1、第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第2课时 化学平衡常数 学习目标学习目标 1认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。 2了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的关系。 核心素养核心素养 能通过定性分析和定量计算，理解化学平衡常数模型的构建，能进行有关 化学平衡常数的相关计算和判断，运用模型解释或解决复杂的化学问题。 表中所列为测量反应H2(g)I2(g)2HI(g)在457.6 时各物质的初始浓度和平衡浓 度所获得的数据。 初始浓度/(mol L 1) 平衡浓度/(mol L 1) c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c
2、(HI) 1.19710 2 6.944103 0 5.61710 3 5.936104 1.270102 1.22810 2 9.964103 0 3.84110 3 1.524103 1.687102 1.20110 2 8.403103 0 4.58010 3 9.733104 1.486102 0 0 1.52010 2 1.696103 1.696103 1.181102 0 0 1.28710 2 1.433103 1.433103 1.000102 0 0 3.77710 2 4.213103 4.213103 2.934102 思考讨论思考讨论 1根据表中的实验数据计算平衡时
3、c2(HI) c(H2) c(I2) 的值，将计算结果填入表中(计算结果 均保留 2 位小数)，并计算其平均值。 初始浓度/(mol L 1) 平衡浓度/(mol L 1) 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) c2(HI) c(H2) c(I2) 1.19710 2 6.94410 3 0 5.61710 3 5.936104 1.270102 1.22810 2 9.96410 3 0 3.84110 3 1.524103 1.687102 1.20110 2 8.40310 3 0 4.58010 3 9.733104 1.486102 0 0
4、1.52010 2 1.696103 1.696103 1.181102 0 0 1.28710 2 1.433103 1.433103 1.000102 0 0 3.77710 2 4.213103 4.213103 2.934102 c2(HI) c(H2) c(I2) 平均值 初始浓度/(mol L 1) 平衡浓度/(mol L 1) 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) c2(HI) c(H2) c(I2) 1.19710 2 6.944103 0 5.61710 3 5.936104 1.270102 48.37 1.22810 2 9.96
5、4103 0 3.84110 3 1.524103 1.687102 48.62 1.20110 2 8.403103 0 4.58010 3 9.733104 1.486102 49.54 0 0 1.52010 2 1.696103 1.696103 1.181102 48.49 0 0 1.28710 2 1.433103 1.433103 1.000102 48.70 0 0 3.77710 2 4.213103 4.213103 2.934102 48.50 c2(HI) c(H2) c(I2) 平均值 48.70 2 在温度一定的条件下(457.6 )， 改变反应体系中各反应物的浓
6、度， 对于 c2(HI) c(H2) c(I2) 的值有何影响？ c2(HI) c(H2) c(I2) 称为什么？ 提示：无影响，化学平衡常数。 3 已知反应： H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数是 K， 则反应 2HI(g)H2(g)I2(g) 的平衡常数是什么？反应1 2 H2(g) 1 2 I2(g) HI(g)的平衡常数是什么？ 提示： 1 K ，K 1 2 。 一一、浓度商浓度商 对于一般的可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在任意时刻 cp(C) cq(D) cm(A) cn(B) 称为 浓度商，常用 Q 表示。 知识梳理知识梳理 2表达式表达式 对于一般的
7、可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在一定温度下达到平衡： K cp(C) cq(D) cm(A) cn(B) 。 二二、化学平衡常数化学平衡常数 1概念概念 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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，简称平 衡常数，用符号K表示。 3意义意义 化学平衡常数的大小反映了一个化学反应可能进行的程度(即反应限度)，K值越 大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即反应 进行得越完全，反应物的转化率越大；一般来说，当K105时，通常认为反应 基本完全。 4影响因素影响因素
8、K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。 5平衡常数的应用平衡常数的应用 (1)判断可逆反应进行程度的大小 (3)判断可逆反应是否平衡及不平衡时的反应方向 QK，反应向正反应方向进行； QK，反应处于平衡状态； QK，反应向逆反应方向进行。 (2)判断反应的热效应 a升高温度 K值增大正反应为吸热反应 K值减小正反应为放热反应 b降低温度 K值增大正反应为放热反应 K值减小正反应为吸热反应 2表达式表达式 对于可逆反应：aAbBcCdD AA的初始浓度A的平衡浓度 A的初始浓度 100%c 始(A)c平(A) c始(A) 100% AA的初始物质的量A的平衡物质的量 A的初始物质的量 10
9、0%n 始(A)n平(A) n始(A) 100%。 三三、平衡转化率平衡转化率 1含义含义 平衡时已转化了的某反应物的“量”与转化前(初始时)该反应物的“量”之比。 名师点拨 (1)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不代入平衡常 数表达式，如：Fe3O4(s)4H2(g)=3Fe(s)4H2O(g)的平衡常数 Kc 4(H2O) c4(H2) 。 (2)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡浓度， 不能用任何一时刻的浓度 值。 (3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。 (4)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应，化学方 程式
10、不同，平衡常数不同，如合成氨反应： 若写成：N2(g)3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g)，K1 c2(NH3) c(N2) c3(H2) ； 若写成：1 2 N2(g) 3 2 H2(g) 高温、高压 催化剂 NH3(g)，K2 3 13 22 22 (NH ) (N )(H ) c cc ，且 K1K2 2 。 (5)化学反应的反应物有两种或两种以上时，增加一种反应物的浓度，则该反应物 的平衡转化率降低，而其他反应物的平衡转化率升高。 1 对于 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)， 反应的化学平衡常数的表达式为( ) AKc(Fe 3O4) c(H2) c(F
11、e) c(H2O) BKc(Fe 3O4) c4(H2) c(Fe) c4(H2O) CKc 4(H2O) c4(H2) DK c4(H2) c4(H2O) 知识应用知识应用 D 【解析】由于在反应中 Fe、Fe3O4均为固体，根据化学平衡常数的定义可得出 平衡常数 K c4(H2) c4(H2O) 。 2 在 1 L 密闭容器中， 加入 5 mol A 物质， 在一定条件下同时发生下列两个反应： 2A(g)2B(g)C(g)；A(g)C(g)D(g)。当达到平衡时，测得 c(A)2.5 mol L 1，c(C)2.0 mol L1。则下列说法中正确的是( ) A达到平衡时 A 的总转化率为
12、40% B达到平衡时 K10.5 C达到平衡时 c(B)2c(D) D达到平衡时 K21.2 D 【解析】2A(g)2B(g)C(g)，设参加此反应的 A 为 x mol，根据的方程式可知，生 成的 B 为 x mol，生成的 C 为x 2 mol；A(g) C(g)D(g)，设参加此反应的 A 为 y mol， 根据的方程式可知生成的 C 为 y mol， 生成的 D 为 y mol， 根据题意可列 2.5xy5， x 2y2， 解得 x1， y1.5， 由此分析可得：A 的起始浓度为 5 mol L 1，平衡时的浓度为 2.5 mol L1， 则平衡时 A 的转化率为 50%，故 A 错误
13、；K1c(C)c 2(B) c2(A) 1 2 2.0 2.52 0.32，故 B 错误；平 衡时 c(B)1 mol L 1、 c(D)1.5 mol L1， 则 3c(B)2c(D)， 故 C 错误； 平衡时 K2c(C)c(D) c(A) 1.5 2.0 2.5 1.2，故选 D。 工厂利用甲烷与氯气的反应原理制取氯甲烷，为妥善处理氯甲烷生产企业的副产物 CCl4， 以减少其对臭氧层的破坏。 化学家研究在催化条件下， 通过下列反应： CCl4(g) H2(g)CHCl3(g)HCl(g)， 使 CCl4转化为重要的化工原料氯仿(CHCl3)(不考虑副 反应)。在固定容积为 2 L 的密闭
14、容器中，该反应达到平衡后，测得如下数据： 实验 序号 温度/ 初始 n(CCl4)/mol 初始 n(H2)/mol 平衡时 n(CHCl3)/mol 1 110 0.8 1.2 2 110 2 2 1 3 100 1 1 0.6 能力提升能力提升 (1)计算此反应在 110 时的平衡常数。 提示：利用“三段式”进行计算： 由表中数据可知，110 时，c(CHCl3)1 mol 2 L 0.5 mol L 1，由题知： 则平衡常数 Kc(CHCl 3) c(HCl) c(CCl4) c(H2) 0.5 mol L 1 0.5 mol L1 0.5 mol L 1 0.5 mol L1 1。 提
15、示： 由表中数据可知， 实验 1 和实验 2 温度相同， 则二者的化学平衡常数也相同， 由题知：初始 c(CCl4)0.8 mol 2 L 0.4 mol L 1，c(H2)1.2 mol 2 L 0.6 mol L 1。 设 CCl4的转化率为 a，则： 则平衡常数c(CHCl 3) c(HCl) c(CCl4) c(H2) 0.4a 0.4a (0.40.4a) (0.60.4a) 1，解得：a0.6。 (2)计算实验 1 中，CCl4的转化率。 (3)判断该反应的正反应是吸热反应还是放热反应，并说明理由。 提示：由表中数据可知，在 100 时，c(CCl4)1 mol 2 L 0.5 m
16、ol L 1，c(H2)1 mol 2 L 0.5 mol L 1，平衡时 c(CHCl3)0.6 mol 2 L 0.3 mol L 1，利用“三段式”计算如下： 则平衡常数 Kc(CHCl 3) c(HCl) c(CCl4) c(H2) 0.3 mol L 1 0.3 mol L1 0.2 mol L 1 0.2 mol L1 2.251，即温度为 100 时，K2.25，大于 110 时的平衡常数，说明升高温度，反应逆向移动，则 该可逆反应的正反应为放热反应。 解答化学平衡常数相关计算的方法解答化学平衡常数相关计算的方法三段式法三段式法 1步骤步骤 (1)写出涉及的可逆反应的化学方程式。
17、 (2)找出起始量、 转化量和平衡量中哪些是已知量， 哪些是未知量， 按“三段式”列出。 (3)根据问题建立相应的关系式进行计算。 2解题模板解题模板 一定温度下进行的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在容积为 V L 的恒容 容器中，反应物 A、B 的初始加入量分别为 a mol 和 b mol，达到化学平衡时，设 A 物质转化的物质的量为 mx mol。 归纳总结归纳总结 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 V n 平衡时 A 的转化率：(A)mx a 100%
18、A、B 的转化率之比为：(A)(B)mx a nx b 。 温度为 T1时，在容积为 10 L 的恒容密闭容器充入一定量的 M(g)和 N(g)，发生反应 M(g)N(g)2P(g)Q(g) H0。反应过程中的部分数据如表所示，下列说法 正确的是 ( ) t/min 0 5 10 n(M)/mol 6.0 4.0 n(N)/mol 3.0 1.0 AT2时该反应的化学平衡常数为 0.64，则 T1T2 B05 min 内，用 M 表示的平均反应速率为 0.4 mol L 1 min1 C该反应在第 8 min 时 v逆v正 D当 M、N 的转化率之比保持不变时，可判断该反应达到平衡状态 A 知
19、识应用知识应用 【解析】根据表格信息，可列三段式： 再结合 10 min 时的数据可知温度为 T1时，反应在 5 min 时已达到平衡，在该温度下的平衡 常数为 Kc(Q)c 2(P) c(M)c(N) 0.2 (0.4)2 0.4 0.1 0.8，由此解答。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正 向进行，平衡常数增大，已知 T1时该反应的化学平衡常数为 0.8，T2时该反应的化学平衡常 数为 0.64，故 T1T2，A 正确；根据三段式可知，05 min 内，用 M 表示的平均反应速率 为 vc t 0.2 mol L 1 5 min 0.04 mol L 1 min1，B 错误；根据分析可知，
20、反应在 5 min 时达 到平衡状态，故在第 8 min 时 v逆v正，C 错误；根据反应方程式 M、N 的化学计量数之比 可知，二者的转化率之比始终保持不变，是个定值，故 D 错误。 1下列对化学平衡常数(K)的叙述正确的是 ( ) A仅升高温度，K 可能增大，也可能减小 B仅加入催化剂，K 可能增大 C仅增大压强，K 可能减小 D仅减小浓度，K 值可能减小 当堂检测当堂检测 A 【解析】升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，则对于吸热反应，升高温度 K 增大，对于放热反应，升高温度 K 减小，选项 A 正确；催化剂只能改变化学反 应速率，不能使平衡移动，则加入催化剂，K 不变，选项 B 错误
21、；K 只与温度 有关，而与浓度、压强无关，改变压强、减小浓度 K 均不变，选项 C、D 错误。 2850 K 时，在一密闭反应器中充入一定量的 SO2和 O2，当反应达到平衡后测得 SO2、O2、SO3的浓度分别为 0.002 0 mol L 1、0.002 5 mol L1、0.002 0 mol L1。则 该温度下反应的 2SO2O22SO3平衡常数为 ( ) A25 B0.002 5 C40 D400 D 【解析】对于反应 2SO2O22SO3，当反应达到平衡后测得 SO2、O2、SO3 的浓度分别为 0.002 0 mol L 1、0.002 5 mol L1、0.002 0 mol
22、L1 ，K c2(SO3) c2(SO2) c(O2) 0.002 02 0.002 02 0.002 5 400，故选 D。 3一定温度下，将 2 mol A 和 2 mol B 两种气体混合放入体积为 2 L 的刚性密闭容 器中，发生反应 3A(g)B(g)xC(g)2D(g)，2 min 末反应达到平衡，生成 0.8 mol D，并测得 C 的物质的量浓度为 0.4 mol L 1，下列说法正确的是 ( ) Ax 的值为 1 BA 的平衡转化率为 40% C此温度下该反应的平衡常数 K 等于 0.5 DA 和 B 的平衡转化率相等 C 【解析】由 2 min 末反应达到平衡，生成 0.8
23、 mol D，并测得 C 的物质的量浓度为 0.4 mol L 1 可得 x2(0.4 mol L 1 2 L)0.8 mol，解得 x2，故 A 错误； 由 2 min 末反应达到平衡，生成 0.8 mol D 可知，反应消耗 A 的物质的量为 3 0.8 mol 2 1.2 mol，则 A 的平衡转化率为1.2 mol 2 mol 100%60%，故 B 错误； 由 2 min 末反应达到平衡，生成 0.8 mol D 可知，反应消耗 A 的物质的量为 3 0.8 mol 2 1.2 mol，消耗 B 的物质的量为1 0.8 mol 2 0.4 mol， 平衡时 A、B、C、D 的浓度分别
24、为0.8 mol 2 L 0.4 mol L 1、1.6 mol 2 L 0.8 mol L 1、 0.4 mol L 1 、 0.4 mol L 1 ， 则 此 温 度 下 该 反 应 的 平 衡 常 数K (0.4 mol L 1)2 (0.4 mol L1)2 (0.4 mol L 1)3 0.8 mol L1 0.5，故 C 正确；由 2 min 末反应达到平衡，生成 0.8 mol D 可知，反应消耗 A 的物质的量为3 0.8 mol 2 1.2 mol，消耗 B 的物质的 量为1 0.8 mol 2 0.4 mol，则 A 的平衡转化率为1.2 mol 2 mol 100%60%
25、，B 的平衡 转化率为0.4 mol 2 mol 100%20%，A 和 B 的平衡转化率不相等，故 D 错误。 4高炉炼铁中发生的基本反应之一如下： FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g) H0 其平衡常数可表示为 Kc(CO 2) c(CO) ，已知 1 100 时 K0.263。化学平衡常数只与温 度有关，不随浓度和压强的变化而变化。 (1)温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比_， 平衡常数K_。(以上均填“增大”“减小”或“不变”) (2)1 100 时测得高炉中c(CO2)0.025 molL1、c(CO)0.1 molL1，在这种情 况下，该反应是
26、否处于化学平衡状态：_(填“是”或“否”，若填“是”， 则后面问题可不答)，此时反应向_(填“正反应”或“逆反应”)方向进行， 其原因是_。 Q0.025 mol L 1 0.1 mol L 1 0.250.263K 增大 增大 否 正反应 【解析】若生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值 QK，则可逆反应 达到平衡状态；若 QK，反应向左进行。 (1)FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g) H0，正反应是吸热反应，升高温度，平衡常 数增大，c(CO 2) c(CO) 增大，则V(CO 2) V(CO) 增大。 (2)1 100 时测得高炉中 c(CO2)0.025 mol L 1， c(CO)0.1 mol L1， Q0.025 0.1 0.25K0.263，反应未达到平衡状态。反应向正反应方向进行。