1、成才之路 化学路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修化学反应速率和化学平衡 第二章 第三节 化学平衡第二章 第3课时 化学平衡常数新知识导学探究2新思维名师讲堂3新考题随堂自测4新视点专家博客6新提升达标作业5新情境激趣入题1新情境激趣入题在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合成氨反应：N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)该反应在一定条件下不可能进行完全，即存在一定的限度。而反应限度的大小对于生产和生活实际有着直接影响。因此还需关注化学反应的限度。那么怎样才能定量地描述化学反应的限度呢！化学反应中，反应物的转化程度会受到哪些因素的影响呢！研究表明，可逆反应
2、进行一段时间后，一定会达到化学平衡状态。此时，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系的组成不再随时间的延续而变化，反应达到一定的限度。在研究了大量实验的基础上，人们发现可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度。你知道化学平衡常数是如何测定的吗？一是可用化学方法：通过化学分析方法测定反应平衡时各物质的浓度。但必须防止因测定过程中加入化学试剂而干扰了化学平衡。因此在进行化学分析之前必须使化学平衡“冻结”在原来的平衡状态。二是可用物理方法：利用物质物理性质的变化测定平衡时各物质浓度的变化，如通过测定物质的折光率、导电程度、颜色、压强或容积的改变来测定物质的浓度。物理方法的优点是在测定时不会干扰或破坏
3、体系的平衡状态。你对化学平衡常数了解多少？请让我们一起走进教材：化学平衡常数。新知识导学探究新知导学1化学平衡常数定义_，以 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)为 例，其 化 学 平 衡 常 数 表 达 式 为_。它只受_的影响，与_无关。在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘积的比值 Kcp(C)cq(D)/cm(A)cn(B)温度 浓度2平衡常数的大小反应了化学反应进行的_(也叫_)。K 值越大，表示反应进行的_，反应物转化率_；K 值越小，表示反应进行得_，反应物转化率_。若升高温度，K 值增大，则正反应为_反应
4、(填“吸热”或“放热”，下同)。若升高温度，K 值减小，则正反应为_反应。程度 反应的限度 越完全 越大 越不完全 越小 吸热 放热3N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为 K1，12N2(g)32H2(g)NH3(g)的平衡常数为 K2，NH3(g)12N2(g)32H2(g)的平衡常数 K3；写出 K1 和 K2 的关系式_。写出 K2和 K3 的 关 系 式 _。写 出 K1 和 K3 的 关 系 式_。K1K22 K2K31 K1K2314等效平衡相同条件下，_可逆反应体系，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，达到平衡时，任何相同物质的_都相同的化学平衡互称等效平衡。可分为“
5、_”平衡和“_”平衡。同一 含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)全等效 相似等效1化学平衡常数的作用是什么？提示：化学平衡常数是表征反应限度的一个确定的数学关系、定量关系，是反应限度的最根本的表现。对判断化学平衡移动方向提供了科学的依据。自主探究2平衡向正反应方向移动，反应物的转化率是否一定增大？提示：不一定。平衡向正向移动时反应物的转化率如何变化，要根据具体反应引起平衡移动的原因而定。如对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，若增大压强，平衡正向移动，反应物转化率都增大，若只增大 N2 的浓度，平衡正向移动，H2 转化率增大，而 N2 转化率降低。3已知反应 2SO2O22SO3
6、达到平衡，其他条件不变，增大该反应体系的压强，平衡向正反应方向移动。再次平衡后，化学平衡常数是否增大？提示：不会。化学平衡常数是温度的函数，只有温度变化，平衡常数才会改变。4化学平衡状态的建立，与反应途径有没有关系？提示：化学平衡状态的建立与反应途径无关。无论可逆反应是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从中间状态开始，只要起始投入的物质的量相当，则均可达到等效平衡状态。新思维名师讲堂1化学平衡常数的理解(1)定义在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度以系数为指数的幂之积与反应物浓度以系数为指数的幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数。通常用符号K表示。
7、化学平衡常数教材点拨(2)表达式对于一般的可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，平衡常数的表达式为 KcpCcqDcmAcnB。(3)意义K 值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之转化就越不完全，转化率就越小。K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。2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，与反应物或生成物的浓度无关，与压强、催化剂无关。(2)反应物与生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看做“1”而不代入公式(联想化学反应速率一节固体和纯液体的处理)。(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。若反应方
8、向改变，则平衡常数改变。若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。例如：N23H22NH3，其平衡常数 Kc2NH3c3H2cN2a,2NH33H2N2，其平衡常数 KcN2c3H2c2NH31a，12N232H2NH3，其平衡常数 KcNH3c12N2c32H2a123化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个可逆反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个可逆反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)判断反应的热
9、效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应；(3)计算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。(4)判断平衡移动方向利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。对于可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在任意状态下，生 成 物 的 浓 度 和 反 应 物 的 浓 度 之 间 的 关 系 用 Qc cpCcqDcmAcnB表示，则：则 QcK 时，反应处于平衡状态，v(正)v(逆)则 Qcv(逆)；则 QcK 时，反应向逆反应方向进行，v(正)v(逆)；温馨提
10、示：(1)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值。(2)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。(3)使用化学平衡常数数值时，必须注明对应的温度。(4)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，其浓度不写入表达式。(5)K的单位一般不作要求。(6)化学平衡发生移动，K不一定变化；化学平衡不发生移动，K一定不变化；K变化，则化学平衡一定发生移动。(7)使用催化剂，只能改变化学反应速率，化学平衡不发生移动，K不发生变化。4有关化学平衡常数的计算三段式：一般思路先列出化学反应中各物质的“起始量、转化量、平衡量”，求出各物质的平衡浓度，再代入平
11、衡常数公式求解。某个指定反应物的转化率该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度100%或者该反应物反应中的消耗反应浓度该反应物的起始浓度100%或者该反应物反应中消耗反应的物质的量该反应物的起始物质的量100%转化率越大，反应越完全！(2015经典习题选萃)关于化学平衡常数的叙述正确的是()A温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数B两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数都不变C温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数D浓度商QcK时，v(正)v(逆)典例透析【解析】化学平衡常数的大小与温度有关，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反
12、应的平衡常数互为倒数，如 H2(g)I2(g)2HI(g)，K 正c2HIcH2cI2，K 逆 cH2cI2c2HI，所以 K 正 1K逆。浓度商 Qcv(逆)。【答案】C1(2014上海卷)只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是()AK值不变，平衡可能移动BK值变化，平衡一定移动C平衡移动，K值可能不变D平衡移动，K值一定变化变式训练解析：本题考查化学平衡常数及平衡移动原理，意在考查考生对化学平衡常数和平衡移动原理的理解能力。K只与温度有关，当温度不变时，改变其他外界条件使平衡移动，K值不变，A项正确；K值变化，则温度一定发生变化，平衡一定移动，B项正确；改变除温度外
13、的其他外界条件，平衡发生移动时，K值不变，C项正确、D项错误。答案：D点评：平衡常数只与温度有关，只有温度改变，平衡常数才发生改变，当温度不变时，改变其他外界条件，无论平衡是否移动，平衡常数一定不变。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。等效平衡教材点拨2分类与规律(1)恒温恒容条件下的等效平衡第一类：恒温恒容时，对于反应物前后气体分子数不等的可逆反应，
14、只改变起始物质的加入情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质，其平衡物质的量与原平衡相同(即：“一边倒”)，简称为“恒温恒容量相等”。例如：2SO2 O2 2SO3a 2 mol 1 mol 0 molb.0 0 2 molc.0.5 mol 0.25 mol 1.5 mola从正反应开始 b从逆反应开始 c正逆反应同时开始上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物的物质的量，则b和c SO2均为2 mol、O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。第二类：恒温恒容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，不同的投料方式，如果根据化学方程式中化学计量数比换算成同一边物
15、质时，只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量的比例相同，即互为等效平衡。平衡时各组分的百分含量相同，但各组分的浓度不一定相同。例如：H2(g)I2(g)2HI(g)a 1 mol 1 mol 0 molb.0 0 3 molc.2 mol 2 mol 1 molb、c 配比经转化后，都满足 n(H2)n(I2)11，则 a、b、c 互为等效平衡。(2)对于恒温恒压下的可逆反应如果根据方程式中化学计量数比换算到同一边时，只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量比例相同，即为等效平衡，归纳为“恒温恒压比相同”。例：恒温恒压时N2 3H2 2NH3 平衡时 NH3 的物质的量a1 mol 3 mo
16、l 0 xmolb.0 0 2 mol x molc.0 0 4 mol 2x mold.1 mol 3 mol 2 mol 2x mola、b、c、d 达到平衡为等效平衡，都换算到左边时符合n(N2)n(H2)13，则 a、b、c、d 互为等效平衡。温馨提示：分析等效平衡的关键是分清全等平衡和等比平衡，分析化学平衡有关问题时常用以下两种方法：(1)“极限思维法”：任何可逆反应均可以看成完全不反应和完全反应的中间状态。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取值范围时，常采用极限思维法，让正反应(或逆反应)完全进行，可以求得其取值范围或极值。(2)“虚拟法”：任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同的
17、状态开始，只要达到平衡时的条件(温度、压强、浓度)完全相同，则可以形成等效平衡。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题，可以“虚拟”一个中间过程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。3等效平衡原理的应用(1)判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。(2)求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。(3)求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。温馨提示：两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别：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。另一种所达到的等效平衡状态，反应混合
18、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。典例透析(2015经典习题选萃)在相同温度和压强下，对反应 CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：物质物质的量 实验 CO2H2COH2O甲a mola mol0 mol0 mol乙2a mola mol0 mol0 mol丙0 mol0 mola mola mol丁a mol0 mola mola mol上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是()A乙丁丙甲 B乙丁甲丙C丁乙丙甲D丁丙乙甲【解析】解题时应注意该反应及反应的特点
19、，即反应前后气体体积不变，同时要明确等效平衡的条件。把丙中a molCO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2也分别为a mol，则甲与丙是等量等效，则达平衡时，n(CO)应相等；把丁中a mol CO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2，则起始时丁中CO2为2a mol，H2为a mol，则与乙等量等效，到达平衡时n(CO)相等。乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入a mol的CO2，导致平衡正移，则平衡时n(CO)乙n(CO)甲，故选A。【答案】A变式训练2(2015经典习题选萃)在一个固定体积的密闭容器中，加入 2 mol A 和 1 mol B 发生反应：2A(g)
20、B(g)3C(g)D(g)，达到平衡时，C 的百分含量为 a。(1)若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C 的浓度仍为 a 的是_。A4 mol A2 mol BB2 mol A1 mol B3 mol C1 mol D C3 mol A1 mol BD3 mol C1 mol DE1 mol A0.5 mol B1.5 mol C0.5 mol D(2)若将题中“维持容器体积和温度不变”改为“维持容器压强和温度不变”，则C的百分含量为a的是_。(3)若将可逆反应中D(g)改为D(s)，则C的百分含量为a的是_。解析：恒温恒容下的非等体积反应，把加入的物质转化成起
21、始状态形式，与起始状态时各物质的物质的量分别相同，即建立相同的平衡状态；恒温恒压下，比值相同即可建立等效的平衡状态；而等体积反应无论是恒温恒容还是恒温恒压，按方程式中化学计量数转换后，只要与起始状态各物质的比值相同即可建立等效的平衡状态。答案：(1)DE(2)ABDE(3)ABDE新考题随堂自测1(2015经典习题选萃)对于可逆反应，下列说法正确的是()A化学平衡常数只与温度有关B升高温度，化学平衡常数一定增大C正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等D增大反应物浓度，化学平衡常数可能增大解析：B项，如果正反应是放热反应，升温则平衡常数减小，B错；C项，正、逆反应的化学平衡常数互为
22、倒数，但不一定不相等，可以同时等于1，C错；D项，化学平衡常数与浓度无关，D错。答案：A2(2015甘肃泰安中学月考)汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)CO(g)12N2(g)CO2(g)H373.4 kJmol1。在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件。下列示意图正确的是()解析：该反应为气体计量数减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，平衡常数减小，A项错误；同理，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，B项错误；平衡常数只与温度有关，与物质的量无关，C项正确；增加氮气的物质的量，平衡逆向移动，NO的转化率减小，D项错误。答案：C3高温、催
23、化剂条件下，某反应达到平衡，平衡常数 KcCOcH2OcCO2cH2。恒容时，温度升高，H2 浓度减小。下列说法正确的是()A该反应的焓变为正值B恒温恒容下，增大压强，H2 浓度一定减小C升高温度，逆反应速率减小D该反应的化学方程式为 COH2O催化剂高温 CO2H2解析：因为该可逆反应的化学平衡常数 KcCOcH2OcCO2cH2，可得出该反应的化学方程式为 CO2(g)H2(g)催化剂高温 CO(g)H2O(g)，D 项错误；由于恒容时，温度升高，氢气浓度减小，说明平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，即焓变为正值，A 项正确；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，恒温恒容下，如充入惰
24、性气体使压强增大，H2 浓度不变，B 项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，C 项错误。答案：A4(2015内蒙古牙克石模拟)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 的关系如下表：T()7008001000K0.61.01.7回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为 K_。(2)正反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。a容器中压强不变b混合气体中，c(CO)不变cv 正(H2)v 逆(H2O)dc(CO2)c(CO)(4)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：c
25、(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为_。解析：(1)KcCOcH2OcCO2cH2(2)由表中数据可以看出 T 升高，K 增大。所以判断出正反应为吸热反应。(3)由于该反应是一个反应前后气体物质化学计量数之和相等的反应，所以在恒容时，容器内的压强一直不变，不能用作平衡状态的判断；c(CO2)c(CO)并不代表着它们的浓度就不发生变化，所以也不能判断是否达到平衡；b、c 可以。(4)因为 c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，所以 K1.0，对应表中温度为 800。答案：(1)KcCOcH2OcCO2cH2(2)吸热(3)b、c(4)8005(2015浙江瑞安中
26、学月考)可逆反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为 749 K时，K94，问：(1)当 CO 和 H2O 的起始浓度为 2 mol/L 时，CO 的转化率为多少？(2)当 CO 的起始浓度仍为 2 mol/L，H2O 的起始浓度为 6 mol/L 时，CO 的转化率为多少？解析：(1)设 CO 转化量为 x mol/LCO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始(molL1)2 2 0 0转化(molL1)xxxx平衡(molL1)2x2xxxKx22x294，解得：x1.2，CO 的转化率为：1.2 molL12 molL1 100%60%。(
27、2)设 CO 的转化量为 y mol/L，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始(molL1)26 0 0转化(molL1)yyyy平衡(molL1)2y6yyyKy22y6y94，解得：y1.7CO 的转化率：1.7 molL12 molL1 100%85%。答案：(1)60%(2)85%新提升达标作业（点此链接）新视点专家博客易错案例警示【案例】体积为 2 L 的密闭容器中，A 与 B 在一定条件下反应生成 C：A(g)2B(s)2C(g)。(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式 K_；(2)在不同温度下达到平衡时生成物 C 的物质的量如下图所示，则该反应是_反应(填“放热”或“吸
28、热”)，降低温度，K_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)若将容器的体积压缩为1 L，平衡向_方向移动，K_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)在500，从反应开始到平衡，C的平均反应速率v(C)_。【解析】题号内 容易错答案Kc2CcAc2B(1)错因剖析 没有认真看题，误把 B 当做气体，或者根本就不知固体物质不能写入平衡常数表达式中。易错答案K 减小(2)错因剖析错误认为不管反应特点如何，升高温度 K 增大，降低温度 K 减小；实际上，据图像可知，升高温度，C 的物质的量降低，说明平衡向逆反应方向移动，说明该反应为放热反应，故降低温度，平衡正向移动，K 增大。题号内 容(3)易错答案K减小错因剖析误认为增大压强，平衡向逆反应方向移动，K就减小，忽略了K仅是温度的函数。(4)易错答案0.05错因剖析没有注意到容器的体积为2 L。【答案】(1)c2CcA (2)放热 增大(3)逆反应 不变(4)0.05 mol/(Lmin)
