2020高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡 第3课时课件 新人教版选修4

[明确学习目标]1.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。2.了解平衡转化率的含义。23学生自主学习一、化学平衡常数1．定义在一定温度下，当一个可逆反应达到时，与的比值是一个常数。这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)，用K表示。2．表达式对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝cpC·cqDcmA·cnB。3．特点化学平衡常数只受的影响，与和无关。□01化学平衡□02生成物浓度幂之积□03反应物浓度幂之积□04温度□05压强□06浓度二、平衡转化率1．定义：平衡转化率是指了的某反应物的量与该反应物的量之比。2．表达式：对于反应：aA＋bBcC＋dD，反应物A的转化率可以表示为：□01平衡时已转化□02转化前1．对于一个可逆反应，平衡常数的表达式是唯一的吗？提示：不唯一。化学平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数：K1＝c2NH3cN2·c3H2。12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)的平衡常数：K2＝cNH3c12N2·c32H2。NH3(g)12N2(g)＋32H2(g)的平衡常数：K3＝c12N2·c32H2cNH3。它们之间的关系为：K1＝K22＝1K23。提示2．对一个反应来说，平衡向正反应方向移动，是不是各反应物的转化率都增大？提示：不一定，比如对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大N2的浓度，平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，而N2自身的转化率却是减小的。提示23课堂互动探究一、化学平衡常数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，吸热反应，T越高，K越大；放热反应，T越高，K越小，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或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数“1”而不写入表达式。如A(g)＋B(g)2C(s)，K＝1cA·cB。(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。(4)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。(5)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。(6)使用化学平衡常数数值时，必须注明对应的温度。(7)K的单位一般不作要求。2．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，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，该反应进行得越不完全，反应物的转化率就越小。(2)判断反应的热效应升高温度，K值增大，正反应为吸热反应；升高温度，K值减小，正反应为放热反应。(3)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意时刻有浓度商Qc＝cpC·cqDcmA·cnB①当QcK时，反应向正反应方向进行；②当Qc＝K时，反应处于平衡状态；③当QcK时，反应向逆反应方向进行。[即时练]1．在容积固定的密闭容器中发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是()A．从700℃到900℃，平衡体系中气体的密度变大B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝cFeO·cCOcFe·cCO2C．绝热容器中进行该反应，温度不再变化，则达到化学平衡状态D．该反应的正反应是放热反应答案C答案解析700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15，说明正反应是吸热反应，升高温度，平衡正向进行，气体质量减小，气体体积不变，密度减小，A、D错误；平衡常数K＝cCOcCO2，B错误；该可逆反应存在热量变化，当在绝热容器中进行该反应，温度不再变化，说明该反应正逆反应速率相等，达到化学平衡状态，C正确。解析2．在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)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。(2)该反应的正反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(3)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________℃。此温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为________。(4)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2mol·L－1，c(H2)为1.5mol·L－1，c(CO)为1mol·L－1，c(H2O)为3mol·L－1，则正、逆反应速率的比较为v正________v逆(填“”“”或“＝”)。答案(1)cCO·cH2OcCO2·cH2(2)吸热(3)83050%(4)答案解析(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，说明正反应为吸热反应。(3)由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃。设反应了的CO2为xmol，则消耗掉的H2为xmol，生成的CO和H2O均是xmol(体积为VL)，K＝1＝xV·xV1－xV·1－xV，整理得x＝0.5，则CO2的转化率为50%。(4)Qc＝cCO·cH2OcCO2·cH2＝1×32×1.5＝10.9，所以v正v逆。解析规律方法利用平衡常数K判断反应热效应的方法二、转化率计算的思路和方法1．化学平衡状态各反应物、生成物物质的量(浓度)与起始量、变化量的关系反应物：n(平)＝n(始)－n(变)生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)2．模式：“三段式法”对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后，A的消耗量为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol·L－1)ab00变化(mol·L－1)mxnxpxqx平衡(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx则有：(1)K＝pxp·qxqa－mxm·b－nxn(2)A的转化率α(A)＝mxa×100%(3)A的体积分数φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%3．转化率计算公式转化率＝反应物转化的浓度或物质的量、体积反应物起始的浓度或物质的量、体积×100%[即时练]3．在某温度下，将2molA和3molB充入一密闭容器中，发生反应aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5min后达平衡，各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)＝c(C)·c(D)。若在温度不变的情况下将容器的体积扩大为原来的5倍，A的转化率不发生变化，则B的转化率为()A．60%B．40%C．24%D．4%答案B答案解析当体积扩大为原来的5倍时，A的转化率不发生变化，由此可知为等体积反应，即a＝1，由平衡浓度关系知，某温度下，平衡常数K＝1，再由“三段式”可求出B的转化率为40%，B正确。解析4．已知：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝QkJ·mol－1，其平衡常数随温度变化如下表所示：温度/℃400500850平衡常数9.9491请回答下列问题：(1)上述反应的化学平衡常数表达式为____________________________。该反应的Q________0(填“”或“”)。(2)850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H2O(g)，发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如图所示，则0～4min时平均反应速率v(CO)＝__________。(3)若在500℃时进行，且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020mol/L，该条件下，CO的最大转化率为________。答案(1)K＝cCO2·cH2cCO·cH2O(2)0.03mol/(L·min)(3)75%答案解析(1)可逆反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝cCO2·cH2cCO·cH2O。由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，所以Q0。(2)由图像可知：CO在4min内浓度减小了0.20mol/L－0.08mol/L＝0.12mol/L，则v(CO)＝0.12mol/L÷4min＝0.03mol/(L·min)。解析(3)500℃时平衡常数为9，设CO最多能转化xmol/L，则CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始mol/L0.020.0200转化mol/Lxxxx平衡mol/L0.02－x0.02－xxx则有x20.02－x2＝9，解得x＝0.015，则CO的最大转化率为0.0150.02×100%＝75%。解析规律方法化学平衡的解题思路(1)巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。(2)确定三个量：根据平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量列出三段式。(3)解题设问题：明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。本课归纳总结23学习效果检测1．一定温度下，在容积为2L的密闭容器中发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，部分数据见下表(表中t2t1)。反应时间/min0t1t2n(CO)/mol1.200.80n(H2O)/mol0.600.20n(CO2)/mol0n(H2)mol0下列说法正确的是()A．反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝0.40t1mol·L－1·min－1B．平衡时CO的转化率为66.67%C．该温度下反应的平衡常数为1D．其他条件不变，若起始时n(CO)＝0.60mol，n(H2O)＝1.20mol，则平衡时n(CO2)＝0.20mol答案C答案解析根据化学方程式可知在t1min内生成0.40molH2，因此在t1min内的平均速率为v(H2)＝0.40mol2L×t1min＝0.20t1mol·L－1·min－1，故A错误。根据化学方程式可知t1min、t2min时均有n(CO)＝0.80mol，n(H2O)＝0.20mol，n(CO2)＝n(H2)＝0.40mol，故表格中t1min、t2min时的数据均为平衡时的物质的量。据此可求出CO平衡时转化率为0.4mol1.2mol≈33.33%。故B错误。由于该反应是一个反应前后气体体积不变的反应，将平衡时的物质的量代入平衡常数表达式，可计算出反应的平衡常数为1，C正确。根据平衡常数值可计算出D项中平衡时n(CO2)＝0.40mol，故D错误。解析2．将2molA与2molB混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋3B(g)2C(g)＋zD(g)，若2分钟后达到平衡，A的转化率为50%，测得v(D)＝0.25mol/(L·min)，则下列推断正确的是()A．v(C)＝0.2mol/(L·min)B．z＝3C．B的转化率为25%D．C的体积分数约为28.6%答案D答案解析根据题给条件A的转化率为50%知，反应的A为1mol，则生成的C为1mol，由D的速率求出生成的D的物质的量为1mol，所以C和D的化学计量数相同，即z＝2，B错误；由速率之比等于化学计量数之比知，v(C)＝0.25mol/(L·min)，A错误；反应的B为1.5mol，B的转化率为75%，C错误。解析3．恒温恒压条件下，amolA和bmolB在一个容积可变的容器中发生反应A(g)＋2B(g)2C(g)，一段时间后达到平衡，生