1、第3课时化学平衡常数和化学平衡计算学习目标核心素养1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2能够利用化学平衡常数进行简单的计算。如计算物质的平衡浓度、转化率等。1.证据推理与模型认知：了解平衡常数的概念，建立化学平衡常数模型，体会化学平衡常数在判断化学平衡状态、化学反应进行的方向、分析预测化学平衡移动的方向等方面的功能价值。2科学探究与创新意识：结合生产实例，开展关于化学反应条件的选择与优化的讨论，形成从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路和方法，发展绿色化学的观念和辩证思维的能力。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化学平衡状态时，生
2、成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号K表示。2表达式对于一般的可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在一定温度下，K。3意义(1)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；反之反应物转化越不完全，转化率就越小。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。二、平衡转化率1概念平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。2表达式转化率100%对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)(A)100%100%3特点一个确定的可逆反应在一定温度时平衡常数一定，但反应物的转化率因反应物的投料比不同而不同。探究点一化学
3、平衡常数化学平衡常数使用注意事项及应用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，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和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。(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。若反应方向改变，则平衡常数改变。若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。如N23H22NH3Ka则有：2NH3N23H2K1/aN2H2NH3Ka2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，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反
4、应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)利用K值可判断反应的热效应若升高温度，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Q表示，则：当QK时，反应处于平衡状态；当QK时，反应向逆反应方向进行。特别提醒：(1)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态
5、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)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。1对于反应H2(g)I2(g)2HI(g)H0.9，所以反应向逆反应方向进行。【答案】()7()(1)(2)吸热(3)BC(4)830(5)逆向在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应H2(g)I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s时测定c(I2)0.008 0 molL1并保持不变。则：(1)反应的平衡常数的表达式是K。(2)此温度下，平衡常数值为0.25。(3)若在此温度
6、下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为80%。解析：(2)c(I2)0.008 0 molL1c(H2)0.008 0 molL1c(HI)0.004 0 molL1K0.25。(3)设生成的H2的浓度为x molL1，2HI(g)H2(g)I2(g)起始/molL1 0.02 0 0转化/molL1 2x x x平衡/molL1 0.022x x xKx0.008(HI)100%80%。探究点二平衡转化率1平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。对于反应：aAbBcCdD，反应物A的转化率可以表示为：(
7、A)100%100%(1)可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系。反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度。生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度。各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。(2)反应物的转化率()。转化率()100%。(3)产品的产率。产率100%。2平衡移动方向与反应物转化率的关系(1)压强和温度的影响温度或压强改变后，若能使化学平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大。(2)反应物用量的影响若反应物只有一种，如aA(g)bB(g)cC(g)，增加A的量，平衡正向移动，A的转化率的变化为：a若在恒温恒压条件，A的转化率不变；b若在恒温恒容条件，相当于(等效于)
8、加压，A的转化率与气态物质的化学计量数有关：abc，A的转化率不变；abc，A的转化率增大；acd，A、B转化率增大；ab0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M) 1 molL1, c(N)2.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为25%；(2)若反应温度升高，M的转化率增大(填“增大”“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M) 4 molL1，c(N)a molL1；达到平衡后，c(P)2 molL1，a6;_(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M的转化
9、率为41%。解析：(1)M转化的物质的量浓度为0.6 molL1，则N转化的物质的量浓度也是0.6 molL1，所以N的转化率为100%25%。(2)由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，M的转化率增大。(3)M(g)N(g)P(g)Q(g)起始/(molL1) 1 2.4 0 0转化/(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡/(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6起始/(molL1) 4 a 0 0转化/(molL1) 2 2 2 2平衡/(molL1) 2 a2 2 2，解得a6。(4)设M转化的物质的量浓度为x molL1，解得x0.41b，故M
10、的转化率为41%。1下列关于平衡常数的说法正确的是(D)A在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度B在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值C对于放热反应，升高温度，K值增大，反应物的转化率增大D从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度解析：A项，在平衡常数表达式中，反应物、生成物的浓度均为平衡浓度；B项，平衡常数与温度有关，温度改变，平衡常数随之改变；C项，对于放热反应，升高温度平衡逆向移动，K值减小，反应物转化率减小。2对于反应3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是(B)AKBKC增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度，会使
11、平衡常数减小D改变反应的温度，平衡常数不一定变化解析：固体、纯液体的浓度可视为常数，不写入平衡常数表达式中，故该反应的平衡常数K，K只与温度有关，与浓度、压强无关。3物质的量之比为23的N2和H2，在一定条件下反应，并达平衡。在此过程中，下列说法正确的是(C)A在建立平衡的过程中，N2和H2的物质的量之比始终是23BN2的转化率始终为H2转化率的2倍CN2的转化率始终为H2转化率的1/2D达到平衡时，平衡体系的总物质的量与起始时的总物质的量之比可为12解析：假设N2和H2的物质的量分别为2 mol、3 mol，设反应的N2物质的量为x。由N23H22NH3n(始) 2 mol 3 mol 0n
12、(变) x 3x 2xn(平) 2 molx 3 mol3x 2xA项应为(因0x3 mol，故不可能，则D错误。4在25 时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法错误的是(C)A反应达到平衡时，X的转化率为50%B反应可表示为X3Y2Z，其平衡常数为1 600C增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大D升高温度平衡常数增大，则此反应为吸热反应解析：平衡建立的过程中，X的转化浓度为0.05 molL1，其转化率为100%50%，A正确；平衡建立过程中，X、Y、Z转化的浓度分别
13、为0.05 molL1、0.15 molL1、0.1 molL1，三者的化学计量数之比为132，反应可表示为X3Y2Z，平衡常数K1 600，B正确；平衡常数只与温度有关，C错误；对于吸热反应，升温K值增大，D正确。5已知某化学反应的平衡常数表达式为K，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为温度/7008008301 0001 200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述错误的是(C)A该反应的化学方程式为CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)B上述反应的正反应是放热反应C如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol, 5 min后，温度升高到830 ，此时测得
14、CO2为0.4 mol，则该反应达到平衡状态D某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：，判断此时的温度是1 000 解析：平衡常数表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确；该反应的平衡常数随着温度的升高而减小，故该反应是放热反应，B项正确；由n(CO2)0.4 mol可推知，该状态下，n(H2)0.4 mol、n(H2O)0.6 mol、n(CO)0.6 mol，K1，由此可知，该反应没有达到化学平衡状态，C项错误；将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为0.6，D项正确。6某一温度时，反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；反应HI(g)H2(g)I2(
15、g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为(C)AK12K2BK1KCK1 DK1K2解析：由题知，K1，K2，故K1。7煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示：温度/4005008301 000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是放热反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变，升高温度，正反应速率增大(填“增大”“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强增大(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)830 时，在恒容反应器中发生上
16、述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有B、C(填字母)。投料ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830 时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是60%。解析：(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830 时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)n(H2)n(CO)n(H2O)，则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。(4)830 时，化学平衡常数为1，设CO的转化浓度为x mol/L， CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)起始浓度(mol/L) 2 3 0 0转化浓度(mol/L) x x x x平衡浓度(mol/L) 2x 3x x x平衡常数K1，解得x1.2，则CO的转化率100%60%。