資源簡介

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第二章 化學反應速率與化學平衡
第二節 化學平衡
第二課時 化學平衡常數
學習目標
1.通過認識化學平衡常數的含義，學會根據化學反應書寫化學平衡常數表達式。(證據推理與模型認知)
2.了解化學平衡常數的應用，會運用濃度商和化學平衡常數的相對大小判斷反應方向。(證據推理與模型認知)
3.能夠利用化學平衡常數進行簡單的化學平衡計算，如計算物質的平衡濃度、轉化率等。(變化觀念與平衡思想)
新課導入
在一定條件下，當一個可逆反應達到平衡狀態時，即該反應達到了該條件下的最大限度。
如何更加準確描述反應所進行的程度呢？
分析教材數據，計算平衡時 的數值，你能從中得到什么結論？
c2(HI)
c(H2) c(I2)
初始濃度（mol/L） 平衡濃度（mol/L） 平衡時
c (H2) c(I2) c (HI) c (H2) c(I2) c (HI) 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37
1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62
1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54
0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49
0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70
0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50
平均值 48.70
課內探究
課內探究
通過分析實驗數據得出：
(1)溫度不變時，不管如何改變起始投料（投入反應物、投入生成物、改變各組分的濃度） 數值基本不變，是一個常數，用K表示；
c(H2) c(I2)
c2(HI)
(2)常數K與反應的起始濃度大小無關；
(3)常數K與正向建立還是逆向建立平衡無關，即與平衡建立的過程無關。
(4)常數K只與溫度有關，與反應物或生成物的濃度變化無關。
大量實驗事實表明：
可逆反應：mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
當溫度一定時，反應達到平衡狀態后，各物質的物質的量濃度滿足下面關系：
課內探究
K為定值
歸納總結
一、化學平衡常數
1. 定義
在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數，這個常數就是該反應的化學平衡常數，用符號K表示。
歸納總結
2. 表達式及單位：
對于一般的可逆反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
cp (C) ·cq (D)
cm (A)·c n (B)
K =
其中c為各組分的平衡濃度
濃度的單位為mol·L-1
當濃度的單位為 mol·L-1，稱標準平衡常數
注：純固體和純液體濃度計為1，不列入平衡常數表達式
標準平衡常數不寫單位
試寫出下表中各反應的平衡常數表達式
化學反應 K表達式
N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g)
2NH3(g) N2(g)+ 3H2(g)
Fe3O4(s) + 4H2(g)
3Fe(s) + 4H2O(g)
高溫
Cr2O72-(aq) + H2O(l)
2CrO42- (aq) + 2H+ (aq)
互為倒數
學以致用
易錯警示
使用平衡常數應注意的問題
（1）必須指明溫度，反應必須達到平衡狀態
（2）平衡常數表示反應進行的程度，不表示反應的快慢，即速率大，K值不一定大
（3）在進行K值的計算時，純固體、純液體不作考慮，表達式中不需表達
一定溫度下
Fe3O4(s) + 4H2(g)
高溫
3Fe(s) + 4H2O(g)
如：
（4）在進行K值的計算時，稀溶液中進行的反應，如有水參加，水的濃度也不必寫在平衡關系式中。
一定溫度下
易錯警示
Cr2O72- (aq) + H2O（l）
2CrO42- (aq) + 2H+ (aq)
如：
非水溶液中的反應，如有水生成或有水參加反應，此時水的濃度不可視為常數，必須表示在平衡關系式中。如酒精和醋酸的液的反應。
C2H5OH+CH3COOH CH3 COOC2H5+H2O
易錯警示
[C2H5OH][CH3COOH]
[CH3COOC2H5][H2O]
K=
（5）平衡常數的表達式與方程式的書寫有關
某溫度下
易錯警示
K2=1/K1 K1=K32
2NH3 N2+3H2
N2+3H2 2NH3
1/2N2+3/2H2 NH3
化學方程式 化學平衡常數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
利用上表結合已有知識，談談對化學平衡常數有什么新認識的？
課內探究
化學平衡常數是表明化學反應限度的一個特征值，化學平衡常數越大，則反應進行的程度越大。一般當K>105 時，該反應進行得基本完全 。
【活動探究1】25℃時反應體系X2 (g)＋H2 (g) 2HX (g)對應的K
時刻 c（N2） c（H2） c（NH3） 反應進行方向
t1 2mol/L 6mol/L 6mol/L
t2 4mol/L 12mol/L 1mol/L
課內探究
t1時刻：
c(N2) c 3(H2 )
c2(NH3)
=
62
2×6 3
> 7.32×10-3
t2時刻：
c2(NH3)
c(N2) c 3(H2 )
=
12
4×12 3
< 7.32×10-3
逆反應方向
正反應方向
已知在某溫度， K=7.32×10-3 ，下表為某時刻各物質的濃度值， 通過計算判斷在此時刻可逆反應移動的方向。
【活動探究2】
N2+3H2 2NH3
歸納總結
二、化學平衡常數的應用
1. 判斷反應進行的程度
（1）對給定的反應來說，K值越大，反應程度越大，轉化率越高；反之則轉化率越低。
（2）一般：K ＞105，認為正反應進行得較完全
K ＜10-5 ， 認為 正反應很難進行（逆反應較完全）
10-5 ≤ K ≤ 105 ，認為是可逆反應
歸納總結
2.判斷反應進行的方向
如某溫度下，可逆反應 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)平衡常數 為K，若某時刻時，反應物和生成物的濃度關系如下：
任何狀態的
稱濃度商（Q）
則：
Q＝K ，v（正）＝ v（逆），反應處于平衡狀態
Q＜K ，v（正）＞v（逆），反應向正方向進行
Q＞K ，v（正）＜v（逆），反應向逆方向進行
2.對于常溫下的反應aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，若已知反應物的起始濃度和常溫下的平衡常數，可不可以計算平衡時反應物的轉化率
思考與討論
不一定；在一定溫度下，對于一個反應可以通過改變外界條件增大反應物的轉化率，但因溫度不變，平衡常數也不變。
可以；可根據反應物的起始濃度和平衡常數計算平衡時的
濃度，然后根據反應物的變化量可求出其轉化率。
1.反應物的轉化率增大，平衡常數一定增大嗎
K=
c2(HI)
c(H2) c(I2)
= 0.25
解：(1)根據題意有:
H2 + I2 2HI
c(始)/mol .L-1
0
0.010
0.010
0.0040
0.0020
0.0040
c(平)/mol .L-1
0.0080
0.0080
例1：在某溫度下，將H2和I2各0.10mol的氣態混合物充入10L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(H2)=0.0080mol/L。
(1)求該反應的平衡常數。
(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol。試求達到化學平衡狀態時各物質的濃度。
課內探究
0.0020
c(轉)/mol .L-1
解: (2)設H2的消耗濃度為x mol/L
K=
c2(HI)
c(H2) c(I2)
= 0.25
=
(2x)2
(0.020-x)2
x=0.0040
c(H2)= c(I2)=0.016mol/L c(HI)=0.0080mol/L
H2 + I2 2HI
c(始)/mol .L-1
0.020
0.020
0
0.020-x
c(平)/mol .L-1
2x
0.020-x
x
x
2x
c(轉)/mol .L-1
課內探究
例2：在容積不變的密閉容器中，將2.0 mol CO與10 mol H2O混合加熱到830℃，達到下列平衡：
CO(g)+H2O CO2(g)+H2(g)
此時該反應的K為1.0。求達到平衡時CO轉化為CO2的轉化率。
課內探究
解：設達到平衡時CO轉化為CO2的物質的量為
x mol，容器的容積為y L。
CO(g)+ H2O(g) CO2(g) +H2(g)
起始濃度/mol L-1
變化濃度/mol L-1
平衡濃度/mol L-1
2.0/y
10/y
0
0
x/y
x/y
x/y
x/y
(2.0-x)/y
(10-x)/y
x/y
x/y
答:達到平衡時CO轉化為CO2的轉化率為83%。
K=
c(CO2) c(H2)
c(H2O) c(CO2)
1.有關化學平衡計算的基本模式——“三段式法”
起始: a b 0 0
三、與平衡常數有關的計算
歸納總結
　　mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
轉化: mx nx px qx
平衡: a-mx b-nx px qx
(1)轉化量與化學方程式中各物質的計量數成比例。
(2)這里a、b可指物質的量濃度等。
2.平衡轉化率
用平衡常數來表示反應的限度有時不夠直觀，常用平衡轉化率α 來表示反應限度。
對于可逆反應: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
反應物A的平衡轉化率（該條件最大轉化率）可表示：
歸納總結
課堂小結
化學平衡常數
表達式：
決定因素：化學反應本身和溫度
應用
判斷化學反應可能進行的程度(即反應限度)
對于反應：
mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
判斷可逆反應進行的方向
求反應物的轉化率和各物質的平衡濃度
Q＝K 時，處于平衡狀態
Q＞K 時，逆向進行
Q＜K 時，正向進行
謝 謝

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