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第二單元化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第二節(jié)化學(xué)平衡第2課時化學(xué)平衡常數(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義,會根據(jù)化學(xué)反應(yīng)書寫化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式;2.應(yīng)用化學(xué)平衡常數(shù)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度、方向以及反應(yīng)的熱效應(yīng);3.能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行簡單的計算。復(fù)習(xí)回顧化學(xué)平衡狀態(tài)及判斷當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時,有多少反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成了生成物?反應(yīng)物和生成物的濃度之間又有怎樣的定量關(guān)系?化學(xué)平衡狀態(tài)是在一定條件下可逆反應(yīng)進(jìn)行的最大限度。新課導(dǎo)入【問題探究】起始時各物質(zhì)的濃度/(mol·L)平衡時各物質(zhì)的濃度/(mol·L)平衡時c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)c2(HI)/c(H2)·c(I2)1.197×10-26.944×10-305.617×10-35.936×10-41.270×10-248.371.228×10-29.964×10-303.841×10-31.524×10-31.687×10-248.621.201×10-28.403×10-304.580×10-39.733×10-41.486×10-249.54001.520×10-21.696×10-31.696×10-31.181×10-248.49001.287×10-21.433×10-31.433×10-31.000×10-248.70003.777×10-24.213×10-34.213×10-32.934×10-248.50c2(HI)/c(H2)·c(I2)平均值48.70457.6℃時反應(yīng)體系H2(g)+I2(g)2HI(g)中個物質(zhì)的濃度如下:c2(HI)c(H2)·c(I2)457.6℃達(dá)到平衡時,是一個常數(shù)。新課導(dǎo)入通過分析實驗數(shù)據(jù)得出:
結(jié)論2:常數(shù)與反應(yīng)物的起始濃度大小無關(guān);
與正向建立還是逆向建立平衡無關(guān)。c2(HI)c(H2)·c(I2)結(jié)論1:為常數(shù)
與物質(zhì)起始濃度有關(guān)嗎?叫什么?1.化學(xué)平衡時各物質(zhì)的濃度關(guān)系分析各物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:
①無論該反應(yīng)從正、逆哪個反應(yīng)方向進(jìn)行,平衡時的值近似相等,即與平衡狀態(tài)建立的途徑
。
②無論反應(yīng)物或生成物的起始濃度如何改變,平衡時,的值近似相等,與各物質(zhì)的濃度
。無關(guān)無關(guān)任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式:對于可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),濃度商Q=
。在任意時刻,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值,稱為濃度商,常用Q表示。(1)濃度商2.化學(xué)平衡常數(shù)任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值,稱為化學(xué)平衡常數(shù),簡稱平衡常數(shù),符號:K=K(常數(shù))(化學(xué)平衡時)cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)(2)固體或純液體濃度看作常數(shù)“1”,不代入表達(dá)式(1)其中c為各組分的平衡濃度(3)一般不寫K的單位概念:表達(dá)式:注意:濃度商,常用Q表示K的單位為(mol·L-1)nn=(p+q)-(m+n)(2)化學(xué)平衡常數(shù)任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)在某溫度下,將含有H2和I2各0.10mol
的氣態(tài)混合物充入10L的密閉容器中,充分反應(yīng)并達(dá)到平衡后,測得c(H2)=0.0080mol·L-1:(1)計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)。(2)在上述溫度下,若起始時向該容器中通入H2和I2(g)各0.2mol,試求達(dá)到化學(xué)平衡時各物質(zhì)的濃度?!窘狻浚?)依題意可知,平衡時c(H2)=0.0080mol·L-1
起始濃度/(mol·L-1)0.0100.0100變化濃度/(mol·L-1)平衡濃度/(mol·L-1)K=c(H2)·c(I2)c2(HI)=(0.0080)2(0.0040)2=0.250.00200.00800.00400.00800.00400.0020【課堂練習(xí)1】
(2)依題意可知,c(H2)=0.020mol·L-1,c(I2)=0.020mol·L-1mol·L-1。起始濃度/(mol·L-1)0.0200.0200變化濃度/(mol·L-1)xx2x平衡濃度/(mol·L-1)0.020-x0.020-x2xK只隨溫度發(fā)生變化,因此:K=c(H2)·c(I2)c2(HI)=(0.020-x)2(2x)2=0.25解得:x=0.0040平衡時:c(H2)=c(I2)=0.016mol·L-1,c(HI)=0.0080mol·L-1【思考】濃度商與平衡常數(shù)有什么區(qū)別?1.在任意時刻,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值,都為濃度商,而化學(xué)平衡常數(shù),則是在一定溫度下,可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時的濃度商。2.當(dāng)反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)的濃度商等于平衡常數(shù)時,表明該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù):
c(H2)·c(I2)c2(HI)c(H2O)c(CO)·c(H2)【課堂練習(xí)2】(1)反應(yīng)物或生成物中有固體或純液體存在時,由于其濃度可看作“1”而不代入公式。(2)水的處理①氣態(tài)水或非水溶液中的反應(yīng),如有水生成或有水參加反應(yīng),此時水的濃度不可視為常數(shù)。②稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng),如有水參加,水的濃度視為常數(shù)“1”而不代入公式3.化學(xué)平衡常數(shù)的書寫任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù))H(c)OH(c2424K=CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)K=)Cr2O72-(c)CrO42-(c2)H+(c2Cr2O72-(aq)+H2O(l)2CrO42-(aq)+2H+(aq)K=
C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2OK=
非水溶液中的反應(yīng)Fe3O4(s)+4H2(g)
3Fe(s)+4H2O(g)【課堂練習(xí)3】寫出下列平衡常數(shù)表達(dá)式,并思考,K1、K2、K3之間有何關(guān)系?c(H2)·c(I2)c2(HI)c(H2)·c(I2)c2(HI)c2(H2)·c2(I2)c4(HI)思考交流4、化學(xué)平衡常數(shù)與方程式的關(guān)系①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)K1
△H1②2NH3(g)?N2(g)
+3H2(g)K2
△H2③1/2N2(g)+3/2H2(g)?NH3(g)K3
△H3
△H1、△H2兩者關(guān)系為
K1、K2兩者關(guān)系為
△H1、△H3兩者關(guān)系為
K1、K3兩者關(guān)系為
△H1=-△H2△H1=2△H2K1=1/K2K1=K22任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)【課堂練習(xí)4】①2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)
K1
△H1
②2NO2(g)?N2O4(g)
K2
△H2
③2NO(g)+O2(g)?N2O4(g)K3
△H3
△H1、△H2、△H3三者關(guān)系為
K1、K2、K3三者關(guān)系為△H1+△H2=△H3K1·K2=K3·【課堂練習(xí)4】①C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
K1
△H1
②CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
K2
△H2③C(s)+CO2(g)?2CO(g)
K3
△H3△H1、△H2、△H3三者關(guān)系為K1、K2、K3三者關(guān)系為△H1-△H2=△H3K1/K2=K3·【課堂練習(xí)5】(1)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān),對于同一個化學(xué)反應(yīng),由于書寫方式不同,各反應(yīng)物、生成物的化學(xué)計量數(shù)不同,平衡常數(shù)的表達(dá)式不同。K與化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小成冪指數(shù)關(guān)系。(2)對于給定的化學(xué)反應(yīng),正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。4、化學(xué)平衡常數(shù)與方程式的關(guān)系任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)
H2(g)+I2(g)2HI(g)不同條件下的平衡常數(shù)序號起始濃度(×10-2mol·L-1)不同溫度下的平衡常數(shù)(K)c(H2)c(I2)c(HI)457.6℃425.6℃25℃11.1970.694048.3854.5186721.2280.996048.6154.6286731.2010.840049.5454.218674001.52048.4854.108675001.28748.7154.42867化學(xué)平衡常數(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)限度的一個特征值,通常情況下只受溫度影響。不受濃度的影響。5、平衡常數(shù)的影響因素任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)(1)內(nèi)因:化學(xué)反應(yīng)本身的性質(zhì)。(2)外因:在化學(xué)方程式一定的情況下,K只受
影響。
與壓強(qiáng)、起始濃度、起始反方向均無關(guān)。溫度5、平衡常數(shù)的影響因素任務(wù)一化學(xué)平衡常數(shù)(1)平衡常數(shù)的大小反映了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度(也叫反應(yīng)的限度)。(2)通常,K越大,說明平衡體系中________所占的比例越大,______反應(yīng)進(jìn)行的程度越大,即該反應(yīng)進(jìn)行得越
,平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越
;反之,K越小,該反應(yīng)進(jìn)行得越不完全,平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。(3)一般來說,當(dāng)K>______時,該反應(yīng)就進(jìn)行得基本完全了。生成物正1051、判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度完全大任務(wù)二化學(xué)平衡常數(shù)的意義(1)Q<K:反應(yīng)向
方向進(jìn)行,V正>V逆;(2)Q=K:反應(yīng)處于
,V正=V逆;(3)Q>K:反應(yīng)向
方向進(jìn)行,V正<V逆。2、判斷正在進(jìn)行的可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向正反應(yīng)逆反應(yīng)化學(xué)平衡狀態(tài)任務(wù)二化學(xué)平衡常數(shù)的意義Q>K,v正<v逆,反應(yīng)向逆方向進(jìn)行【解析】Q=c(CO)·c(H2)c(C)·c(H2O)=2.0×1.51.0=3.0>K【課堂練習(xí)6】
可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g),在體積為VL的恒容密閉容器中,反應(yīng)物A、B的初始加入量分別為amol、bmol,達(dá)到化學(xué)平衡時,設(shè)A物質(zhì)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為mxmol。1、計算模型——“三段式”法
mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)
起始量/mol
ab00
轉(zhuǎn)化量/mol
平衡量/molmxa-mxnxpxqxb-nxpxqx任務(wù)三化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計算2.思維模型——三步驟(1)巧設(shè)未知量,列全三段式:找已知量,設(shè)轉(zhuǎn)化量(若由已知量能列三段式就不必設(shè)量)。(2)抽提關(guān)鍵量,找準(zhǔn)關(guān)系式:依據(jù)轉(zhuǎn)化量之比等于
之比或關(guān)鍵量列等式關(guān)系。(3)解答設(shè)問題,求解問題項:根據(jù)求解量,計算問題項?;瘜W(xué)計量數(shù)任務(wù)三化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計算3.常見的計算量(1)平衡常數(shù)K=(2)平衡時A的物質(zhì)的量濃度:(3)平衡時A的轉(zhuǎn)化率:
A、B的轉(zhuǎn)化率之比為
mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)起始量/mol
a
b
0
0轉(zhuǎn)化量/mol
mx
nx
px
qx平衡量/mol
a-mx
b-nx
px
qxc(A)=mol·L-1。α(A)∶α(B)=任務(wù)三化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計算3.常見的計算量(4)平衡時A的體積分?jǐn)?shù):(5)平衡時和開始時的壓強(qiáng)之比:
(6)生成物產(chǎn)率=mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)起始量/mol
a
b
0
0轉(zhuǎn)化量/mol
mx
nx
px
qx平衡量/mol
a-mx
b-nx
px
qx任務(wù)三化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)計算【解】設(shè)到達(dá)平衡時CO轉(zhuǎn)化為CO2的物質(zhì)的量為xmol,容器的容積為yL。
起始濃度/(mol·L-1)2.0/y10/y00變化濃度/(mol·L-1)x/yx/yx/yx/y平衡濃度/(mol·L-1)(2.0-x)/y(10-x)/yx/yx/yx2=(2.0-x)(10-x)=20-12x+x2
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