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第2課時(shí) 化學(xué)平衡常數(shù)
第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡 第二節(jié) 化學(xué)平衡
導(dǎo)入新課
一、化學(xué)平衡常數(shù)
【交流討論】
閱讀課本P31表2—1，請(qǐng)思考：當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度之間有什么樣的關(guān)系
1.定義：在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值。
2.數(shù)學(xué)表達(dá)式：
對(duì)于一般的可逆反應(yīng)，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，當(dāng)在一定溫度
下達(dá)到平衡時(shí)，K＝
一、化學(xué)平衡常數(shù)
【交流討論】
寫(xiě)出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式
Cr2O72- (aq)+H2O(l) 2CrO2- (aq)+2H+(aq)
Fe3O4(s)+4H2(g) 3Fe(s)+4H2O(g)
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1
1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g) K2
2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K3
K1 K2 K3有什么關(guān)系，由以上平衡常數(shù)的表達(dá)式可以得出什么結(jié)論
K1＝K22 、K2·K3＝1 、K1·K32＝1
3、注意事項(xiàng)：
①化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度必須是平衡時(shí)的濃度，且不出現(xiàn)固體或純液體的濃度。
②化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方式有關(guān)。
一、化學(xué)平衡常數(shù)
已知：25 ℃時(shí)，鹵化氫生成反應(yīng)的平衡常數(shù)：
化學(xué)方程式 平衡常數(shù)K
F2＋H2 2HF 6.5×1095
Cl2＋H2 2HCl 2.57×1033
Br2＋H2 2HBr 1.91×1019
I2＋H2 2HI 8.67×102
請(qǐng)比較表中K值的相對(duì)大小，說(shuō)明平衡常數(shù)與反應(yīng)進(jìn)行程度的關(guān)系是什么？
【交流討論】
4.平衡常數(shù)表示的意義：
K值越大，該反應(yīng)進(jìn)行得越完全，平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；反之，K值越小，該反應(yīng)進(jìn)行得越不完全，平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)K＞105，該反應(yīng)就進(jìn)行的基本完全了。
一、化學(xué)平衡常數(shù)
已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
【交流討論】
由上表數(shù)據(jù)分析，可得出什么結(jié)論？
5.化學(xué)平衡常數(shù)影響因素
平衡常數(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)限度的一個(gè)特征值，通常只受溫度影響。如果正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，K值減?。蝗绻磻?yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，K值增大；
一、化學(xué)平衡常數(shù)
二、平衡常數(shù)的應(yīng)用
1.判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)
若升高溫度，K增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＜0平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系
T(℃) 700 800 1000
K 0.6 1.0 1.7
反應(yīng)CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) △H＞0平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系
【思考】根據(jù)下列兩個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系，判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。
【交流討論】思考任意時(shí)刻的濃度冪之積的比值與平衡常數(shù)有何關(guān)系？
任意時(shí)刻的濃度冪之積的比值稱(chēng)為濃度商，用Q表示，如
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，Q＝
Q＞K：可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；
Q＝K：可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
Q＜K：可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。
二、平衡常數(shù)的應(yīng)用
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
【交流討論】閱讀教材【例題1】、【例題2】，思考什么是“三段式”計(jì)算法？找出“三段式”計(jì)算法模型。
aA(g) ＋ bB(g) cC(g) ＋ dD(g)
起始濃度/mol·L－1 n1 n2 0 0
變化濃度/mol·L－1 x bx /a cx /a dx/a
平衡濃度/mol·L－1 n1－x n2－bx /a cx /a dx/a
平衡常數(shù)K＝
特點(diǎn)：①“三段”指起始量、變化量、平衡量；
②變化量與化學(xué)方程式中各物質(zhì)系數(shù)成比例；
③這里的變量可指物質(zhì)的量、濃度、氣體的分壓等。
【課堂練習(xí)】
1.恒溫下，在容積為2 L的恒容密閉容器A中通入1 mol N2與1 mol H2的混合氣體，發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，一段時(shí)間后，達(dá)到平衡，若平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為0.4 mol。
(1)計(jì)算此溫度時(shí)該反應(yīng)的K值為_(kāi)_______。
(2)若在此溫度下，向另一容積為1 L的恒容密閉容器B中按物質(zhì)的量分別為2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3，此時(shí)，該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)________(填“是”或“否”)，此時(shí)若沒(méi)有達(dá)到平衡，反應(yīng)向________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向進(jìn)行。
【答案】(1)12.5　(2)否；正反應(yīng)
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
【解析】
K＝ ＝ ＝12.5 。
(2)c(N2)＝2 mol·L－1，c(H2)＝1 mol·L－1，c(NH3)＝1 mol·L－1，Qc＝ ＝ 【課堂練習(xí)】
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
2.已知：Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，平衡常數(shù)為K，測(cè)得在不同溫度下，K值如下：
溫度/℃ 500 700 900
K 1.00 1.47 2.40
(1)若500 ℃時(shí)進(jìn)行上述反應(yīng)，CO2起始濃度為2 mol·L－1，CO的平衡濃度為_(kāi)_______。
(2)方程式中的a______(填“大于”“小于”或“等于”)0。
【課堂練習(xí)】
【答案】　(1)1 mol·L－1　(2)大于
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
【解析】　(1)設(shè)500 ℃時(shí)，CO的平衡濃度為x mol·L－1，則
Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)
起始/mol·L－1 2 0
變化/mol·L－1 x x
平衡/mol·L－1 2－x x
則K＝c(CO)/c(CO2) ＝x/2－x＝1，解得x＝1。
故CO的平衡濃度為1 mol·L－1。
(2)由表格中數(shù)據(jù)可知，溫度越高K值越大，推知溫度升高平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故此反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即a大于0。
【課堂練習(xí)】
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
【課堂練習(xí)】
3.H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)：H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)。在610 K時(shí)，將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。
(1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝________%，反應(yīng)平衡常數(shù)K＝________。
(2)在620 K重復(fù)實(shí)驗(yàn)，平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03，H2S的轉(zhuǎn)化率α2________α1，該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
【答案】　(1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
【解析】　(1) H2S(g) + CO2(g) COS(g）+ H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
變化/mol x x x x
平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x
由題意得：x/（0.40－x）＋（0.10－x）＋x＋x＝0.02，解得：x＝0.01
H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝0.01 mol/0.40 mol×100%＝2.5%。
K＝c（COS）·c（H2O）)/c（H2S）·c（CO2） ＝1/351 ≈ 2.8×10－3。
(2)溫度升高，水的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，說(shuō)明升溫平衡右移，則H2S的轉(zhuǎn)化率增大，故α2>α1。溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，故ΔH>0。
【課堂練習(xí)】
三、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算
課堂小結(jié)
課堂檢測(cè)
1.在某溫度下，可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的平衡常數(shù)為K，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A． 正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值相同，符號(hào)相反
B． 升高溫度，K值增大
C．K越大，說(shuō)明該反應(yīng)的進(jìn)行程度越大，轉(zhuǎn)化率越高
D． 該反應(yīng)的K＝
【解析】反應(yīng)吸熱放熱未知，K值變化不能確定；K越大，說(shuō)明該反應(yīng)的進(jìn)行程度越大，轉(zhuǎn)化率越高。
C
2.在淀粉—KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I(xiàn)－(aq) I3-(aq)。測(cè)得不同溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K如表所示：
下列說(shuō)法正確的是(　　)
A． 反應(yīng)I2(aq)＋I(xiàn)－(aq) I3-(aq)的ΔH>0
B． 其他條件不變，升高溫度，溶液中c(I3-)減小
C． 該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝
D． 25 ℃時(shí)，向溶液中加入少量KI固體，平衡常數(shù)K大于689
B
【解析】根據(jù)題中提供的數(shù)據(jù)知溫度升高，平衡常數(shù)減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，H<0；其他條件不變，升高溫度，K值減小，溶液中c(I3-)減??；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，25 ℃時(shí)，向溶液中加入少量KI固體，平衡常數(shù)不變。
課堂檢測(cè)
3.某溫度下，在密閉容器中進(jìn)行SO2的催化氧化反應(yīng)。若起始時(shí)c（SO2）=c（O2）=6 mol·L－1，平衡時(shí)測(cè)得c（O2）=4.5 mol·L－1，則下列敘述中正確的是（　 ）
A． SO2的轉(zhuǎn)化率為60%
B． SO3的產(chǎn)率為60%
C． 平衡時(shí)總壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為7∶8
D． 平衡時(shí)v（SO2）∶v（O2）∶v（SO3）=3∶3∶1
C
課堂檢測(cè)
4.一定條件下，在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。SO2的起始濃度是0.4 mol·L－1，O2的起始濃度是1 mol·L－1，當(dāng)SO2的轉(zhuǎn)化率為80%時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
(1)求反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)。
(2)若將平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)增大1倍，
試?yán)闷胶獬?shù)及有關(guān)計(jì)算判斷
反應(yīng)向哪個(gè)方向進(jìn)行。
【答案】K＝400/21 反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行
【解析】 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
起始濃度/(mol·L－1) 0.4 1 0
變化濃度/(mol·L－1) 0.32 0.16 0.32
平衡濃度/(mol·L－1) 0.08 0.84 0.32
(2)壓強(qiáng)增大1倍，即體積縮小1倍，各組分的濃度增大1倍，
Q課堂檢測(cè)
5.　在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度T的關(guān)系如下表：
回答下列問(wèn)題：
(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝_____。
(2)正反應(yīng)為_(kāi)____(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
(3)某溫度下，各物質(zhì)的平衡濃度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，試判斷此時(shí)的溫度為_(kāi)____℃。
T(℃) 700 800 1000
K 0.6 1.0 1.7
【答案】c(CO)·c(H2O)/c(CO2)·c(H2) 吸熱 800
課堂檢測(cè)
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