【全程学习方略】2014版高中化学221化学平衡常数平衡转化率配套课件鲁科版选修4

第1课时化学平衡常数平衡转化率1.掌握化学平衡状态的特征及标志。2.了解化学平衡常数的含义及影响因素。3.了解平衡转化率的含义，能够进行有关平衡转化率的计算。4.能够利用化学平衡常数判断化学反应进行的方向。一、化学平衡常数(1)什么是化学平衡常数?(2)化学平衡常数与哪些因素有关？(3)化学平衡常数有何应用？1.定义在_____一定时，当一个可逆反应达到化学平衡状态后，________浓度化学计量数次幂之积与_______浓度化学计量数次幂之积的比值为一个常数，此常数称为化学平衡常数，简称平衡常数。温度生成物反应物2.符号与表达式(1)符号：__。(2)表达式。以化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)为例：3.影响因素(1)内因：反应物的_________。(2)外因：反应体系的_____。KcdabCDAB［］［］［］［］K本身性质温度4.应用(1)判断反应的限度。①K的大小反映了化学反应可能进行的_____(即反应限度)。②K越大，说明正反应可以进行得越_____。程度完全很难进行反应可逆进行完全(2)判断反应是否达到平衡状态。对化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态有：浓度商：①若QK，说明反应_____进行，此时v(正)__v(逆)；②若Q=K，说明反应达到_________，此时v(正)__v(逆)；③若QK，说明反应_____进行，此时v(正)__v(逆)。_____________QcdabcCcDcAc(B)逆向平衡状态=正向二、平衡转化率(1)什么是平衡转化率？(2)平衡转化率是如何计算的？1.概念：可逆反应达到平衡时某种反应物转化的物质的量浓度(或物质的量)与该物质起始浓度(或起始物质的量)的百分比。2.表达式对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，反应物A的平衡转化率(该条件最大转化率)可表示为：说明：c0(A)：反应物A的起始浓度，［A］：平衡时A的浓度n0(A)：反应物A的起始物质的量000cAAcAA100%100%cAcA［］0nAA100%nA或1.一定温度下的反应A(g)＋3B(g)2C(g)，若单位时间内生成amolA，同时生成3amolB，表示反应达到了平衡状态。()分析：反应物A和B的生成都代表了逆反应速率，不能表示反应达到了平衡状态。2.化学平衡常数与反应物和生成物的浓度有关。()分析：化学平衡常数只与温度有关，与反应物和生成物的浓度无关。××3.化学平衡常数K越大表示反应进行得越彻底。()分析：K的大小反映了反应进行的程度，K越大表示反应进行得越彻底。4.同一个化学反应中的两种反应物的转化率一定相等。()分析：反应物的转化率与初始充入的量及转化的量有关，同一个化学反应中的两种反应物的转化率不一定相等。5.平衡常数K值越大，表明该反应越有利于生成物的生成，反应物的转化率越大。()分析：平衡常数K的大小与反应物的转化率无关。√××一、化学平衡状态的判断可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。以容积不变的密闭容器中的反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例：在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应达到平衡状态。(1)v(正)=v(逆)。①同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，如有mmolA消耗同时生成mmolA。②不同的物质：速率之比等于方程式中的化学计量数比，但必须是不同方向的速率。即必须是一个v(正)一个是v(逆)，且两者之比等于化学计量数比，如有mmolA—A键断裂就有nmolB—B键生成。(2)对于体系中的各组成成分。(3)对于体系中的混合物。【拓展延伸】其他情况的化学平衡状态判断(1)对于容积不变的密闭容器中的反应mA(s)+nB(g)====pC(g)+qD(g)。①各组成成分的质量或质量分数不变表明反应达到平衡。②各组成成分的物质的量或物质的量分数或体积分数不变表明反应达到平衡。③各组成成分的物质的量浓度保持不变表明反应达到平衡。④各反应物的转化率、各产物的产率保持不变表明反应达到平衡。⑤气体密度不变，表明反应达到平衡。⑥若n=p+q，气体的总物质的量不变或压强不变或气体的平均相对分子质量不变，不能表明反应达到平衡；若n≠p+q，气体的总物质的量不变或压强不变或气体的平均相对分子质量不变，能表明反应达到平衡。压强不变，表明反应达到平衡。(2)对于反应mA(g)+nB(g)====pC(g)+qD(g)。反应在恒温恒压的密闭容器中进行，若m+n=p+q，气体的密度不变，不能说明反应达到平衡状态；若m+n≠p+q，气体的密度不变，能说明反应达到平衡状态。(3)对于绝热的密闭容器中的可逆反应，若体系的温度保持不变，则说明反应已达平衡状态。(4)浓度商Q等于化学平衡常数K，说明反应达到平衡状态。(5)特殊情况。①反应A(s)====B(g)+C(s),气体的相对分子质量不变化，不能说明反应达到平衡状态。②反应A(g)+B(g)====C(s),A的体积分数不变，不能说明反应达到平衡状态。(6)对于有有色物质参加的可逆反应，体系的颜色不变。如：2NO2(g)====2NO(g)+O2(g)，2HI(g)====H2(g)+I2(g)等反应体系的颜色不变，则表明有色气体NO2、I2的浓度不变，反应达到平衡。【特别提醒】(1)判断反应是否达到平衡时，注意反应方程式中各反应物和生成物的状态及外界条件是容积不变(恒容)还是容积可变(恒压)。(2)利用v(正)=v(逆)判断反应达到平衡状态时，注意两点：①“一正一逆”：两反应速率必须一个表示正反应速率(反应物的减少或生成物的增多)，一个表示逆反应速率(反应物的增多或生成物的减少)。②“相等”：不同反应物表示的速率之比等于方程式中化学计量数之比。(3)容积不变时容器内的压强和容积可变时容器的容积都与体系内气体的物质的量有关。【典例1】在一定温度下的容积不变的密闭容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)＋2B(g)====C(g)＋D(g)已达平衡的是()A．每生成1molA时，消耗1molDB．混合气体的密度不变C．C与D的物质的量相等D．气体的总物质的量不变【思路点拨】解答本题时要注意以下两点：(1)反应方程式中各组分的状态；(2)混合气体的密度与混合气体的质量有关。【解析】选B。A的生成与D的消耗都表示逆反应速率，不能表示反应达平衡状态；容积不变时，混合气体的密度不变表示混合气体的质量不变，即固体A的质量不变，表示反应已达平衡；无论反应是否处于平衡状态，C与D的物质的量都相等；A是固态，反应前后气体的总物质的量不变化。【方法技巧】判断反应达到平衡状态的方法平衡状态强调两方面：各组成成分的百分含量保持不变；正反应速率等于逆反应速率。例如对于反应A2(g)+B2(g)2AB(g)。(1)不变。若说不变，则是指含量，或能表明含量的叙述。可以是A2、B2、AB的体积分数、物质的量分数、质量分数以及分子数之比不变，A2、B2的转化率不变，体系的温度不变，体系的颜色不变；对于反应前后气体体积发生变化的反应，还可以是体系平均相对分子质量、压强、总物质的量等不变。(2)相等。若说相等，则是指正、逆反应速率相等。例如，生成AB的速率与AB分解的速率相等；单位时间内，反应掉A2的分子数与生成A2的分子数相等。有些叙述肯定不对，如生成B2的速率与反应掉AB的速率相等；反应掉A2的速率与反应掉B2的速率相等；A2的浓度与B2的浓度相等；B2与AB的体积分数相等；A2与B2的转化率相等。二、化学平衡常数与转化率1.化学平衡常数(1)平衡常数的表达式。①书写形式与化学方程式的书写有关同一个化学反应，化学方程式书写形式不同，平衡常数表达式不同。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，即K正·K逆=1。如：322331222SO1SOgOgSOg2SOO［］，［］［］K2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)，231222SOSOO［］［］［］K222223SOOSO［］［］［］K②平衡常数中的浓度专指气体或溶液的物质的量的浓度，单位为mol·L－1，固体和纯液体的浓度可看做常数，不列入表达式。如Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，(2)平衡常数的单位。化学平衡常数可能有单位，也可能没有单位，视具体的反应而定。如：则K1的单位为(mol·L-1)-1；则K2的单位为mol·L-1。323COCO［］［］K231222SOSOO［］，［］［］K222223SOO SO［］［］，［］K(3)化学平衡常数的影响因素。虽然化学平衡常数可用各组分的平衡浓度计算得到，但化学平衡常数只与温度有关，与各组分的浓度无关。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是多少，K是一个常数；若温度发生变化，K值有可能变大也有可能变小，若温度变化使得化学平衡正向移动时，平衡常数增大，使化学平衡逆向移动时，则平衡常数减小。(4)平衡常数的计算。平衡常数是用化学反应中各组分的平衡浓度计算的，表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的值，不能是任一时刻的浓度值。2.转化率(1)转化率的表达式。反应物A的平衡转化率(该条件最大转化率)可表示为：0000cAAcAA100%100%cAcAnAA100%nA［］或(2)转化率的影响因素。①化学平衡发生移动时，反应物的平衡转化率也会发生变化。②对于容积不变的密闭容器中的反应mA(g)+nB(g)====pC(g)+qD(g)向上述反应的平衡体系中再加入A，会增大B的转化率，会使A的转化率变小。【特别提醒】(1)化学平衡发生移动时，化学平衡常数不一定变化；如果是温度引起化学平衡移动，则化学平衡常数一定会变化。(2)化学平衡常数变化时，化学平衡一定发生了移动。化学平衡常数变大，则化学平衡一定是正向移动。【典例2】(2012·玉林高二检测)某温度下，在一个2L的密闭容器中，加入4molA和2molB进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6molC，则下列说法正确的是()A．该反应的化学平衡常数表达式是B．此时，B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B，B的平衡转化率增大4232cCcDcAc(B)＝K【思路点拨】解答本题时要注意以下两点：(1)固体不出现在平衡常数的表达式中。(2)化学平衡常数只与温度有关。【解析】选B。C是固体，不出现在平衡常数的表达式中；生成1.6molC时，消耗了0.8molB，B的平衡转化率是40%；增大该体系的压强，化学平衡常数不变；增加B，B的平衡转化率减小。【警示钟】分析化学平衡常数的变化时，易忽略平衡常数只与温度有关。三、化学平衡的计算——三段式法有关化学平衡的计算问题，可按下列步骤建立模式，确定关系进行计算。如可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，假定反应物A、B的起始加入量分别为amol·L-1、bmol·L-1，达到平衡时，设A物质转化的物质的量浓度为：mxmol·L-1。1.模式：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始量(mol·L-1)ab00变化量(mol·L-1)mxnxpxqx平衡量(mol·L-1)a-mxb-nxpxqx对于反应物：c(平)=c(始)-c(变)对于生成物:c(平)=c(始)+c(变)2.基本步骤(1)确定反应物或生成物的起始浓度。(2)确定反应过程的变化浓度。(3)确定各物质的平衡浓度。(4)通过平衡常数表达式列出计算式。(5)求解所列计算式。【特别提醒】(1)用“三段式”法解决化学平衡计算问题时，变化量的比值一定等于化学方程式中的化学计