【课件】化学平衡常数（人教版2019选择性必修1）.pptx

选择性必修1(人教版2019)第二章化学反应速率 化学平衡第二节 化学平衡第2课时 化学平衡常数序序号号起始时的浓度起始时的浓度（10103 3 molLmolL-1-1）平衡时的浓度平衡时的浓度（10103 3 molLmolL-1-1）平衡时平衡时c c(H(H2 2)c c(I(I2 2)c c(HI)(HI)c c(H(H2 2)c c(I(I2 2)c c(HI)(HI)1 11111.9797 6 6.9449440 05.6175.6170 0.594594 12.7012.7048.3748.372 21212.2828 9 9.9649640 03.8413.8411 1.524524 16.8716.8748.6248.623 31212.0101 8 8.4034030 04.5804.5800.9730.973 14.8614.8649.5449.544 40 00 01515.20201.6961.6961.6961.696 11.8111.8148.4948.495 50 00 01212.87871.4331.4331.4331.433 10.0010.0048.7048.706 60 00 03737.77774.2134.2134.2134.213 29.3429.3448.5048.50 457.6 457.6，在容积不变的密闭容器中发生反应：，在容积不变的密闭容器中发生反应：H H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)(g)2HI(g)2HI(g)化学平衡化学平衡，反应物和生成物的浓度之间有什么关系？，反应物和生成物的浓度之间有什么关系？C C(H(H2 2)CC(I(I2 2)C C2 2(HI)(HI)科学家们通过大量数据验证，上述计算得出的定值称为化学平衡常数，用科学家们通过大量数据验证，上述计算得出的定值称为化学平衡常数，用K K来表示。来表示。目目录录化学平衡常数及其应用01其他类型化学平衡常数02习学学目目 标1.1.通通过过思思考考交交流流、问问题题探探究究，借借助助化化学学平平衡衡状状态态时时浓浓度度变变量量的的数数据据实实例例分分析析，认认识识化学平衡常数的概念、表达式、特点及意义。化学平衡常数的概念、表达式、特点及意义。2.2.通通过过问问题题分分析析、讨讨论论交交流流，学学会会运运用用化化学学平平衡衡常常数数对对化化学学反反应应进进行行的的程程度度或或平平衡衡移动的方向做出判断。移动的方向做出判断。3.3.通通过过典典例例分分析析、归归纳纳总总结结，能能利利用用化化学学平平衡衡常常数数计计算算反反应应物物的的转转化化率率，构构建建化化学学平衡常数相关计算的思维模型平衡常数相关计算的思维模型(三段式法三段式法)，厘清计算的思路，灵活解答各类问题。，厘清计算的思路，灵活解答各类问题。4.4.通通过过实实例例探探究究、问问题题分分析析，形形成成对对化化学学平平衡衡的的有有关关规规律律性性认认识识，体体验验发发现现规规律律的的基基本本方方法法和和过过程程，激激发发在在学学习习过过程程中中主主动动探探究究的的欲欲望望，树树立立透透过过现现象象看看本本质质的的唯唯物物主主义观点义观点，提升，提升逻辑思维能力和理论联系实际能力。逻辑思维能力和理论联系实际能力。NO.1 化学平衡常数及其应用（密闭容器（密闭容器 457.6457.6）序序号号起始时浓度起始时浓度mol/L平衡时浓度平衡时浓度mol/L平衡时平衡时H2I2HIH2I2HI10.011970.0694400.0056170.00059360.0127020.011350.0090400.003560.001250.0155930.012010.0084030.00.004580.00097330.014864000.015200.0016960.0016960.011815000.012870.0014330.0014330.010006000.037770.0042130.0042130.02934H2(g)+I2(g)2HI(g)48.3848.6149.5448.4848.7148.81思考1：分析上表，你得出什么结论？结论2：结论1：平衡常数和反应的起始浓度大小无关=平衡常数(K)平衡常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关,即与平衡建立的过程无关。结论3：未平衡时叫做浓度商(Qc)温度不变的前提下查阅文献化学平衡常数1、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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数2、表达式例如：mA+nB pC+qDK=生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积=cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)其中c为各组分的平衡时浓度固体或液体纯物固体或液体纯物质质不列入平衡常数不列入平衡常数K K 为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。为常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。例例11 硝基硝基苯甲酸乙酯在苯甲酸乙酯在OHOH-存在下发生水解反应：存在下发生水解反应：OO2 2NCNC6 6HH4 4COOCCOOC2 2H H5 5+OH+OH-O O2 2NCNC6 6H H4 4COOCOO-+C+C2 2HH5 5OH.OH.两种反应物两种反应物的初始浓度均为的初始浓度均为0.050mol/L,15 0.050mol/L,15 时测得：时测得：OO2 2NCNC6 6HH4 4COOCCOOC2 2HH5 5的转化的转化率率 随时间变化的数据如表所示。列式计算随时间变化的数据如表所示。列式计算15 15 时该反应的平衡常数时该反应的平衡常数 .t/st/s0 01201201801802402403303303030600600700700800800/%/%0 033.033.0 41.841.8 48.848.8 58.058.0 69.069.0 70.470.4 71.071.0 71.071.0 例例22对于对于反应反应2SiHCl2SiHCl3 3(g)SiH(g)SiH2 2ClCl2 2(g)+SiCl(g)+SiCl4 4(g)(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在脂催化剂，在323 K323 K和和343 K343 K时时SiHClSiHCl3 3的转化率随时间变化的结果如图所示。的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K343 K时反应的平衡转化率时反应的平衡转化率=_%=_%。平衡常数平衡常数K K343343=_=_（保留（保留2 2位小数）。位小数）。0.0222(1)(1)如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中，因为它们的如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡关系式中，因为它们的浓度是固定不变的，化学平衡关系式中浓度是固定不变的，化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各只包括气态物质和溶液中各溶质溶质的浓度。的浓度。如如:CaCO:CaCO3 3(s)(s)CaO(s)+COCaO(s)+CO2 2(g)(g)COCO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)CO(g)+HCO(g)+H2 2O(l)O(l)3 3 3 3.书写平衡常数关系式的规则书写平衡常数关系式的规则书写平衡常数关系式的规则书写平衡常数关系式的规则K K=c(CO=c(CO2 2)K K=c(CO)/c(CO=c(CO)/c(CO2 2)C(H)C(H2 2)再如再如:稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也不必写在平衡关系式中，平衡关系式中，如：如：CrCr2 2O O7 72-2-+H+H2 2O 2CrOO 2CrO4 42-2-+2H+2H+K K=c=c2 2(CrO(CrO4 42-2-)c c2 2(H(H+)/c(Cr)/c(Cr2 2OO7 72-2-)又如又如：非水溶液非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为中的反应，如有水生成或有水参加反应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的常数，必须表示在平衡关系式中。如酒精和醋酸的液相液相反应反应 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2OK K=c(CH=c(CH3 3COOCCOOC2 2HH5 5)c(H)c(H2 2O)/O)/c(Cc(C2 2HH5 5OH)OH)c(CHc(CH3 3COOH)COOH)(2)(2)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。的平衡常数关系式及相应的平衡常数。例例 N N2 2(g)+3 H(g)+3 H2 2(g)2NH(g)2NH3 3(g)(g)K K1 1 1/2N1/2N2 2(g)+3/2 H(g)+3/2 H2 2(g)NH(g)NH3 3(g)(g)K K2 2 K K1 1 K K2 2 ，K K1 1=K K2 22 2(3)(3)多重平衡规则多重平衡规则：若干方程式相加若干方程式相加(减减)，则总反应的平衡常数等于分，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积步平衡常数之乘积(商商)例例:2NO(g)+O2NO(g)+O2 2(g)2NO(g)2NO2 2(g)(g)K K1 1 2NO 2NO2 2(g)N(g)N2 2O O4 4(g)(g)K K2 2 2NO(g)+O 2NO(g)+O2 2(g)N(g)N2 2O O4 4(g)(g)K KK=KK=K1 1K K2 2(4)(4)可逆反应规则：可逆反应规则：K K正正KK逆逆=1=1练习1：写出下列反应的平衡常数K的表达式 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)2KClO3(s)KCl(s)+3O2(g)注意1：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数而不代入公式。Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+练习2：写出下列反应的平衡常数K的表达式 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2(g)+H2(g)NH3(g)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)注意观察三者之间的关系！K1=1/K3=K22注意2：化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。练习3：下列三个反应的平衡常数K之间有什么关系2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K1 2NO2(g)N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)N2O4(g)K3 K3 =K1 K2注意3：若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)4、意义a、K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大下表为298K时，卤化氢生成反应的平衡常数：化学方程式平衡常数 KF2+H2=2HF6.51095Cl2+H2=2HCl2.571033Br2+H2=2HBr1.911019I2+H2 2HI8.67102(1)(1)平衡常数平衡常数K K值的大小，可推断反应进行的程度。值的大小，可推断反应进行的程度。一般来说，反应的平衡常数一般来说，反应的平衡常数K10K105 5，认为，认为正反应进行得基本完全；正反应进行得基本完全；K 10K 10-5-5则认为这则认为这个反应的个反应的正反应很难进行正反应很难进行(逆反应较完全）。逆反应较完全）。而而K K在在1010-5-510105 5之间的反应被认为是典型的可逆反应。之间的反应被认为是典型的可逆反应。(2)判断可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行QCK，反应向正方向进行QCK，反应处于平衡状态QCK，反应向逆方向进行比较浓度商(Qc)和平衡常数(K)的大小 对于可逆反应对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定温度的在一定温度的任意时任意时刻时，刻时，Q(Q(浓度商浓度商)为为Q cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)K=生成物浓度(平衡时)幂之积反应物浓度(平衡时)幂之积Qc=生成物浓度(某时刻)幂之积反应物浓度(某时刻)幂之积当说明某时刻的反应程度没有平衡时大，也就说明某时刻并没有达到平衡，且会继续向正反应方向进行达到平衡。K=生成物浓度(平衡时)幂之积反应物浓度(平衡时)幂之积Qc=生成物浓度(某时刻)幂之积反应物浓度(某时刻)幂之积当说明某时刻的反应程度超过平衡时的反应程度，那么反应会向逆反应方向进行，“消除超过的部分”以达到平衡。练习1：高炉炼铁中发生的基本反应如下:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)(条件省略)已知1100，K=0.263，某时刻测得高炉中c(CO2)=0.025molL-1，c(CO)=0.1molL-1 在这种情况下：(1)该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)；(2)此时反应会向_进行？（填“正向”或“逆向”）；(3)此时化学反应速率是正 _逆(填“大于”、“小于”或“等于”)。Qc=c(CO2)c(CO)=0.025molL-1 0.1molL-1=0.25否正向大于QCK，反应向正方向进行(3)(3)平衡常数平衡常数K K仅与温度有关仅与温度有关，与浓度、压强、催化剂等均无关，与浓度、压强、催化剂等均无关，由由K K可可推断反应的热效应推断反应的热效应 若升高温度若升高温度,K,K增大，正反应是吸热反应增大，正反应是吸热反应,若升高温度若升高温度,K,K减小减小 ,正反应是放热反应。正反应是放热反应。温度温度623K623K698K698K763K763K浓度平衡常数浓度平衡常数66.966.954.454.445.945.9 通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断该可逆反应的正方向是断该可逆反应的正方向是_反应反应.放热放热练习练习2 2、不同温度时，反应、不同温度时，反应:H H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)2HI(g),(g)2HI(g),的的平衡常数与温度平衡常数与温度的关系如下：的关系如下：若升高温度，K值减小，则反应程度减小，则正反应为放热反应。反应逆向进行若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。只有温度变化导致的平衡移动才会使K值变化！练习3：在一定体积密闭容器中，进行如下反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其平衡常数和温度t的关系如下：t/C70080083010001200k0.60.91.01.72.6(1)k的表达式为：；(2)该反应为反应（“吸热”或“放热”）；(3)若c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),此时温度为 ；(4)在上述温度下,_时,反应物转化率最大。c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)吸热8301200利用K可判断反应的热效应【典例典例分析分析】在在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应一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),其其化学平衡常化学平衡常数数(K)和和温度温度(t)的关系如下表所示的关系如下表所示:t/t/7007008008008308301 0001 0001 2001 200K K0.60.60.90.91.01.01.71.72.62.6问题思考问题思考:(1)该反应的化学平衡常数该反应的化学平衡常数K的表示式是什么的表示式是什么?(2)该反应该反应H0还是还是H0。该反应为吸热反应。该反应为吸热反应(因因K随温度升高而随温度升高而增大增大)。(3)700,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的的平衡常数平衡常数K是多少是多少?提示提示:K=。该反应平衡常数与题目中反应的该反应平衡常数与题目中反应的平衡常数平衡常数互为倒数。互为倒数。提示提示:逆向。判断反应进行的方向时逆向。判断反应进行的方向时,可根据可根据Qc与与K的大的大小关系判断小关系判断,此时刻下此时刻下,Qc=10.9,所以反应向逆反应方向进行。所以反应向逆反应方向进行。(4)在在800 时时,发生上述反应发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为为2 molL-1,c(H2)为为1.5 molL-1,c(CO)为为1 molL-1,c(H2O)为为3 molL-1,则下一时刻则下一时刻,反应向哪个方向反应向哪个方向进行进行?解解(1)根据题意有根据题意有:K=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25 H2 +I2 2HIC(始始)/mol.L-1 C/mol.L-1 C(平平)/mol.L-1 0.010 0.010 00.0020 0.0020 0.00400.0080 0.0080 0.0040 例例2 2:在某温度下在某温度下,将将H H2 2和和I I2 2各各0.10mol0.10mol的气态混合物充入的气态混合物充入10L10L的密闭容器中的密闭容器中,充分反应充分反应,达达到平衡后到平衡后,测得测得C(HC(H2 2)=0.0080mol/L.)=0.0080mol/L.(1)(1)求该反应的平衡常数求该反应的平衡常数(2)(2)在上述温度下在上述温度下,该容器中若通入该容器中若通入H H2 2和和I I2 2蒸汽各蒸汽各0.20mol.0.20mol.试求达到化学平衡状态时各物试求达到化学平衡状态时各物质的浓度质的浓度.解解(2)设设H2的消耗浓度为的消耗浓度为x H2 +I2 2HIC(始始)/mol.L-1 0.020 0.020 0C/mol.L-1 X x 2xC(平平)/mol.L-1 0.020-x 0.020-x 2xK=C(HI)2C(H2)C(I2)=0.25=(2x)2(0.020-x)2X=0.0040mol/LC(H2)=c(I2)=0.016mol/L C(HI)=0.0080mol/L课堂小结NO.2 其他类型化学平衡常数1.1.分压平衡常数分压平衡常数K Kp p (只受只受温度温度影响影响)一定温度下，气相反应一定温度下，气相反应:mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g):mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)达平衡时，达平衡时，在浓度在浓度平衡常数表达式中，用平衡常数表达式中，用分压分压代替代替浓度浓度，即，即气态生成物气态生成物分压幂之积分压幂之积与与气态反应物气态反应物分压分压幂之积幂之积的比值为一个常数，用符号的比值为一个常数，用符号K Kp p表示，表示，K Kp p的表达式如下：的表达式如下：p pe e(C)p(C)pf f(D)(D)p pmm(A)(A)ppn n(B)(B)K Kp p=某气体的分压某气体的分压=气体总压气体总压该气体的该气体的体积体积分数分数 (物质的量分数物质的量分数)气体总压气体总压=气体分压之和气体分压之和 分压之比气体物质的量之比分压之比气体物质的量之比 气体分压与总压之比气体分压与总压之比=气体物质的量分数气体物质的量分数分压平衡常数的单位一般要求写出分压平衡常数的单位一般要求写出练练习习1 1、一一定定温温度度下下，在在1 1 L L恒恒容容密密闭闭容容器器中中充充入入2 2 mol mol NO(g)NO(g)和和1 mol Cl1 mol Cl2 2(g)(g)，起始总压强为，起始总压强为P P0 0，发生反应：，发生反应：2NO2NO(g)(g)+Cl+Cl2 2(g)(g)2NOCl 2NOCl(g)(g)达到平衡后，压强为原来的达到平衡后，压强为原来的5/65/6。该温度下反应的平衡常数该温度下反应的平衡常数K K=、K Kp p=。2 26/P6/P0 05/3练练习习2 2、一一定定温温度度下下，在在初初始始体体积积为为1L1L的的恒恒压压密密闭闭容容器器中中充充入入2 2 mol mol NO(g)NO(g)和和1 1 mol mol ClCl2 2(g)(g)，起起始始总总压压强强为为P P0 0 P Pa a，发生反应：发生反应：2NO 2NO(g)(g)+Cl+Cl2 2(g)(g)2NOCl 2NOCl(g)(g)达到平衡后，体积为原来的达到平衡后，体积为原来的5/65/6。该该 温温 度度 下下 反反 应应 的的 平平 衡衡 常常 数数K Kc c=、K Kp p=。5/P0 Pa-1名师点拨：名师点拨：(1)(1)恒温恒容，恒温恒容，P P变，算变，算K Kp p要小心；要小心；(2)(2)恒温恒压，恒温恒压，V V变，算变，算K K要小心要小心!2.52.81032.8103结论：当n(g)=0时，K=Kp=Kx2.81032.52.8103【2017全国卷，28(3)改编】H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，压强为P0 Pa，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1%，反应平衡常数Kc 、Kp 、Kx 。2.8103结论：当n(g)=0时，Kc=Kp=Kx2.81032.物质的量分数平衡常数Kx看到名字你想到了什么？看到名字你想到了什么？3 3.标准平衡常数标准平衡常数K K (相对分压平衡常数相对分压平衡常数)()(只受只受温度温度影响影响)一定温度下，气相反应一定温度下，气相反应:mA(g)+nB(g):mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)eC(g)+fD(g)达平衡时，在浓度平衡常数表达式中，用达平衡时，在浓度平衡常数表达式中，用相对分压相对分压代替代替浓度浓度，所得的平衡常数为标准平衡常数，所得的平衡常数为标准平衡常数，用符号用符号K K 表示，表示，K K 的表达式如下：的表达式如下：某气体的相对分压某气体的相对分压=该气体的分压该气体的分压p p，其中其中p p=100kPa=100kPa（标准压力）（标准压力）标准平衡常数的量纲为标准平衡常数的量纲为1 1例例4 4、某某兴兴趣趣小小组组对对反反应应2NH2NH3 3(g)(g)N N2 2(g)(g)3H3H2 2(g)(g)进进行行了了实实验验探探究究。在在一一定定温温度度和和催催化化剂剂的的条条件件下下，将将0.1molNH0.1molNH3 3通通入入3L3L的的密密闭闭容容器器中中进进行行反反应应(此此时时容容器器内内总总压压为为200kPa)200kPa)，各各物物质质的的分分压压随随时时间间的的变变化化曲曲线线如如图图所示所示。0.48NH3H2N2