1、第 1 课时 化学平衡常数 平衡转化率学习目标：1.进一步认识化学平衡状态的特征，能够描述平衡的建立过程。2.了解化学平衡常数的定义。3.能正确书写给定反应的平衡常数表达式，并能进行相应的简单计算。(重点)4.理解化学平衡常数的应用及意义。(难点)自 主 预 习探 新 知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状态时，生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度的系数次幂之积的比值，用符号 K 表示。(2)表达式以化学反应 aA bB cC dD 为例： K ，单位：(molL 1 )(c d)( a b)。CcDdAaBb(3)意义平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度
2、；平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越完全。(4)影响因素内因：反应物的本身性质。外因：反应体系的温度。(5)应用判断反应可能进行的程度。K 值 10 5 105 10 5 10 5反应程度 很难进行 反应可逆 进行完全判断反应是否达到平衡状态。对化学反应 aA bB cC dD 的任意状态有浓度商： Q 。cc C cd Dca A cb BError!判断反应的热效应。a升高温度Error!b降低温度Error!2平衡转化率(1)表达式对于化学反应 aA bB cC dD，反应物 A 的平衡转化率可以表示为 (A) 100%A的 初 始 浓 度 A的 平 衡 浓 度A的 初 始 浓 度
3、 100% 100%。c0 A Ac0 A c Ac0 A(2)规律同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物转化率相同。多种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会降低。基础自测1判断对错(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)在任何条件下，化学平衡常数都是一个恒定值。( )(2)改变反应物浓度或反应产物浓度都会改变平衡常数 K。( )(3)平衡常数 K 既与温度、反应物本身的性质有关，也与反应物浓度、压强有关。( )(4)从平衡常数 K 的大小可以推断一个反应进行的程度。( )(5)N23H
4、2 2NH3和 N2 H2 NH3的平衡常数表达式相同。( )12 32提示 (1) 不同温度下，化学平衡常数不同。(2) 平衡常数只受温度的影响。(3) 平衡常数与浓度、压强无关。(4)(5) 化学平衡常数表达式与方程式的系数有关。2下列数据是一些反应的平衡常数的数值，表示反应物转化率最大的是 ( ) A K1 B K10 1C K10 10 D K10 10C K 值越大说明正反应程度越大，反应物转化率越大。3在恒温恒容下，当反应容器内总压强不随时间变化时，下列可逆反应一定达到平衡的是( )AA(g)B(g) C(g)BA(g)2B(g) 3C(g)CA(g)B(g) C(g)D(g)D以
5、上都达到平衡A 在恒温恒容下，对于反应前后气体系数不相等的反应，当反应容器内总压强不变时，可逆反应达到平衡。合 作 探 究攻 重 难化学平衡状态的判断在恒温恒容条件下，三个容器内分别发生如下反应：容器 反应 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) H2(g)I 2(g) 2HI(g) Ni(s)H 2O(g) NiO(s)H 2(g)思考交流1当容器中气体的密度不变时，上述哪个可逆反应达到平衡状态？提示 反应。2当容器中气体的压强不变时，上述哪个可逆反应达到平衡状态？提示 反应。3当容器中气体的平均相对分子质量不变时，上述哪个可逆反应达到平衡状态？提示 反应。对点训练1在 1 L 定容的密闭
6、容器中，可以证明可逆反应 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g)已达到平衡状态的是( )A c(N2) c(H2) c(NH3)132B一个 NN 键断裂的同时，有 3 个 HH 键生成C其他条件不变时，混合气体的密度不再改变D2 v 正 (N2)3 v 逆 (NH3)B A 项， c(N2) c(H2) c(NH3)132 不能说明各物质的浓度不变，因而不能说明反应达到平衡，错误；B 项，一个 NN 键断裂的同时，有 3 个 HH 键生成，能说明正、逆反应速率相等，正确；C 项，混合气体的密度不再改变，不能说明达到反应平衡，错误；D 项，2 v 正 (N2) v 逆 (NH3)时，正、逆反
7、应速率才相等，才达到平衡，错误。2一定温度下，反应 N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为 H。现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图能说明反应达到平衡状态的是( )A BC DD 因反应容器保持恒压，且反应前后气体分子数不相等，所以达到平衡前容器体积随反应进行而不断变化，结合 m/V 可知，若气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，符合题意；无论是否达到平衡，反应的 H 都不变，不符合题意；反应开始时，加入 1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故 v 正 (N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，而图像与之不
8、符，不符合题意；N 2O4的转化率不再变化，说明 N2O4的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，符合题意。综上所述，D 项正确。判断平衡状态的方法“逆向相等，变量不变”(1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。(2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。化学平衡常数与转化率的计算相同温度下，在体积为 1 L 的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol 1实验测得起始、平衡
9、时的有关数据如下表：起始时各物质物质的量/mol编号N2 H2 NH3平衡时反应中的能量变化 1 3 0 放出热量 a kJ 2 3 0 放出热量 b kJ思考交流1容器中反应物 N2的转化率是多少？提示 1 mol N2完全反应时放出的热量为 92.4 kJ，中反应物 N2的转化率为a/92.4。2容器中反应的化学平衡常数的计算式如何表示？提示 N 2 3H 2 2NH 3初始浓度(molL1 ) 1 3 0转化浓度(molL1 ) a/92.4 3a/92.4 2 a/92.4平衡浓度(molL1 ) 1 a/92.4 33 a/92.4 2 a/92.4K NH32N2H23 2a/92
10、.4 2 1 a/92.4 3 3a/92.4 33两个容器中合成氨反应的平衡常数有什么关系？提示 相等。4比较两个容器中 N2、H 2的转化率的大小。提示 N 2的转化率： H 2的转化率：。5化学平衡常数与平衡转化率有何关系？提示 平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度，但是平衡转化率随着反应物初始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受影响，因此平衡常数更能反映出其本质。平衡常数与平衡转化率之间是可以相互求算的。对点训练1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)H 2O(g)CO2(g)H 2(g)，达到平衡时测得 n(H2)0.
11、5 mol，下列说法不正确的是( ) A在该温度下，反应的平衡常数 K1B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 molB CO(g)H 2O(g) CO2(g)H 2(g)起始/mol 1 1 0 0转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5由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。2X、Y、Z 为三种气体，把 a mol X 和 b mol Y 充入一密闭容器中，发生反应 X(g)2Y(g) 2Z(g)。达到平衡时，若三者的物质的量满足 n(X) n(Y) n(
12、Z)，则 Y 的转化率为( )A( a b)/5100%B2( a b)/(5b)100%C2( a b)/5100%D( a b)/(5b)100%B 设参加反应的 Y 的物质的量为 n mol，则X(g) 2Y(g) 2Z(g)起始/mol a b 0平衡/mol a n/2 b n n由于平衡时 n(X) n(Y) n(Z)，则有( a n/2)( b n) n，解得 n2( a b)/5，所以 Y 的转化率为2( a b)/5/b100%2( a b)/(5b)100%。325 时，密闭容器中 X、Y、Z 三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示：物质 X Y Z初始浓度/(molL 1
13、 ) 0.1 0.2 0.0平衡浓度/(molL 1 ) 0.05 0.05 0.1下列说法错误的是( ) A反应达到平衡时，X 的转化率为 50%B该反应可表示为 X(g)3Y(g) 2Z(g)，其平衡常数为 1 600(molL1 )2C增大压强，平衡常数增大D改变温度可以改变该反应的平衡常数C X 的浓度变化了 0.05 molL1 ，所以达到化学平衡时，X 的转化率为 0.05 molL1 0.1 molL1 100%50%，A 项正确；Y 的浓度变化了 0.15 molL1 ，Z 的浓度变化了 0.1 molL1 ，故该反应的化学方程式为 X(g)3Y(g) 2Z(g)，其平衡常数K
14、 1 600(molL 1 )2 ，B 项正确；Z2XY3 0.1 molL 1 20.05 molL 1 0.05 molL 1 3对于一个确定的可逆反应，平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，故 C 项错误，D项正确。教师备选某硫酸厂的基本反应是：2SO 2(g)O 2(g) 2SO3(g)，现将 0.05 mol SO2(g)和 0.03 mol O2注入体积为 1.0 L 的密闭容器中，并置于某较高温度的恒温环境中，达化学平衡后，测得反应器中有 0.04 mol SO3(g)，求：(1)该温度下反应的平衡常数？(2)SO2、O 2的平衡转化率？解析 2SO 2(g)O 2(g) 2S
15、O3(g)初始浓度/molL 1 0.05 0.03 0浓度变化/molL 1 0.04 0.02 0.04平衡浓度/molL 1 0.01 0.01 0.04(1)KSO32SO22O2 0.04 molL 1 2 0.01 molL 1 20.01 molL 11 600(molL 1 )1(2) (SO2) 100%c0 SO2 SO2c0 SO2 100%80%0.05 molL 1 0.01 molL 10.05 molL 1 (O2) 100%c0 O2 O2c0 O2 100%66.7%0.03 molL 1 0.01 molL 10.03 molL 1答案 (1)1 600(m
16、olL 1 )1 (2)80% 66.7%有关化学平衡计算的解题模板(1)模式三段式mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)起始量(molL 1 ) a b 0 0转化量(molL 1 ) mx nx px qx平衡量(molL 1 ) a mx b nx px qx(2)物质浓度的变化关系反应物：平衡浓度初始浓度转化浓度；反应产物：平衡浓度初始浓度转化浓度；转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比。当 堂 达 标固 双 基1一定条件下，反应 2NO(g)O 2(g) 2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是( )A混合气体的总分子数不再
17、变化B混合气体的颜色不再变化C容器的总压强不再变化D混合气体的总质量不再变化D 该反应为气体分子数改变的反应，恒容条件下，该可逆反应在建立平衡的过程中会有压强的改变、气体总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明反应达到平衡了，而混合气体的总质量在任何情况下都不发生变化。2一定温度下，已知反应：H 2(g)S(s) H2S(g) K1，S(s)O 2(g) SO2(g) K2，则相同温度下，反应 H2(g)SO 2(g) H2S(g)O 2(g)的平衡常数 K 等于( ) A K1 K2 B K1 K2C K1K2 DK1K2D 由可得反应 H2(g)SO 2(g) H2S(g)
18、O 2(g)，K1 ， K2 ， K ，所以 K 。H2SH2 SO2O2 O2H2SH2SO2 K1K2教师备选1 000 K 下，反应 C(s)2H 2(g) CH4(g)的平衡常数 K8.2810 7(molL1 )1 。当各气体的物质的量浓度分别为 H2：0.7 molL 1 ，CH 4：0.2 molL 1 时，上述反应( )A正向进行 B逆向进行C达到平衡 D无法确定A Q 0.41(molL 1 )1 K，故反应正向进行，A 项正确。0.2 molL 1 0.7 molL 1 23一定温度下，反应 H2(g) X2(g) HX(g)的平衡常数为 10。若将 1.0 mol HX(
19、g)通12 12入体积为 1.0 L 的密闭容器中，则该温度下 HX(g)的最大分解率为( )A5% B16.7%C25% D33%B 考查“始、变、平”模式和平衡常数。H2(g) X2(g) HX(g)12 12始/(molL 1 ) 0 0 1.0变/(molL 1 ) x x 2x平/(molL 1 ) x x 1.02 x解之得 x ，得出 HX 的分解率为： 100%16.7%。112 2x molL 11.0 molL 1 164在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO 2(g)H 2(g) CO(g)H 2O(g)，其化学平衡常数 K 和温度 T 的关系如表所示：T/ 700 800 830 1 000 1 200K 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_反应(填“吸热”或“放热”)。解析 (1)依据反应的化学方程式可知 K ；COH2OCO2H2(2)从表格中数据可知，升高温度 K 值增大，故该反应为吸热反应。答案 (1) (2)吸热COH2OCO2H2
