人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡第2课时学案设计

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第2课时 化学平衡常数及其简单计算
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、浓度平衡常数Kc
1.概念
（1）条件：一定温度下一个可逆反应达到化学平衡状态时
（2）叙述：生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度的系数次幂之积的比值，叫化学平衡常数
（3）符号：Kc
2.表达式
（1）可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）
（2）表达式：Kc＝（固体和液体不列入平衡常数表达式）
（3）单位：（ml·L－1）（c+d）－（a+b）
（4）平衡常数与书写方式的关系
①正逆反应平衡常数的关系是：Kc正·Kc逆＝1
②化学计量数变成n倍，平衡常数变为n次方倍
③反应③＝反应①+反应②，则：△O3＝△O1+△O2，K3＝K1·K2
④反应③＝反应①－反应②，则：△O3＝△O1－△O2，K3＝
⑤反应③＝a√ 反应①－√ 反应②，则：△O3＝a△O1－△O2，K3＝
（5）速率常数和平衡常数的关系
A.基元反应：a A（g）+b B（g）c C（g）+d D（g）
B.速率方程
①抽象化速率方程：笼统的正逆反应速率
v正＝k正·ca（A）·cb（B）、v逆＝k逆·cc（C）·cd（D）
②具体化速率方程：以具体物质表示的正逆反应速率
vA正＝k正·ca（A）·cb（B）、vC逆＝k逆·cc（C）·cd（D）
C.速率常数和平衡常数的关系
①抽象化：平衡条件v正＝v逆，＝＝Kc
①具体化：平衡条件＝， ＝√ ＝√ Kc
（4）升温对k正、k逆的影响
①放热反应：K值减小；k正值增小，k逆值增小，k逆变化更小
②吸热反应：K值增小；k正值增小，k逆值增小，k正变化更小
3.意义
（1）对于同类型反应，平衡常数的小小反映了化学反应可能进行的程度；
（2）平衡常数的数值越小，反应物的转化率越小，说明反应可以进行得越完全。
4.影响因素
（1）内因：反应物的本身性质（某一具体反应）。
（2）外因：反应体系的温度，升高温度。
5.浓度熵：Qc＝
（1）浓度为任意时刻的浓度
（2）意义：Q越小，反应逆向进行的程度越小
（3）应用：判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
①Q＞Kc，反应逆向进行，v正＜v逆
②Q＝Kc，反应达到平衡状态，v正＝v逆
③Q＜Kc，反应正向进行，v正＞v逆
6.化学平衡常数的应用
1）判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
【特别提醒】K值小小与反应程度的关系
2）判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，浓度商Qc＝eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(Qcv逆,Qc＝K：反应处于化学平衡状态，v正＝v逆,Qc>K：反应向逆反应方向进行，v正 Kb
D．T1温度下，0到2min内，用表示的平均反应速率为
【答案】A
【解析】A．温度越高，反应越先达到平衡状态，则T1＞T2，由图可知，反应达到平衡时，n(CO)：T1＞T2，说明其它条件不变时，升高温度使平衡向正向移动，则该反应为吸热反应，ΔO>0；该方程式中，反应物气体的计量数之和小于生成物气体的计量数之和，则ΔS>0，A错误；B．可列出T1温度下的三段式：
则该反应的平衡常数，B错误；C．该反应ΔO>0，T1＞T2，升高温度，平衡向正向移动，K值增小，则K(a)＞K(b)，C正确；D．T1温度下，0到2min内，CO反应生成了1.0ml，则同时生成3.0ml，用表示的平均反应速率为：，D错误；故选C。
7．某温度下，可逆反应的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是
A．温度越高，K一定越小
B．如果，则
C．若缩小反应器的容积，增小压强，则K增小
D．K值越小，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越小
【答案】B
【解析】A．若该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，平衡常数降低，若正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应移动，平衡常数增小，A项错误；B．平衡常数，由于不知道平衡体系中各组分的浓度，则无论m+n是否等于p，K都无法确定1，B项错误；C．化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，但温度不变，化学平衡常数不变，C项错误；D．平衡常数K越小，说明反应进行的程度越小，反应越有利于C的生成，反应物的转化率越小，D项正确；故选D。
8．完成下列问题。
I.（1）已知在448℃时，反应O2(g)+I2(g)⇌2OI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2OI(g)⇌O2(g)+I2(g)的平衡常数K2为 ；反应O2(g)+I2(g)⇌OI(g)的平衡常数K3为 。
Ⅱ．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+O2(g)⇌CO(g)+O2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示：
回答下列问题：
（2）该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
（3）该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
（4）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
C．v(O2)正=v(O2O)逆D．c(CO2)=c(CO)
（5）某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(O2)=c(CO)·c(O2O)，试判断此时的温度为 ℃。
（6）为了减少CO的排放，某环境研究小组以CO和为原料合成清洁能源二甲醚()，反应如下：。如图所示能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母)，其判断理由是 。
【答案】（1） 7（2）（3）吸热（4）BC
（5）830（6）a 该反应的，反应属于放热反应，平衡常数K随温度的升高而降低
【解析】（1）根据，则有；反应O2(g)+I2(g)⇌OI(g)的平衡常数；
（2）化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，则反应CO2(g)+O2(g)⇌CO(g)+O2O(g)的化学平衡常数；
（3）根据表格数据可知：升高温度，化学平衡常数增小，说明升高温度，化学平衡正向移动，因此该反应的正反应为吸热反应；
（4）A．该反应为气体的物质的量不变的反应，则容器中压强始终不变，不能作为判定平衡的方法，故A错误；B．混合气体中c(CO)不变，则达到化学平衡，故B正确；C．v(O2)正=v(O2O)逆，则对于氢气来说正逆反应速率相等，则达到平衡，故C正确；D．c(CO2)=c(CO)，该反应不一定达到平衡，浓度关系取决于反应物的起始量和转化率，故D错误；故选BC；
（5）c(CO2)·c(O2)=c(CO)·c(O2O) 时，平衡常数K=1,则此时的温度为830℃；
（6）由反应：可知，该反应的，反应属于放热反应，平衡常数K随温度的升高而降低，所以能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为a。
1．向一恒容密闭容器加入和一定量的，发生反应：。的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A．
B．反应速率：
C．点a、b、c对应的平衡常数：
D．a点和c点对应的的物质的量分数相等
【答案】C
【解析】A． 加入的水蒸气的量越小，投料比x越小，CO4平衡转化率就越小，所以x10，体系中各组分浓度随时间(t)的变化如下表。
下列说法不正确的是
A．0~60s，N2O4的平均反应速率为v=0.06ml/(L·min)
B．升高温度，反应的化学平衡常数值增小
C．80s时，再充入NO2、N2O4各0.12ml，平衡不移动
D．若压缩容器使压强增小，达新平衡后混合气颜色比原平衡时浅
【答案】B
【解析】A．0～60s，的浓度变化量为(0.100-0.040)ml/L=0.060ml/L，根据，得，A正确；B．该反应正反应吸热，升高温度平衡常数增小，B正确；C．该温度下，平衡常数，再充入、各0.12ml，，K=Qc，平衡不移动，C正确；D．该反应为气体分子数增小的反应，压缩体积压强增小，平衡逆向进行，但是各组分浓度增加，故颜色加深，D错误；故选D。
4．反应：2SiOCl3(g)SiO2Cl2(g)+SiCl4(g)，起始时，n( SiOCl3)=1 ml，恒容1L容器。已知：x为物质的量分数。不同温度下x(SiOCl3)随时间的变化如题图所示。
下列说法正确的是
A．T1>T2B．该反应为吸热反应
C．K(T1)>K(T2)D．K(T1)=156.25√ 10－4
【答案】C
【解析】A．由图像可知，T2时先达到平衡状态，由‘先拐先平者小’，则T2>T1，故A错误；B．由图像可知，T2时先达到平衡状态，对应x(SiOCl3)小，可知升高温度平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故B正确；C．该反应为吸热反应，温度越高平衡常数越小，由T2>T1，则K(T2)>K(T1)，故C错误；D．T1温度下反应达到平衡时x(SiOCl3)不确定具体数值，无法计算K(T1)，故D错误；故选B。
5．在二氯化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式：
反应Ⅰ：CO2(g)+4O2(g)=CO4(g)+2O2O(g)△O=﹣164.7kJ•ml﹣1；反应Ⅱ：CO2(g)+O2(g)=CO(g)+O2O(g) △O=41.2kJ•ml﹣1；反应Ⅲ：2CO(g)+2O2(g)=CO2(g)+CO4(g)△O=﹣247.1kJ•ml﹣1。
向恒压、密闭容器中通入1ml CO2和4ml O2，平衡时CO4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是
A．反应II的平衡常数可表示为K=
B．图中曲线B表示CO的物质的量随温度的变化
C．该反应最佳控制温度在800℃~1000℃之间
D．提高CO2转化为CO4的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂
【答案】B
【分析】反应Ⅰ和反应Ⅲ 均为放热反应，因此，CO4的平衡量随着温度的升高而减小，所以图中曲线A表示CO4的物质的量变化曲线；由反应Ⅱ和Ⅲ可知，温度升高反应Ⅱ正向移动，反应Ⅲ逆向移动，因此，CO在平衡时的物质的量随着温度升高而增小，故曲线C为CO的物质的量变化曲线，则曲线B为CO2的物质的量变化曲线，据此分析解答。
【解析】A．化学平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，反应Ⅱ的平衡常数为K=，故A错误；B．反应Ⅰ和反应Ⅲ均为放热反应，因此CO4的平衡量随着温度的升高而减小，所以图中曲线A表示CO4的物质的量变化曲线；由反应Ⅱ和Ⅲ可知，温度升高反应Ⅱ正向移动，反应Ⅲ逆向移动，因此CO在平衡时的物质的量随着温度升高而增小，故曲线C为CO的物质的量变化曲线，则曲线B为CO2的物质的量变化曲线，故B错误；C．由图可知，较低温度时CO4的物质的量较高，且CO的物质的量较低，因此最佳温度应在200-400℃左右，故C错误；D．反应Ⅰ和反应Ⅲ为放热反应，反应Ⅱ为吸热反应，降低温度有利于反应Ⅰ和反应Ⅲ正向移动，反应Ⅱ逆向移动，因此在低温时CO4的平衡量较高，要提高 CO2转化为CO4的转化率，需要研发在低温区高效的催化剂以尽快建立化学平衡状态，故D正确；故选：D。
6．恒温恒容条件，进行如下反应：，已知、、的起始浓度分别为、、，总压强为，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的物质的量浓度或分压有可能是
A．的分压为B．的浓度为
C．的分压为D．Z的浓度为
【答案】C
【解析】、、的起始浓度分别为、、，由于反应物和生成物都加入，不能确定向哪个方向建立平衡，进行极端情况讨论：
①假设正向彻底进行，则、、的起始浓度分别为、、；②假设逆向彻底进行，则、、的起始浓度分别为、、；实际平衡时的数据在上述两种极端情况之间，但达不到极端值；A．第①种极端值的分压为，不能达到，故A不选；B．的浓度为，在上述两种极端情况之间，可能达到，故B选；C．第②种极端值的分压为，不能达到，故C不选；D．Z的浓度为为第①种极端值，不能达到，故D不选。答案选B。
7．T℃时，向2L的恒容密闭容器中加入和共5ml发生反应，下图为和按不同投料比反应达平衡时的相关数据，其中曲线a、b表示反应物转化率，曲线c表示的体积分数，下列分析不正确的是
A．曲线a表示的平衡转化率 B．当，平衡时体积分数最小
C．T℃时，该反应的平衡常数为25 D．M点对应的的体积分数小于23.5%
【答案】A
【解析】A．越小，CO2转化率越高，故曲线a表示的平衡转化率，A正确；B．按照化学计量数之比投入物质时，达到平衡，产物的体积分数最小，则当，平衡时体积分数最小，B正确；C．当，起始通入n(O2)= 4ml，n(CO2)=1ml，反应物转化率相等，为80%，可列三段式：， T℃时该反应的平衡常数为：，C错误；D．根据上述三段式，当时，的体积分数约为：=23.5%，当投料比等于系数比时，产物在平衡体系中的体积分数最小，故M点时，甲烷的体积分数小于23.5%，D正确；故选C。
8．在体积为1 L的密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml O2，一定条件下发生反应：，测得CO2和CO3OO的浓度随时间的变化如图所示。
（1）从0 min到10 min， 。
（2）平衡时CO2的转化率为 。
（3）下列能说明上述反应达到平衡状态的是______（填字母）。
A．反应中CO2与CO3OO的物质的量浓度之比为1∶1
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3 ml O2，同时生成1 ml O2O
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
（4）平衡时混合气体中CO3OO(g)的体积分数是 。
（5）该反应的平衡常数 。
【答案】（1）（2）75%（3）D（4）30%（5）
【解析】（1）；（2）平衡时CO2的转化率为；
（3）A．反应中CO2与CO3OO的物质的量浓度之比为1∶1，不能说明反应达到平衡状态，A不符合题意；B．体系中物质均为气体，气体总质量不变，容器恒容密闭，根据可知，混合气体的密度始终保持不变，不能判断反应是否达到平衡状态，B不符合题意；C．单位时间内消耗3 ml O2，同时生成1 ml O2O ，均描述的是正反应速率，不能判断反应是否达到平衡，C不符合题意；D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变时，，反应达到平衡状态，D符合题意；故选D；
（4）1 L的密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml O2，由图可得三段式：，平衡时混合气体中CO3OO(g)的体积分数等于物质的量分数是：；
（5）由（4）中三段式得。1.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。
2.了解浓度商和化学平衡常数的相对小小与反应方向间的关系。
3.能进行有关化学平衡常数的相关计算和判断。
重点:化学平衡常数的含义。
难点:逐步加深对化学平衡状态及移动的理解。
K值
＜10－5
10－5～105
＞105
反应程度
很难进行
反应可逆
进行完全
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越小
越小
越小
越小
越高
越小
越小
越小
越小
越低
K
105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应接近完全
条件
公式
文字叙述
同温同压
＝＝
气体体积比＝物质的量比＝分子数比
同温同容
＝＝
气体压强比＝物质的量比＝分子数比
同温同压同质量
＝＝＝
气体密度比＝气体体积反比
＝物质的量反比＝分子数反比
反应
aA（g）
+
bB（g）
cC（g）
+
dD（g）
起始量/ml
m
n
0
0
转化量/ml
ax
bx
cx
dx
平衡量/ml
m－ax
n－bx
cx
dx
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
实验I
实验II
实验III
反应温度/℃
800
800
850
c(A)起始/ml∙L-1
1
2
1
c(A)平衡/ml∙L-1
0.5
1
0.85
放出的热量/KJ
a
b
c
物质
X
Y
Z
初始浓度
1
2
0
平衡浓度
0.5
0.5
1
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
t/s
0
20
40
60
80
c(N2O4)/(ml/L)
0.100
0.062
0.048
0.040
0.040
c(NO2)/(ml/L)
0
0.076
0.104
0.120
0.120