2013高中化学-第二章-第三节第2课时化学平衡常数精品课件-新人教版选修4

第2课时化学平衡常数新知初探自学导引自主学习化学平衡常数对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到___________时，____________________与___________________的比值。化学平衡生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积2．表达式：____________________。3．特点：K值只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。4．意义：K值越大→平衡体系中生成物所占的比例_____→正向反应进行的程度_____→反应进行得越_____→反应物的转化率_____;反之，就越____________，转化率就越小。当______时，该反应进行得就基本完全了。K＝cpC·cqDcmA·cnB温度越大越大完全越大不完全K105想一想怎样理解“化学平衡常数与反应物、生成物的浓度无关”？提示：化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也无论反应物起始的浓度是大还是小，最后都能达到平衡，这时各生成物浓度幂的乘积除以各反应物浓度幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示。例如：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝cpC·cqDcmA·cnB(式中各浓度均为平衡浓度)。化学平衡常数是一个常数，只要温度不变，一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值。自主体验判断正误1．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。()2．化学平衡常数与浓度有关,与温度无关。()3．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。()4．对于一个可逆反应，平衡正向移动时，平衡常数一定增大。()5．升高温度，K值增大，则正反应为放热反应。()答案：1.×2.×3.√4.×5.×要点突破讲练互动化学平衡常数的理解及应用探究导引1对于可逆反应C(s)＋H2O(g)高温CO(g)＋H2(g)ΔH0，思考回答以下问题：(1)写出其平衡常数表达式，并据此分析应注意的问题。(2)若在一定温度下，增大c(H2O)，K如何变化？若升高温度，K又如何变化？提示：(1)根据化学方程式可知其平衡常数K＝cCO·cH2cH2O，此时注意反应物C为固体，因为其浓度为常数，所以不代入平衡常数表达式。(2)因为平衡常数K仅仅是温度的函数，所以温度一定时，不随反应物或生成物的浓度变化而变化，故增大c(H2O)，K不变；又因为该可逆反应的正反应为吸热反应，故升高温度时，平衡正向移动，c(CO)和c(H2)增大，c(H2O)减少，所以K增大。要点归纳1．化学平衡常数的正确理解对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下的化学平衡常数K＝cpC·cqDcmA·cnB。(1)平衡常数K仅仅是温度的函数，与反应物或生成物的浓度变化无关。只要温度一定，即便外界条件改变引起了化学平衡的移动，K也不变；只要温度变化，平衡一定发生移动，则K就变化。(2)c(A)、c(B)、c(C)、c(D)是指化学平衡状态时的浓度，不是初始浓度，又因为固体或纯液体的浓度可看作常数，所以固体或纯液体不代入公式。(3)当同一化学反应，其方程式的化学计量数等倍扩大或缩小时，则K值会发生改变。2．化学平衡常数的应用(1)判断平衡移动的方向对于上述可逆反应在任意状态时，生成物与反应物的浓度幂之积之比称为浓度商Qc，则Qc＝cpC·cqDcmA·cnB，则QcK，反应向正反应方向进行Qc＝K，反应处于平衡状态QcK，反应向逆反应方向进行(2)判断反应的热效应(3)计算反应物的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。特别提醒(1)化学平衡常数不表示化学反应速率，能表示化学反应限度。K值越大，反应进行的越完全，但无法描述反应速率。(2)化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强、催化剂等无关。即时应用1．在煤化工中常需研究不同温度下反应的平衡常数，投料比及反应热等问题。已知：可逆反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示：试回答下列问题。(1)上述正反应是_______(填“放热”或“吸热”)反应。(2)已知在一定温度下发生如下反应：温度/℃400500800平衡常数/K9.9491C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡常数为K；C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡常数为K1；CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，平衡常数为K2。则K、K1、K2之间的关系是________________。(3)在500℃时，若起始时CO、H2O的浓度均为0.02mol·L－1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为________。(4)向VL密闭容器中通入10molCO和10mol水蒸气，在T℃时达到平衡，然后迅速除去水蒸气(除去水蒸气时其他物质的物质的量不变)，将混合气体点燃，测得放出的热量为2842kJ(已知CO的燃烧热为283kJ·mol－1，H2的燃烧热为286kJ·mol－1)，则T℃时的平衡常数K＝________。解析：(1)由于K＝cH2·cCO2cCO·cH2O，由表中数据可知，升高温度平衡常数减小，故正反应是放热反应。(2)由于第二个化学方程式减去第三个化学方程式得第一个化学方程式，故K＝K1K2。(3)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始量/mol·L－1:0.020.0200平衡量/mol·L－1:0.02－x0.02－xxxx2/(0.02－x)2＝9，x＝0.015，所以CO的转化率为：0．015/0.02×100%＝75%。(4)设有xmolCO发生反应，则(10－x)×283＋286x＝2842，解得：x＝4。所以平衡时CO、H2O、H2、CO2的浓度依次为6/Vmol·L－1、6/Vmol·L－1、4/Vmol·L－1、4/Vmol·L－1，K＝4/9＝0.44。答案：(1)放热(2)K＝K1/K2(3)75%(4)0.44探究导引2等效平衡中的不同情况其等效程度有什么区别？提示：一种所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的浓度、物质的量、质量分数(或气体的体积分数)均相同，类似于几何学上的全等图形。等效平衡另一种所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。要点归纳1．等效平衡化学平衡状态与条件息息相关，而与建立平衡的途径无关。对于同一可逆反应，在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，以不同投料方式(即从正反应、逆反应或从中间状态开始)进行反应，只要达到平衡时各物质的百分含量(体积分数、物质的量分数或质量分数)相等，这样的化学平衡即互称为等效平衡。2．分类与规律规律分类判断方法类型非等体反应恒温恒容如果按照方程式的化学计量数关系转化为方程式同一边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的例如：恒温、恒容下的可逆反应：2SO2＋O22SO3①2mol1mol0mol②0mol0mol2mol③0.5mol0.25mol1.5mol上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物，则SO2均为2mol、O2均为1mol，三者建立的平衡状态完全相同规律分类判断方法类型非等体反应恒温恒压如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡是等效的例如：恒温、恒压条件下，对于可逆反应：N2＋3H22NH3①1mol3mol0mol②2mol6mol1mol③0mol0mol0.5mol上述三种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，三种情况下，N2与H2的物质的量比均为1∶3，因此上述三种情况建立的化学平衡状态是等效的规律分类判断方法类型等体反应恒温恒容如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡是等效的例如：恒温、恒容条件下，对于可逆反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)①1mol1mol0mol②2mol2mol1mol上述两种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下H2(g)与I2(g)的物质的量比均为1∶1，因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的特别提醒运用等效平衡原理解题的关键是：(1)准确判断两种平衡状态是等效平衡的。(2)分清是恒温、恒容条件下的等效平衡还是恒温、恒压条件下的等效平衡。即时应用2．(2012·合肥高二检测)在密闭容器中，保持一定温度进行如下反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知加入1molN2和3molH2，在恒压条件下达到平衡时生成amolNH3，在恒容条件下达到平衡时生成bmolNH3(见下表中编号①的一行)。若相同条件下，达到平衡时混合物中各组分的百分含量不变。回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式，K＝__________。(2)平衡常数K值越大，表明建立平衡时__________(填字母序号)。A．N2的转化率越高B．NH3的产量越大C．正反应进行得越彻底D．化学反应速度越快(3)a与b的关系是：a__________b(填“”、“”或“＝”)。(4)填写下表：状态条件起始时物质的物质的量(mol)平衡时NH3的物质的量(mol)编号n(N2)n(H2)n(NH3)恒容①130b②00b③2.25b解析：(1)据化学平衡常数的定义可写出K＝c2NH3cN2·c3H2。(2)平衡常数K越大，正反应进行的越彻底，反应物的转化率越大，但化学反应速率及产物产量不一定大，故A、C正确，B、D错误。(3)同样将1molN2和3molH2充入密闭容器，前者在恒压条件下，后者在恒容条件下，因随着反应的不断进行，物质的量不断减小，故前者相当于在后者的基础上增大压强，故反应正向进行的程度更大,生成的NH3更多，故ab。(4)此时为等温等容条件下且反应前后气体分子数发生改变的反应，故只要完全转化到方程式的左侧n(N2)＝1mol,n(H2)＝3mol即可。因此②中n(NH3)＝2mol，③中设n(N2)＝x，n(NH3)＝y，则有2.25mol＋32y＝3mol，12y＋x＝1mol，解得：y＝0.5mol，x＝0.75mol。答案：(1)c2(NH3)/c(N2)·c3(H2)(2)AC(3)(4)②2③0.750.5探究导引3什么是“三段式”分析法？提示：三段式法就是依据化学方程式列出各物质的起始量、变化量和平衡量，然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种方法，这是解答化学平衡计算题的一种“万能方法”。化学平衡的计算——“三段式”分析法要点归纳1．模式aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c(初)(mol/L)n1n200Δc(mol/L)n1xban1xcan1xdan1xc(平)(mol/L)n1(1－x)n2－ban1xcan1xdan1x关系：反应物：c(平)＝c(初)－Δc生成物：c(平)＝c(初)＋Δc2．解题思路3．基本计算关系(1)各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。(2)反应物的转化率＝Δcc初×100%＝Δnn初×100%。(3)生成物的产率＝该物质的实际生成量该物质的理论生成量×100%。(4)平衡时各组分的体积分数＝该组分的物质的量分数＝n平n总×100%。特别提醒改变平衡条件时，气体的平均相对分子质量(M)变化的规律：(1)体系中若全为气体：据M＝m(总)/n(总)直接判断；(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，则需根据混合气体中各组分的气体体积比计算：M＝M1×V1%＋M2×V2%＋……。即时应用3．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P