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[名校联盟]江苏省邳州市第二中学高中化学选修四《2.2 化学反应的限度》课件


第二节

化学反应的限度

第1课时

化学平衡常数

平衡转化率

学习目标
1.了解平衡常数的含义、表达式及影响因素。 2.了解平衡转化率的含义。 3.利用平衡常数进行简单计算。
?4.能够利用化学平衡常数判断化学平衡移

动的方向。
?组卷网

第 课 时

化 转学 化平 率衡 常 数 平 衡

1

课前自主学案 课堂互动讲练

探究整合应用

知能优化训练

课前自主学案

自主学习

一、化学平衡常数
1.定义

温度 在一定____下,当一个可逆反应达到化学平
生成物 反应物 衡状态时,______浓度幂之积与______浓度

幂之积的比值,用符号K表示。

2.表达式 以化学反应 aA(g)+bB(g)? ? cC(g)+ dD(g)为例: [C]c[D]d K= a b (纯固体或溶剂不出现在平 [A] [B] 衡常数的表达式中)。单位: (mol· -1)(c+d)-(a+b) L ______________。

3.意义
平衡常数的大小反映化学反应可能进行的 ____;平衡常数的数值越大,说明 程度 ____________________。 反应可以进行得越完全 4.影响因素 本身性质 (1)内因:反应物的________。

温度 (2)外因:反应体系的____。

5.应用 (1)判断反应进行的限度 ①K>105时可认为反应可以进行得______; 较完全

很难进行 ②K<10-5时认为反应________; ③10-5≤K≤105时,认为该反应为可逆反应。
(2)判断反应是否达到平衡状态

化学反应 aA(g)+bB(g)? ? cC(g)+dD(g)的任 c ?C?c ?D? 意状态时,浓度商为 Q= a 。 b c ?A?c ?B?
c d

逆向进行 ①若Q>K,说明反应________;

达到平衡状态 ②若Q=K,说明反应____________; 正向进行 ③若Q<K,说明反应________。
二、平衡转化率

1.表达式

对于反应 aA+bB? ? cC+dD 反应物 A c0?A?-[A] 的 平 衡 转 化 率 为 : α(A) = c0?A? c0 [A] ×100%,式中___和___分别表示 A 的 初始浓度和 A 的平衡浓度。

2.影响因素

(1)初始浓度和平衡浓度。
(2)多种反应物参加反应时,提高一种物质的 其他物质的转化率 浓度,可以提高________________而本身转 化率会降低。
学科网

问题探究

1.对于一个给定的可逆反应,其正反应和 逆反应的平衡常数之间有什么关系? 【提示】 由平衡常数的表达式可以判断: 正反应和逆反应的平衡常数之间互为倒数关 系。

2.化学平衡常数有统一的固定单位吗?
【提示】 由平衡常数的表达式知,其单位 决定于可逆反应中反应物和产物的种类及化 学方程式中对应系数的大小,故化学平衡常 数没有统一的固定单位。

3.平衡转化率与平衡常数有何关系?
?【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 常数却不受浓度影响,因此平衡常数更能反 映出本质。平衡常数与平衡转化率之间是可 以相互求算的。
?z..x..x..k

4.平衡转化率与起始反应物的浓度有什么 关系? 【提示】 当增大一种反应物的浓度时,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。

自主体验 1.对于可逆反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),在一定温度下其平衡常数为K,下 列条件的变化中,能使K发生变化的是 ( )

A.将C(s)的表面积增大 B.增大体系压强 C.升高体系温度 D.使用合适的催化剂

解析:选C。化学平衡常数只与温度、化学 反应的特点及反应物本身的性质有关。 2.反应C(s)+H2O(g) 平衡常数表达式为( CO(g)+H2(g)的 )

[CO][H2] [C][H2O] A.K= B.K= [C][H2O] [CO][H2] [CO][H2] [H2O] C.K= D.K= [H2O] [CO][H2]

解析:选C。纯固体或溶剂的浓度视为常数, 不写入表达式中,A、B不符合要求,D为逆 反应的化学平衡常数。 3.(2010年大连质检)在一密闭容器中,用等 物质的量的A和B发生如下反应:A(g)+ 2B(g) 2C(g),反应达到平衡时,若混 合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的 量相等,则A的转化率为( )
z.x.x.k

A.40%
C.60%

B.50%
D.70%

解析:选A。可设A、B起始的物质的量各1 mol,A的转化率为x,

由题意知:A(g) + 2B(g) 2C(g) 1 2 2 初始/mol: 1 1 0 转化/mol: x 2x 2x 平衡/mol: (1 -x) (1 -2x) 2x 因为平衡时,n(A)+n(B)=n(C) (1-x)mol+(1-2x)mol=2x mol 2 解之,得:x= =40%。 5

课堂互动讲练

化学平衡常数应用中 的注意事项 1.平衡常数表达式与化学方程式的书写方 式有关 同一化学反应,可以用不同的化学反应方程 式来表示,每个化学方程式都有自己的平衡 常数关系式及相应的平衡常数,如

2.有关平衡常数表达式中的浓度的注意点 (1)均为各物质处于同一化学平衡时的浓度。 (2)对于在水溶液中进行的反应,溶剂水的浓度是 一个常数,此常数可归并到平衡常数中去,在 K 的表达式中不出现溶剂的浓度项,如 [HCO3 ][OH ] H2O? ? HCO +OH K= 2- 3 [CO3 ]
- - - -

2- CO 3 +

(3)当反应中有固体物质时,因固体的浓度可 以看作常数,在 K 的表达式中不出现固体的 浓度项,如 CaCO3(s)? ? CaO(s) +CO2(g) K=[CO2]。

3.平衡常数与温度的关系 (1)化学平衡常数只是温度的函数,只随着温 度的改变而改变。当温度一定时,可逆反应 无论从正反应开始,还是从逆反应开始,又 无论反应物起始浓度的大小,K都是一个常 数。
zxxk

(2)平衡常数随温度变化的规律和应用 ①规律:对于吸热反应:T增大,K增大;

对于放热反应:T减小,K增大。

②应用:利用温度改变时K的变化来判断反 应的热效应:

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。

特别提醒:若反应物和反应产物均为气体,当反应: aA+bB pc?C?pd?D? cC+dD 达到平衡时, a 也为常 b p ?A?p ?B?

数。 为了区别起见, 常将由各物质平衡浓度算得的平 衡常数称为浓度平衡常数,用符号 Kc 表示;而将由 各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数, 用符号 Kp 表示。浓度平衡常数和压强平衡常数均称 为化学平衡常数。

例1 在一固定容积的密闭容器中,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:

T(℃)
K

700
0.6

800
0.9

830
1.0

1000 1200
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(选填“吸热”或 “放热”)。 (3)能判断该反应是否已达到平衡状态的依据 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:c(CO2)· 2) c(H =c(CO)· 2O),试判断此时的温度为 c(H ________℃。

【解析】 (1)根据化学平衡常数的表达式书 写要求,即可写出K的表达式。
(2)从表中可知,K的值随着温度的升高而逐 渐增大,说明正反应是吸热反应。 (3)化学平衡状态的特征是正、逆反应速率相 等,各组分的浓度保持不变,以此作为依据 可判断反应是否达到平衡状态。应注意的是 不能用容器内的压强不变作为平衡与否的判 断依据,因为反应若是气体体积不变的,则 反应过程中容器的压强始终保持不变。

(4)根据 c(CO2)· 2)=c(CO)· 2O),变形得 c(H c(H [CO][H2O] K= =1.0,查表 K=1.0 时温度为 [CO2][H2] 830 ℃。

【答案】 (4)830

[CO][H2O] (1) [CO2][H2]

(2)吸热

(3)bc

变式训练 1

已知下列反应的平衡常数: K1 ; ②S(s) +

①H2(g) + S(s)? ? HS(g) 2 O2(g)? ? SO(g) 2

K2 。 则 反 应 ③H2(g) + )

SO2(g)? ? O(g)+H2S(g)的平衡常数是( 2 A.K1+K2 C.K1×K2 B.K1-K2 K1 D. K2

解析:选 D。反应①的平衡常数 K1= [H2S] [SO2] ,反应②的平衡常数 K2= , [H2] [O2] [O2]· 2S] K1 [H 反应③的平衡常数 K= = 。 [H2]· 2] K2 [SO

化学平衡的计算——“三 段式”分析法

2.解题基本思路

(1)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)解答题设问题:明确了“始”、“变”、“平” 三个量的具体数值,再根据相应关系求反应物转 化率、混合气体的密度、平均相对分子质量等, 给出题目答案。 3.化学平衡计算中用到的基本关系与定律 (1)各物质浓度变化量之比=反应式中的系数比; (2)反应物转化率=其消耗浓度与起始浓度之比; (3)平衡时某组分的体积分数=该组分在平衡混合 物中的物质的量的分数;

(4)阿伏加德罗定律及其推论; (5)改变平衡条件时,气体的平均相对分子质量( M r) 变化的规律: ①体系中若全为气体, M r=m(总)/n(总)直接判断; 据 ②体系中若有固体或液体:当气体的物质的量不变 时,据上式判断;当气体的物质的量改变时,则须 根据混合气体中各组分气体体积比计算: M r = M1×V1%+M2×V2%+??。

例2 (2011年周口市高二测试)X、Y、Z为三

种气体,把a mol X和b mol Y充入容积为1 L 的密闭容器中,发生反应X+2Y 2Z, 达到平衡时,若它们的物质的量满足:n(X) +n(Y)=n(Z),则Y的平衡转化率为( )

a+b A. ×100% 5 2?a+b? C. ×100% 5

2?a+b? B. ×100% 5b a+b D. ×100% 5a

【解析】

设 Y 转化了 x mol, X + 2Y 初始物质的量 a mol b mol x 转化物质的量 mol x mol 2 x 平衡物质的量 (a- )mol (b-x)mol 2 x 据题意:(a- )mol+(b-x)mol=x mol 2 - x mol· 1 L 2?a+b? α(Y)= ×100%。 - 1×100%= 5b b mol· L

2Z 0 x mol x mol

【答案】 B
【易误警示】 “三段式”计算中,列数据 时要特别注意准确找出转化量和平衡量。

变式训练2 在密闭容器中给CO(g)和H2O(g) 的混合物加热到800 ℃时,有下列平衡: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)且K=1。 若用2 mol CO(g)和10 mol H2O(g)相互混合 并加热至800 ℃,则CO的转化率为 __________。

解析:设 CO 的转化率为 x,容器容积为 V L。 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) n(始)(mol):2 10 0 0 n(变)(mol):2x 2x 2x 2x n(平)(mol):2-2x 10-2x 2x 2x [CO2]· 2] [H 由 K= 知: [CO]· 2O] [H 2x 2x × V V 1= 2-2x 10-2x × V V

解得:x≈0.833,即83.3%。

答案:83.3%

探究整合应用

影响化学平衡常数的因素的实验探究

化学平衡常数可以反映出一个化学反应进行 的程度,它与温度和化学计量数有关。 利用化学平衡常数可以解决下列问题:
1.可以比较同一反应类型进行的程度大小, K值越大,进行的程度越大,反应物转化率 越大。

2.一般说来,如果一个反应的平衡常数的 数值在105左右,通常认为反应可以进行得 较完全;相反,如果一个反应的平衡常数的 数值在10-5左右,则认为这个反应很难进行。 3.借助平衡常数可以判断一个化学反应是 否达到平衡状态。 4.对于给定的化学反应,正逆反应的平衡 常数互为倒数。

实验室中配制碘水, 往往是将 I2 溶于 KI 溶液 中,这样就可以得到浓度较大的碘水,主要是因为


发生了反应:I2(aq)+I ? ? 3 ,上述平衡体系中, I - - I3 的物质的量浓度[I3 ]与温度 T 的关系如图所示(曲 线上的任何一点都表示平衡状态)。





(1)通过分析右图,该反应的正反应为______反应 (填“吸热”或“放热”)。 (2)在 T1、 状态时, D v(正)______v(逆)(填“>”、 “<”或“=”)。在 T1 时某状态 c[I-]/c[I-]= 3 1/100______平衡状态(填“是”、 “不是”或“不 一定是”)。 (3)写出该平衡常数的表达式 K=________。若升 高温度,K 值将________(填“增大”、“减小” 或“不变”, 下同); 若向溶液中加入少量的溴水, K 值将________。

【解析】 (1)由图可知, 升高温度, -] [I3 降低,说明平衡逆向移动,则正反应为 放热反应。 (2)T1、D 状态时,还未达到平衡,而可 逆反应最终都要达到平衡状态,所以必 须增大[I3 ]才能达到平衡状态, 即反应正 向进行,v(正)>v(逆);若[I ]/[I 3 ]= 1/100,并不能说明[I ]、[I3 ]是否不变, 不能说明是平衡状态。
- - - - -

(3)升高温度, 平衡逆向移动, 3 ]降低、 [I [I2(aq)]和[I ]增大,所以 K 值将减小, 因为 K 只与温度有关,所以向溶液中加 入少量的溴水时虽然平衡逆向移动,但 是 K 值不变。 【答案】 (1)放热 (2)> 不一定是 - [I3 ] (3) 减小 不变 - [I2?aq?][I ]





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