鲁科版选修4 化学反应原理第2章 化学反应的方向、限度与速率第2节 化学反应的限度第1课时教案

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第2节　化学反应的限度第1课时　化学平衡常数　平衡转化率目标与素养：1.进一步认识化学平衡状态的特征，能够描述平衡的建立过程。(变化观念与平衡思想)2.了解化学平衡常数的定义。(平衡思想)3.能正确书写给定反应的平衡常数表达式，并能进行相应的简单计算。(证据推理与模型认知)4.理解化学平衡常数的应用及意义。(社会责任)1．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，用符号K表示。(2)表达式以化学反应aA＋bBcC＋dD为例：K＝，单位：(mol·L－1)(c＋d)－(a＋b)。(3)意义对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度；平衡常数的数值越大，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。②外因：反应体系的温度。(5)应用①判断反应可能进行的程度。K值＜10－510－5～105＞105反应程度很难进行反应可逆进行完全②判断反应是否达到平衡状态。对化学反应aA＋bBcC＋dD的任意状态有浓度商：Q＝。③判断反应的热效应。a．升高温度—b．降低温度—2．平衡转化率(1)表达式对于化学反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率可以表示为α(A)＝×100%＝×100%＝×100%。(2)规律①同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物转化率相同。②多种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会降低。1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)在任何条件下，化学平衡常数都是一个恒定值。 (　　)(2)改变反应物浓度或反应产物浓度都会改变平衡常数K。(　　)(3)平衡常数K既与温度、反应物本身的性质有关，也与反应物浓度、压强有关。               (　　)(4)从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度。 (　　)(5)N2＋3H22NH3和N2＋H2NH3的平衡常数表达式相同。  (　　)[提示]　(1)×　不同温度下，化学平衡常数不同。(2)×　平衡常数只受温度的影响。(3)×　平衡常数与浓度、压强无关。(4)√(5)×　化学平衡常数表达式与方程式的系数有关。2．下列数据是一些反应的平衡常数的数值，表示反应物转化率最大的是 (　　)A．K＝1　　　　 B．K＝10－1C．K＝1010 D．K＝10－10C　[K值越大说明正反应程度越大，反应物转化率越大。]3．在恒温恒容下，当反应容器内总压强不随时间变化时，下列可逆反应一定达到平衡的是(　　)A．A(g)＋B(g)C(g)B．A(g)＋2B(g)3C(g)C．A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)D．以上都达到平衡A　[在恒温恒容下，对于反应前后气体系数不相等的反应，当反应容器内总压强不变时，可逆反应达到平衡。]化学平衡常数的理解与应用1.化学平衡常数应用中的注意事项(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、压强、催化剂无关。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“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，若反应方向改变，则平衡常数变为倒数。若同一反应方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，平衡常数也会改变。2．化学平衡常数的应用(1)判断反应进行程度的大小。(2)判断反应是否平衡及不平衡时的反应方向。(3)判断反应的热效应。【例1】　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(　　)A．K＝B．K＝C．增大c(H2O)或减小c(H2)，会使该反应平衡常数减小D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化[答案]　B1．已知800 ℃时，化学反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的K＝1试推导在下列浓度下反应进行的方向。序号CO(mol·L－1)H2O(mol·L－1)CO2(mol·L－1)H2(mol·L－1)反应进行方向a0.30.50.40.4 b1.00.30.50.6 c0.81.60.71.7 [答案]　a．逆反应　b．平衡　c．正反应2．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的关系如表所示：T/℃7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。(2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。[解析]　(1)依据反应的化学方程式可知K＝；(2)从表格中数据可知，升高温度K值增大，故该反应为吸热反应。[答案]　(1)　(2)吸热有关化学平衡常数及平衡转化率的计算1.模式——三段式　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量/(mol·L－1)  a   b    0   0转化量/(mol·L－1)  mx   nx    px   qx平衡量/(mol·L－1)a－mx b－nx   px   qx2．物质浓度的变化关系(1)反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度；(2)反应产物：平衡浓度＝初始浓度＋转化浓度；(3)转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比。证据推理与模型认知：化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系(1)对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。(2)平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与温度有关，而平衡转化率的影响因素有温度、浓度、压强等。(3)温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。【例2】　(1)反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求在该温度下，此反应的平衡常数__________________。(2)在(1)中温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，试求达到化学平衡时各物质的浓度______________________[解析]　(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1　　　　　　　SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)   2   2    0   0   2－x 2－x   2－x 2－x   x   x  2－x 2－x由题意可知×100%＝50%，x＝1，K＝＝＝1。(2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1，           SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)  3   2   0   0  y   y   y   y  3－y   2－y   y   y因为温度不变，平衡常数不变，K＝1则＝1，y＝1.2平衡浓度：[SO2]＝3 mol·L－1－1.2 mol·L－1＝1.8 mol·L－1[NO2]＝2 mol·L－1－1.2 mol·L－1＝0.8 mol·L－1[SO3]＝[NO]＝1.2 mol·L－1。[答案]　(1)1　(2)[SO3]＝[NO]＝1.2 mol·L－1，[SO2]＝1.8 mol·L－1，[NO2]＝0.8 mol·L－1计算(1)中NO2的转化率，(2)中SO2、NO2的转化率并比较，你能得出什么结论？[答案]　(1)α(NO2)＝×100%＝50%(2)α(SO2)＝×100%＝40%α(NO2)＝×100%＝60%结论：两种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，而该反应物的转化率会降低。1计算时用浓度而不是物质的量。2计算时要先列出表达式，再代入数据计算，注意写单位，注意K的单位随表达式不同而有所变化。3计算数据时要先约简，结果注意有效数字的保留。某硫酸厂的基本反应是：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，现将0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2注入体积为1.0 L的密闭容器中，并置于某较高温度的恒温环境中，达化学平衡后，测得反应器中有0.04 mol SO3(g)，求：(1)该温度下反应的平衡常数________。(2)SO2、O2的平衡转化率________、________。[解析]　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)初始浓度/(mol·L－1)   0.05    0.03       0转化浓度/(mol·L－1)   0.04    0.02     0.04平衡浓度/(mol·L－1)   0.01    0.01     0.04(1)K＝＝＝1 600 (mol·L－1)－1(2)α(SO2)＝×100%＝×100%＝80%α(O2)＝×100%＝×100%≈66.7%[答案]　(1)1 600 (mol·L－1)－1　(2)80%　66.7%1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是(　　)A．混合气体的总分子数不再变化B．混合气体的颜色不再变化C．容器的总压强不再变化D．混合气体的总质量不再变化D　[该反应为气体分子数改变的反应，恒容条件下，该可逆反应在建立平衡的过程中会有压强的改变、气体总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明反应达到平衡了，而混合气体的总质量在任何情况下都不发生变化。]2．一定温度下，已知反应：①H2(g)＋S(s)H2S(g)　K1，②S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2，则相同温度下，反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)的平衡常数K等于(　　)A．K1＋K2　　B．K1－K2　　C．K1·K2　　D.D　[由①－②可得反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)，K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。]3．1 000 K下，反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)的平衡常数K＝8.28×107(mol·L－1)－1。当各气体的物质的量浓度分别为H2：0.7 mol·L－1，CH4：0.2 mol·L－1时，上述反应(　　)A．正向进行 B．逆向进行C．达到平衡 D．无法确定A　[Q＝≈0.41(mol·L－1)－1＜K，故反应正向进行，A项正确。]4．将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)nC(g)＋2D(g)，5 s后反应达到平衡状态，生成2 mol D和2 mol C，则下列结论中不正确的是    (　　)A．该温度下反应的化学平衡常数为4/27B．n值等于2C．平衡时B的浓度为1 mol·L－1D．平衡时B的转化率为50%D　[利用“三段式”法进行计算时，只有转化量与化学方程式中物质的系数成正比，起始量和平衡量与化学方程式中各物质的系数无关。生成C、D的物质的量相等，C、D的系数也相等，n＝2，设转化的B的物质的量为x，则有　　　　　　3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)初始/mol　　6　　　　5　　　0　　　0转化/mol   3x   x   2x  2x平衡/mol  6－3x  5－x   2x   2x根据题意得2x＝2 mol，x＝1 mol平衡时B的浓度[B]＝＝1 mol·L－1，转化率α(B)＝×100%＝20%。K＝＝。]5．某水煤气工厂在1 200 ℃时测得反应H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K为2.25。若反应从H2(g)和CO2(g)开始，且H2(g)和CO2(g)的初始浓度均为0.010 mol·L－1时，计算：(1)各物质的平衡时的浓度为____________________________。(2)H2(g)和CO2(g)的平衡转化率为________________________。[答案]　(1)[H2O]＝[CO]＝0.006 mol·L－1，[CO2]＝[H2]＝0.004 mol·L－1(2)α[H2]＝α(CO2)＝60%