任何可逆反应均可以看成完全不反应和完全反应的中间状态。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取中间状态。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取值范围时，常采用极限思维法，让正反应值范围时，常采用极限思维法，让正反应(或逆反应或逆反应)完全进行，可以求得其取值范围或取值。完全进行，可以求得其取值范围或取值。(2)“虚拟法虚拟法”任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同的状态开始，只要达到平衡时的条件的状态开始，只要达到平衡时的条件(温度、压温度、压强、浓度强、浓度)完全相同，则可以形成等效平衡。我完全相同，则可以形成等效平衡。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题，可以题，可以“虚拟虚拟”一个中间过程，如一个容器、一个中间过程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。一个隔板等，然后再进行比较。互动探究互动探究反应反应3A(g)B(g) 2C(g)D(g)达到平衡。达到平衡。在保持温度、体积不变条件下，再加入在保持温度、体积不变条件下，再加入3 mol A、1 mol B，达到平衡时，达到平衡时C的浓度与的浓度与w什么关系。什么关系。变式训练变式训练2(2011年广东汕头调研年广东汕头调研)在相同温度在相同温度和压强下，对反应和压强下，对反应CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：起始时放入容器内各组分的物质的量见下表： 上述四种情况达到平衡后，上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序的大小顺序是是()A乙丁丙甲乙丁丙甲B乙丁甲丙乙丁甲丙C丁乙丙甲丁乙丙甲 D丁丙乙甲丁丙乙甲解析：解析：选选A。本题主要考查外界条件对化学平衡的。本题主要考查外界条件对化学平衡的影响及等效平衡问题。解题时应注意该反应及反应影响及等效平衡问题。解题时应注意该反应及反应的特点，即反应前后气体体积不变，同时要明确等的特点，即反应前后气体体积不变，同时要明确等效平衡的条件。把丙中效平衡的条件。把丙中a mol CO和和a mol H2O按化学按化学计量数转成计量数转成CO2和和H2，也分别为，也分别为a mol，则甲与丙是，则甲与丙是等量等效，则达平衡时，等量等效，则达平衡时，n(CO)应相等；应相等；把丁中把丁中a mol CO和和a mol H2O按化学计量数转成按化学计量数转成CO2和和H2，则起始时丁中，则起始时丁中CO2为为2a mol，H2为为a mol，则与乙等量等效，达到平衡时，则与乙等量等效，达到平衡时n(CO)相等。相等。乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入了乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入了a mol的的CO2，导致平衡正向移动，则平衡时，导致平衡正向移动，则平衡时n(CO)乙乙n(CO)甲甲，故选，故选A。探究整合应用探究整合应用有关化学平衡常数的计算有关化学平衡常数的计算在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，也无论反应起始时反应物浓度的大小，逆反应开始，也无论反应起始时反应物浓度的大小，最后都能达到平衡状态。这时生成物浓度幂最后都能达到平衡状态。这时生成物浓度幂(以其化以其化学计量数为幂学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值是一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个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称简称平衡常数平衡常数)，用符号，用符号K表示。表示。 在煤化工中常需研究不同温度下反应的平在煤化工中常需研究不同温度下反应的平衡常数，投料比及反应热等问题。衡常数，投料比及反应热等问题。已知：可逆反应已知：可逆反应CO(g)H2O(g) H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示：的平衡常数随温度的变化如下表所示：温度温度/400500800平衡常数平衡常数/K9.9491试回答下列问题。试回答下列问题。(1)上述正反应是上述正反应是_(填填“放热放热”或或“吸热吸热”)反反应。应。(2)已知在一定温度下发生如下反应：已知在一定温度下发生如下反应：C(s)CO2(g) 2CO(g)，平衡常数为，平衡常数为K；C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)，平衡常数为，平衡常数为K1；CO(g)H2O(g) H2(g)CO2(g)，平衡常数为，平衡常数为K2.则则K、K1、K2之间的关系是之间的关系是_。(3)在在500 时，若起始时时，若起始时CO、H2O的浓度均为的浓度均为0.02 molL1，在该条件下达到平衡时，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为的转化率为_。(4)在在800 时，若起始时时，若起始时CO和和H2O(g)共为共为5 mol，水蒸气的体积分数为水蒸气的体积分数为x，平衡时，平衡时CO的转化率为的转化率为y，则，则y随随x变化的函数关系式为变化的函数关系式为_。(5)向向V L密闭容器中通入密闭容器中通入10 mol CO和和10 mol水蒸气，水蒸气，在在T 时达到平衡，然后迅速除去水蒸气时达到平衡，然后迅速除去水蒸气(除去水蒸除去水蒸气时其他物质的物质的量不变气时其他物质的物质的量不变)，将混合气体点燃，将混合气体点燃，测得放出的热量为测得放出的热量为2842 kJ(已知已知CO的燃烧热为的燃烧热为283 kJmol1，H2的燃烧热为的燃烧热为286 kJ mol1)，则，则T 时时的平衡常数的平衡常数K_。(5)设有设有x mol CO发生反应，则发生反应，则(10 x)283286x2842，解得：，解得：x4。所以平衡时。所以平衡时CO、H2O、H2、CO2的浓度依次为的浓度依次为6/V molL1、6/V molL1、4/V molL1、4/V molL1，K4/90.44。【答案答案】(1)放热放热(2)KK1/K2(3)75%(4)yx(5)0.44