1、第第 2 2 课时课时 化学平衡常数化学平衡常数 核心素养发展目标 1.证据推理：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.模型认知：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化学平衡状态时浓度数据分析 分析课本表 21 457.6 时反应体系 H2(g)I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据，我们可 以发现以下规律： (1)无论该反应从正向进行还是从逆向进行， 平衡时， 只要温度一定， c2HI cH2 cI2的值近似相等。 (2)无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一
2、定， c2HI cH2 cI2的值也近似相等。 2化学平衡常数的概念 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。 3浓度商与化学平衡常数的表达式 (1)浓度商： 对于一般的可逆反应， mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)， 在任意时刻的c pC cqD cmA cnB 称为浓度商，常用 Q 表示，即 Qc pC cqD cmA cnB。 (2)化学平衡常数表达式：当在一定温度下达到化学平衡时，Kc pC cqD cmA cnB。 (3)Q 与 K 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
3、达到化学平衡状态。 4化学平衡常数的意义 平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。 K 值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当 K105时，该反应就进行的基 本完全了。K 值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当 K10 5时，该 反应很难发生。 5化学平衡常数的影响因素 (1)内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K 只受温度影响。 (1)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变( ) (2)K 值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( ) (3)K 值越大，该可逆反应的速率越快(
4、) (4)化学平衡常数等于某一时刻的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值( ) (5)对于一个达到平衡的可逆反应，升高温度，化学平衡常数一定增大( ) (6)化学方程式中的固态或纯液态物质不能代入平衡常数表达式( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 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 2NO2N2O4 KcN2O4 c2NO2 NO2 1 2N2O4 K 1 2 24 2 (N O ) (NO ) c c 2Fe3 Fe 3Fe2 Kc 3Fe2 c2Fe3 Br2H2OH BrHBrO KcH cBr cHBrO cBr2 2.已知：N2
5、(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为 K1，1 2N2(g) 3 2H2(g) NH3(g)的平衡常数 为 K2，NH3(g) 1 2N2(g) 3 2H2(g)的平衡常数为 K3。 写出 K1和 K2的关系式：K1K 2 2； 写出 K2和 K3的关系式：K2 K31； 写出 K1和 K3的关系式：K1 K 2 31。 3已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下 C(s)CO2(g)2CO(g) H1 K1 CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g) H2 K2 C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) H3 K3 则 H1、 H2、 H3三者关系为 H3_， K1、K2、
6、K3三者关系为 K3_。 答案 H1H2 K1 K2 解析 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书写注意事项 化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度， 且不出现固体或纯液体的浓度。 化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或 缩小，化学平衡常数都会相应改变。 2若两反应的平衡常数分别为 K1、K2 若两反应相加，则总反应的平衡常数 KK1 K2。 若两反应相减，则总反应的平衡常数 K K1 K2 二、化学平衡的有关计算 “三段式”
7、法进行化学平衡的有关计算 可按下列步骤建立模式， 确定关系式进行计算。 如可逆反应： mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)， 在体积为 V 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)模式 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 amx bnx px qx 对于反应物：n(平)n(始)n(转) 对于生成物：n(平)n(始)n(转) 则有平衡常数 K px V p qx V q amx V m bnx
8、 V n。 平衡时 A 的物质的量浓度：c(A)amx V mol L 1。 平衡时 A 的转化率：mx a 100%，A、B 的转化率之比为 (A)(B)mx a nx b 。 平衡时 A 的体积分数：(A) amx abpqmnx100%。 平衡时和开始时的压强比：p平 p始 abpqmnx ab 。 混合气体的密度：(混)a MAb MB V g L 1。 平衡时混合气体的平均摩尔质量： M a MAb MB abpqmnx g mol 1。 生成物产率该物质实际产量 该物质理论产量100%。 (2)基本步骤 确定反应物和生成物的初始加入量； 确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为
9、 x)； 确定平衡量。 1反应 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol L 1 的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中， 当达到平衡状态时， 测得容器中SO2(g)的转化率为50%， 则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为_。 (2)在上述温度下， 若 SO2(g)的初始浓度增大到 3 mol L 1， NO 2(g)的初始浓度仍为 2 mol L 1， 达到化学平衡状态时，计算下列各物质的浓度及 SO2和 NO2的平衡转化率。 c( SO3) _ mol L 1，c(SO 2)_ mol L 1。 SO2转化率为_， NO2转化率
10、为_。 答案 (1)1 (2)1.2 1.8 40% 60% 解析 (1)设平衡时 SO2的浓度为 x mol L 1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g) 初始浓度/mol L 1 2 2 0 0 平衡浓度/mol L 1 x x 2x 2x 由题意可知2x 2 100%50%，x1， K1 mol L 11 mol L1 1 mol L 11 mol L11。 (2)设达平衡时 NO 的浓度为 y mol L 1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g) 初始浓度/mol L 1 3 2 0 0 平衡浓度/mol L 1 3y 2y y y 因为温度不变，平衡常数不变，K1
11、 则 y2 3y2y1，y1.2 平衡浓度：c(SO3)1.2 mol L 1，c(SO 2)3 mol L 11.2 mol L11.8 mol L1。 SO2的转化率 (SO2)1.2 mol L 1 3 mol L 1100%40%； NO2的转化率 (NO2)1.2 mol L 1 2 mol L 1100%60%。 2(2019 湛江高二检测)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌 的危害。在恒容密闭容器中，将 CO 和 H2S 混合加热并达到下列平衡： CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) K0.1 反应前 CO 物质的量为 10 mol，平衡后
12、CO 物质的量为 8 mol。 (1)反应前 H2S 的物质的量是_。 (2)CO 的平衡转化率是_。 答案 (1)7 mol (2)20% 解析 (1)利用三段式法计算： CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) 起始/mol 10 n 0 0 转化/mol 2 2 2 2 平衡/mol 8 n2 2 2 KcCOS cH2 cCO cH2S 22 8n20.1，解得 n7。 (2)CO 的转化率 2 mol 10 mol100%20%。 3 650 时， 一定量的 CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应： C(s)CO2(g) 2CO(g)。平衡时，CO 的体积分数为 40%，
13、总压强为 p总。 (1)平衡时 CO2的转化率为_。 (2)已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。 用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp_。 答案 (1)25% (2)0.27p总 解析 (1)设开始加入 1 mol CO2，反应掉了 x mol CO2，则有 C(s)CO2(g)2CO(g) 始态/mol 1 0 变化/mol x 2x 平衡/mol 1x 2x 因此有 2x 1x2x100%40.0%，解得 x0.25，CO2 的转化率为0.25 mol 1 mol 100%25%。 (2)平衡时 CO 的体积分数为 40%，则 CO2的体积分数为 60% 故 Kpp
14、2CO pCO2 40%p总2 60%p总 0.27p总。 (1)理解 Kp含义 在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。 (2)运用计算技巧 随堂演练 知识落实 1下列关于化学平衡常数的叙述正确的是( ) A化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变 C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 D温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 答案 D 2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( ) AK
15、越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大 BK 越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 CK 随反应物浓度的改变而改变 DK 随温度和压强的改变而改变 答案 A 解析 K 越大，表示反应达到平衡时，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，反 之，反应物的转化率越小，K 只与温度有关，与浓度、压强无关。 32 000 K 时，反应 CO(g)1 2O2(g) CO2(g)的平衡常数为 K，则相同温度下反应 2CO2(g)2CO(g)O2(g)的平衡常数 K为( ) A.1 K BK 2 C.1 K2 D. 1 2 1 K 答案 C 解析 平衡常数与化学方程式的写法有关， 对于题干中的两个反应，
16、 K 2 1 2 2 CO CO(O) () ( c cc ， Kc 2CO cO 2 c2CO2 ，所以 K 1 K2。 4在一定温度下的密闭容器中，加入 1 mol CO 和 1 mol H2O 发生反应：CO(g) H2O(g)CO2(g)H2(g)，达到平衡时测得 n(H2)0.5 mol，下列说法不正确的是( ) A在该温度下，反应的平衡常数 K1 B平衡常数与反应温度无关 CCO 的平衡转化率为 50% D平衡时 n(H2O)0.5 mol 答案 B 解析 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) 起始/mol 1 1 0 0 转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 平衡
17、/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 由化学方程式及以上数据判断可得 A、C、D 项正确；平衡常数与反应温度有关，B 项错误。 5 H2S 与 CO2在高温下发生反应： H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。 在 610 K 时， 将 0.10 mol CO2与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。 (1)平衡时 CO2的浓度为_。 (2)H2S 的平衡转化率 1_%，反应平衡常数 K_。 答案 (1)0.036 mol L 1 (2)2.5 0.002 85 解析 对于反应 H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g) 初始/mol 0.40 0.10 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40 x 0.10 x x x 反应平衡后水的物质的量分数为 0.02，则 x 0.500.02，x0.01。 H2S 的平衡转化率 10.01 mol 0.40 mol100%2.5%。 钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)0.156 mol L 1，c(CO 2)0.036 mol L 1，c(COS)c(H 2O)0.004 mol L 1，则 K0.0040.004 0.1560.0360.002 85。