2020-2021学年高中化学人教版选修4学案：2.3 第3课时　化学平衡常数和化学平衡计算 Word版含解析

1、第3课时化学平衡常数和化学平衡计算学习目标核心素养1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2能够利用化学平衡常数进行简单的计算。如计算物质的平衡浓度、转化率等。1.证据推理与模型认知：了解平衡常数的概念，建立化学平衡常数模型，体会化学平衡常数在判断化学平衡状态、化学反应进行的方向、分析预测化学平衡移动的方向等方面的功能价值。2科学探究与创新意识：结合生产实例，开展关于化学反应条件的选择与优化的讨论，形成从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路和方法，发展绿色化学的观念和辩证思维的能力。一、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

2、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。2表达式对于一般的可逆反应ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)在一定温度下，k。3意义(1)k值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之反应物转化越不完全，转化率就越小。(2)k只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。二、平衡转化率1概念平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。2表达式转化率×100%对于可逆反应ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)(a)×100%×100%3特点一个确定的可逆反应在一定温度时平衡常数一定，但反应物的转化率因反

3、应物的投料比不同而不同。探究点一化学平衡常数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(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”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，与反应方程式的书写有关。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缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。如n23h22nh3ka则有：2nh3n23h2k1/an2h2nh3ka2化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度k值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行

4、的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)利用k值可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。(3)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。(4)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、压强对化学平衡移动的影响。对于可逆反应ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用q表示，则：当qk时，反应处于平衡状态；当q<k时，反应向正反应方向进行；当q>k时，

5、反应向逆反应方向进行。特别提醒：(1)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，不能用任一时刻的浓度值。(2)化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率快，k值不一定大。(3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。1对于反应h2(g)i2(g)2hi(g)h<0(1)现增大h2的浓度，平衡向哪个方向移动，化学平衡常数k如何变化？(2)若升高温度，平衡常数如何变化？提示：(1)向正反应方向移动，k不变。(2)k减小。2几个化学方程式相加、相减得总反应的化学方程式(如下面的几个化学方程式)，则总反应的平衡常数与分步反应的平衡常数的关系是什么？2no(g)o2(g)

6、2no2(g)k12no2(g)n2o4(g)k22no(g)o2(g)n2o4(g)k3提示：2no(g)o2(g)2no2(g)的平衡常数为k1，2no2(g)n2o4(g)的平衡常数为k2，2no(g)o2(g)n2o4(g)的平衡常数为k3，总反应的平衡常数等于分步平衡常数之积或商。对于上述化学方程式，总反应的平衡常数等于分步反应的平衡常数之积即k3k1·k2。【例1】()已知在448 时，反应h2(g)i2(g)2hi(g)的平衡常数 k1为49，则该温度下反应2hi(g)h2(g)i2(g)的平衡常数k2为_；反应h2(g)i2(g)hi(g)的平衡常数k3为_。()在一

7、定体积的密闭容器中，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的关系如下表所示：t/7008008301 0001 200k0.60.91.01.72.6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”)。(3)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b混合气体中c(co)不变cv(h2)正v(h2o)逆dc(co2)c(co)(4)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_。(5)在800 时，发生上述反应，

8、某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(co2)为2 mol/l，c(h2)为1.5 mol/l，c(co)为1 mol/l，c(h2o)为3 mol/l，则下一时刻，反应向_(填“正向”或“逆向”)进行。【思路分析】平衡常数表达式区分反应放热或吸热比较v正、v逆的大小【解析】()第2个反应与第1个反应互为可逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也发生变化得k3k1。()通过表中k和温度t的关系可知，温度越高，k值越大，反应向正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热方向。当c(co2)·c(h2)c(co)·c(h2o)时，k1

9、，此时温度由表中数据可知为830 。判断反应进行的方向时，可根据q与k的大小关系判断，此时刻下，q1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。【答案】()7()(1)(2)吸热(3)bc(4)830(5)逆向在某温度下，将h2和i2各0.1 mol的气态混合物充入10 l的密闭容器中，发生反应h2(g)i2(g)2hi(g)，连续测定c(i2)的变化，5 s时测定c(i2)0.008 0 mol·l1并保持不变。则：(1)反应的平衡常数的表达式是k。(2)此温度下，平衡常数值为0.25。(3)若在此温度下，在10 l的密闭容器中充入0.2 mol hi气体，达到平衡时，hi的转化率为

10、80%。解析：(2)c(i2)0.008 0 mol·l1c(h2)0.008 0 mol·l1c(hi)0.004 0 mol·l1k0.25。(3)设生成的h2的浓度为x mol·l1，2hi(g)h2(g)i2(g)起始/mol·l1 0.02 0 0转化/mol·l1 2x x x平衡/mol·l1 0.022x x xkx0.008(hi)×100%80%。探究点二平衡转化率1平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。对于反应：aabbccdd，反应物a的转化率

11、可以表示为：(a)×100%×100%(1)可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系。反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度。生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度。各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。(2)反应物的转化率()。转化率()×100%。(3)产品的产率。产率×100%。2平衡移动方向与反应物转化率的关系(1)压强和温度的影响温度或压强改变后，若能使化学平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大。(2)反应物用量的影响若反应物只有一种，如aa(g)bb(g)cc(g)，增加a的量，平衡正向移动，a的转化率的变化为：a若在恒温

12、恒压条件，a的转化率不变；b若在恒温恒容条件，相当于(等效于)加压，a的转化率与气态物质的化学计量数有关：abc，a的转化率不变；a>bc，a的转化率增大；a<bc，a的转化率减小。若反应物不止一种，如aa(g)bb(g)cc(g)dd(g)a若只增加a的量，平衡向正反应方向移动，则a的转化率减小，b的转化率增大。b若在恒温恒压条件下，同等倍数地增加a、b的物质的量，平衡向正反应方向移动，但a、b的转化率不变。c若在恒温恒容条件下，同等倍数地增加a、b的物质的量，平衡向正反应方向移动，a、b的转化率与气态物质的化学计量数有关：abcd，a、b转化率不变；ab>cd，a、b转化

13、率增大；ab<cd，a、b转化率减小。【例2】某温度下，在一个2 l的密闭容器中，加入3 mol a和2 mol b，发生反应3a(g)2b(g)4c(s)2d(g)，一段时间后反应达到平衡，测得生成1.6 mol c，则下列说法正确的是()a该反应的化学平衡常数表达式是kbb的平衡转化率是40%c增大该体系的压强，化学平衡常数增大d增加反应物b的量，b的平衡转化率增大【解析】生成物c是固体，不能出现在平衡常数的表达式中，a项错误。生成1.6 mol c，则消耗b 0.8 mol，所以b的平衡转化率是0.8 mol÷2 mol×100%40%，b项正确。该反应的平衡常

14、数只与温度有关系，c项错误。增加反应物b的量，平衡向正反应方向移动，则a的转化率升高，但b的转化率降低，d项错误。【答案】b在一个密闭容器中，用等物质的量的a和b发生反应：a(g)2b(g)2c(g)。当反应达到平衡时，如果混合气体中a和b的物质的量之和与c的物质的量相等，则此时a的转化率为(a)a40%b50%c60% d70%解析：本题要抓住文字部分所给信息，可用“三步曲”式方法计算，但步骤多，易出错。估算法：若b反应完全，a反应完一半，所以a的转化率不得50%。本题以参加反应某物质为载体，考查对化学平衡概念理解的程度。a(g)2b(g)2c(g)，a和b以物质的量12参加反应，现a、b等

15、物质的量，当a的转化率为50%时，b反应完全。然而b不可能反应完，故a的转化率小于50%。故正确答案为a。探究点三化学平衡的计算模式1解题模型2举例说明计算模式 ma(g)nb(g) pc(g) qd(g)c初(mol/l) a b 0 0c(mol/l) mx nx px qxc平(mol/l) amx bnx px qx反应物：c平c初c；生成物：c平c初c。3常用的重要公式或计量关系(1)v(a)v(b)v(c)v(d)mnpq(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数)。(2)k。(3)对于反应物：n(平)n(始)n(变)；对于生成物：n(平)n(始)n(变)。(4)c(a)

16、平 mol/l，同理可计算c(b)平、c(c)平、c(d)平。(5)a的转化率(a)×100%或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比，同理可计算(b)。(6)(a)(b)若abmn，即投料比等于化学计量数之比，则(a)(b)。(7)a的体积(物质的量)分数(a)×100%，同理可计算(b)、(c)、(d)。(8)平衡和起始时的压强比(同t、v时)，(同t、p时)，(同质量的气体时)等。(9)混合气体的密度(混) g/l。(10)混合气体的平衡摩尔质量 g/mol。【例3】在一定条件下，向密闭容器中充入30 ml co和20 ml水蒸气，使其反应，当反应co(g)h2

17、o(g)co2(g)h2(g)达到平衡时，水蒸气的体积分数与h2的体积分数相等，则下列叙述错误的是()a平衡后co的体积分数为40%b平衡后co的转化率为25%c平衡后水的转化率为50%d平衡后混合气体的平均相对分子质量为24【解析】设达到平衡时，反应掉co的体积为x。co(g)h2o(g)co2(g)h2(g)起始： 30 ml 20 ml 0 0变化： x x x x平衡： 30 mlx 20 mlx x x由题意知：20 mlxx，故x10 ml。故平衡后co的体积分数为×100%40%，co的转化率为×100%33.3%，h2o的转化率为×100%50%，

18、平衡后混合气体的平均相对分子质量不变，仍为24。【答案】b已知可逆反应：m(g)n(g)p(g)q(g)h>0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(m) 1 mol·l1, c(n)2.4 mol·l1；达到平衡后，m的转化率为60%，此时n的转化率为25%；(2)若反应温度升高，m的转化率增大(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(m) 4 mol·l1，c(n)a mol·l1；达到平衡后，c(p)2 mol·l1，a6;_(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：

19、c(m)c(n)b mol·l1，达到平衡后，m的转化率为41%。解析：(1)m转化的物质的量浓度为0.6 mol·l1，则n转化的物质的量浓度也是0.6 mol·l1，所以n的转化率为×100%25%。(2)由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，m的转化率增大。(3)m(g)n(g)p(g)q(g)起始/(mol·l1) 1 2.4 0 0转化/(mol·l1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡/(mol·l1) 0.4 1.8 0.6 0.6起始/(mol·l1) 4 a 0 0转化/

20、(mol·l1) 2 2 2 2平衡/(mol·l1) 2 a2 2 2，解得a6。(4)设m转化的物质的量浓度为x mol·l1，解得x0.41b，故m的转化率为41%。1下列关于平衡常数的说法正确的是(d)a在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度b在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值c对于放热反应，升高温度，k值增大，反应物的转化率增大d从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度解析：a项，在平衡常数表达式中，反应物、生成物的浓度均为平衡浓度；b项，平衡常数与温度有关，温度改变，平衡常数随之改变；c项，对于放热反应，升高温度平衡逆向移

21、动，k值减小，反应物转化率减小。2对于反应3fe(s)4h2o(g)fe3o4(s)4h2(g)的平衡常数，下列说法正确的是(b)akbkc增大h2o(g)的浓度或减小h2的浓度，会使平衡常数减小d改变反应的温度，平衡常数不一定变化解析：固体、纯液体的浓度可视为常数，不写入平衡常数表达式中，故该反应的平衡常数k，k只与温度有关，与浓度、压强无关。3物质的量之比为23的n2和h2，在一定条件下反应，并达平衡。在此过程中，下列说法正确的是(c)a在建立平衡的过程中，n2和h2的物质的量之比始终是23bn2的转化率始终为h2转化率的2倍cn2的转化率始终为h2转化率的1/2d达到平衡时，平衡体系的总

22、物质的量与起始时的总物质的量之比可为12解析：假设n2和h2的物质的量分别为2 mol、3 mol，设反应的n2物质的量为x。由n23h22nh3n(始) 2 mol 3 mol 0n(变) x 3x 2xn(平) 2 molx 3 mol3x 2xa项应为(因0<x<1)，故不正确；，b不正确，c正确；若d成立，则有，解得x1.25 mol，则3x3.75 mol>3 mol，故不可能，则d错误。4在25 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：物质xyz初始浓度/mol·l10.10.20平衡浓度/mol·l10.050.050.1

23、下列说法错误的是(c)a反应达到平衡时，x的转化率为50%b反应可表示为x3y2z，其平衡常数为1 600c增大压强使平衡向生成z的方向移动，平衡常数增大d升高温度平衡常数增大，则此反应为吸热反应解析：平衡建立的过程中，x的转化浓度为0.05 mol·l1，其转化率为×100%50%，a正确；平衡建立过程中，x、y、z转化的浓度分别为0.05 mol·l1、0.15 mol·l1、0.1 mol·l1，三者的化学计量数之比为132，反应可表示为x3y2z，平衡常数k1 600，b正确；平衡常数只与温度有关，c错误；对于吸热反应，升温k值增大，d

24、正确。5已知某化学反应的平衡常数表达式为k，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为温度/7008008301 0001 200k1.671.111.000.600.38下列有关叙述错误的是(c)a该反应的化学方程式为co(g)h2o(g)co2(g)h2(g)b上述反应的正反应是放热反应c如果在一定容积的密闭容器中加入co2和h2各1 mol, 5 min后，温度升高到830 ，此时测得co2为0.4 mol，则该反应达到平衡状态d某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：，判断此时的温度是1 000 解析：平衡常数表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，a项正确；该反应的平衡常数随着温度的升高而减小，故该反应是放热反应，b项正确；由n(co2)0.4 mol可推知，该状态下，n(h2)0.4 mol、n(h2o)0.6 mol、n(co)0.6 mol，k1，由此可知，该反应没有达到化学平衡状态，c项错误；将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为0.6，d项正确。6某一温度时，反应h2(g)i2