2018-2019學年高中化學 專題2 化學反應速率與化學平衡 第二單元 化學反應的方向和限度 第3課時 化學平衡常數(shù)學案 蘇教版選修4.doc

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第3課時　化學平衡常數(shù) 學習目標：1.了解化學平衡常數(shù)的概念，并明確其意義。(重點)2.了解平衡轉化率的含義。3.學會運用平衡常數(shù)進行相關的計算。(難點) [自 主 預 習探 新 知] 一、化學平衡常數(shù) 1．概念 在一定溫度下，一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，用符號K表示。 2．表達式 對于可逆反應aA＋bBcC＋dD在一定溫度下達到平衡時K＝。 3．意義 能說明反應進行的程度，K值越大，表示反應進行得越完全。 4．注意問題 (1)對于指定反應，平衡常數(shù)只受溫度影響。 (2)固體、水溶液中的水濃度可視為定值，其濃度不列入平衡常數(shù)表達式中。 二、平衡轉化率 1．定義 物質在反應中已轉化的量與該物質總量的比值。 2．表達式 平衡轉化率 α＝100% 對于反應aA＋bBcC＋dD，反應物A的平衡轉化率為：α(A)＝100%，式中c0(A)和c(A)分別表示A的初始濃度和A的平衡濃度。 3．意義 反應的平衡轉化率能表示在一定溫度和一定起始濃度下反應進行的限度。 [基礎自測] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)在平衡常數(shù)表達式中，反應物濃度用起始濃度，生成物濃度用平衡濃度。(　　) (2)對于一個可逆反應，平衡正向移動時，平衡常數(shù)一定增大。(　　) (3)升高溫度，K值增大，則正反應為放熱反應。(　　) (4)平衡常數(shù)的大小只與溫度有關，而與濃度、壓強、催化劑等無關。(　　) (5)從平衡常數(shù)的大小可以推斷一個反應的進行程度。(　　) 【答案】　(1)　(2)　(3)　(4)√　(5)√ 2．對于3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，反應的化學平衡常數(shù)的表達式為(　　) A．K＝ B．K＝ C．K＝ D．K＝ D　[注意Fe和Fe3O4為固態(tài)，其濃度視為常數(shù)，不寫入表達式中，根據(jù)平衡常數(shù)表達式知D對。] 3．關于平衡常數(shù)K，下列說法中正確的是(　　) 【導學號：73702125】 A．K值越大，反應速率越大 B．對任一給定的可逆反應，溫度升高，K值增大 C．對可逆反應，K值越大，反應物的平衡轉化率越高 D．加入催化劑或增大反應物濃度，K值將增大 C　[K值與催化劑、反應物的濃度、化學反應速率的大小無關，所以A、D錯誤；與反應溫度有關，但是溫度升高，K值可能增大也可能減小，B也錯誤。] [合 作 探 究攻 重 難] 化學平衡常數(shù)的表達式及應用 一定溫度下，有下列三個可逆反應 ①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　K1 ②CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g)　K2 ③2C(s)＋2H2O(g)2CO(g)＋2H2(g)　K3 [思考交流] 1．每個反應的平衡常數(shù)表達式分別如何表示？ 【提示】　根據(jù)化學方程式可知平衡常數(shù)表達式分別為 ①K1＝； ②K2＝； ③K3＝。 2．分析①、②兩式的平衡常數(shù)表達式，總結可逆反應中正、逆反應的平衡常數(shù)有何關系？ 【提示】　互為倒數(shù)關系，即K1＝。 3．分析①、③兩式的平衡常數(shù)表達式，總結若方程式中各物質的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小，平衡常數(shù)如何變化？ 【提示】　成倍數(shù)次冪增大或減小。即K3＝K。 4．對于反應③，若保持其他條件不變，升高溫度，K值增大，該反應是吸熱反應還是放熱反應？ 【提示】　對于反應③，升高溫度，K值增大，說明反應向著正向進行，則說明正向反應是吸熱反應。 (1)化學平衡常數(shù)是指某一具體反應的平衡常數(shù) ①若反應方向改變，則平衡常數(shù)改變。 ②若化學方程式中各物質的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小，盡管是同一反應，平衡常數(shù)也會改變。 如N2＋3H22NH3，K＝a，則有： 2NH3N2＋3H2，K′＝。 N2＋H2NH3，K″＝a。 (2)化學平衡常數(shù)的應用 ①判斷反應進行的程度 K值越大，說明平衡體系中生成物所占的比例越大，正向反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反應物轉化率越大；反之，就越不完全，轉化率就越小。 ②判斷反應的熱效應 若升高溫度，K值增大，則正反應為吸熱反應； 若升高溫度，K值減小，則正反應為放熱反應。 ③判斷平衡移動方向 利用平衡常數(shù)可從定量的角度解釋恒溫下濃度、壓強對化學平衡移動的影響。 對于可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在任意狀態(tài)下，生成物的濃度和反應物的濃度之間的關系用Q＝表示，則： 當Q＝K時，反應處于平衡狀態(tài)，v正＝v逆； 當Qv逆； 當Q>K時，反應向逆反應方向進行，v正②；H2的轉化率：②>①。 利用“三段式”計算平衡常數(shù)及反應物的轉化率 (1)步驟 ①寫出有關化學反應的方程式。 ②確定各物質的起始濃度、轉化濃度、平衡濃度。 ③根據(jù)已知條件建立等式關系進行解答。 (2)方法 如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質的量濃度分別為a molL－1、b molL－1，達到平衡后消耗A的物質的量濃度為mx molL－1。 (3)計算 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1　化學平衡常數(shù)及影響因素 1．對于反應C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH>0，下列有關說法正確的是(　　) A．平衡常數(shù)表達式為K＝ B．增大體系壓強，平衡常數(shù)K不發(fā)生變化 C．升高體系溫度，平衡常數(shù)K減小 D．增加C(s)的量，平衡正向移動 B　[固態(tài)濃度為“常數(shù)”，視為“1”，不需寫入平衡常數(shù)表達式，A項錯誤；K只與溫度有關，因此增大體系壓強，平衡常數(shù)K不發(fā)生變化，B項正確；升溫該反應正向進行，K增大，C項錯誤；增加C(s)的量，平衡不移動，D項錯誤。] 2．化學平衡常數(shù)K的數(shù)值大小是衡量化學反應進行程度的標志，在常溫下，下列反應的平衡常數(shù)的數(shù)值如下： 2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝11030 2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝21081 2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝410－92 以下說法正確的是(　　) 【導學號：73702126】 A．常溫下，NO分解產(chǎn)生O2的反應的平衡常數(shù)表達式為K1＝c(N2)c(O2) B．常溫下，2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)，此時平衡常數(shù)的數(shù)值約為510－82 C．常溫下，NO、H2O、CO2三種物質分解放出O2的傾向由大到小的順序為H2O>NO>CO2 D．以上說法都不正確 B　[A項，K＝。B項，K＝＝＝510－82，正確。C項，平衡常數(shù)越大，放出O2的傾向越大，NO>H2O>CO2。 題組2　化學平衡常數(shù)的應用 3．高溫下，某反應達平衡，平衡常數(shù)K＝，恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是(　　) A．該反應的焓變?yōu)檎? B．恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小 C．升高溫度，逆反應速率減小 D．該反應的化學方程式為CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) A　[根據(jù)“溫度升高，H2濃度減小”可知升溫平衡正向移動，故A項正確；由K表達式知該反應的化學方程式為CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，D錯誤；恒溫恒容下，增壓平衡不移動，故B項錯誤；升溫正、逆反應速率都增大，故C項錯誤。] 4．高爐煉鐵中發(fā)生的反應之一如下：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)(正反應為吸熱反應)，其平衡常數(shù)可表示為K＝。已知1 100 ℃時，K＝0.263。溫度升高，化學平衡移動后達到新的平衡，高爐內(nèi)CO2和CO的體積比值________，平衡常數(shù)K值________(填“增大”“減小”或“不變”)。 【導學號：73702127】 【解析】　溫度升高，化學平衡向吸熱反應方向移動，即向正反應方向移動，高爐內(nèi)的比值增大，K值增大。 【答案】　增大　增大 題組3　化學平衡常數(shù)及轉化率的簡單計算 5．某溫度下，向容積為2 L的密閉反應器中充入0.10 mol SO3，當反應器中的氣體壓強不再變化時測得SO3的轉化率為20%，則該溫度下反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常數(shù)為 (　　) A．3.2103　　　 B．1.6103 C．8.0102 D．4.0102 A　[SO3的起始濃度為0.05 mol/L，由轉化率可知分解的SO3為0.01 mol/L，所以平衡時SO2、O2、SO3的濃度分別為0.01 mol/L、0.005 mol/L、0.04 mol/L?；瘜W平衡常數(shù)K＝＝3.2103。] 6．在25 ℃時，密閉容器中X、Y、Z三種氣體的初始濃度和平衡濃度如下表： 物質 X Y Z 初始濃度(molL－1) 0.1 0.2 0 平衡濃度(molL－1) 0.05 0.05 0.1 下列說法錯誤的是(　　) 【導學號：73702128】 A．反應達平衡時，X的轉化率為50% B．反應可表示為X＋3Y2Z，其平衡常數(shù)為1 600 C．改變壓強可以改變此反應的平衡常數(shù) D．改變溫度可以改變此反應的平衡常數(shù) C　[X、Y、Z三種物質的濃度變化之比為：(0.1－0.05)∶(0.2－0.05)∶(0.1－0)＝1∶3∶2，故化學反應方程式為X＋3Y2Z，K＝＝＝1 600。平衡常數(shù)K與溫度有關，與壓強無關。]