高中化学选修四2-2-1 化学平衡常数学案教师版 精品

2-2-1 化学平衡常数学习目标：1.理解化学平衡常数的含义，能根据化学反应书写化学平衡常数表达式2.了解化学平衡常数的影响因素。

3.能根据化学平衡常数表示的意义，判断反应进行的程度和方向。

学习重难点：化学平衡常数的含义及应用自主学习【知识回顾】1．化学平衡状态的概念：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。

化学平衡研究的对象是可逆反应。

2．化学平衡状态的特征：(1)等：v正＝v逆≠0。

(2)动：化学平衡状态是一种动态平衡。

达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。

(3)定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。

(4)变：外界条件(温度、浓度、压强等)一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。

3．一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，当反应达到平衡时，有3 mol SO2发生了反应，则：(1)生成了________mol SO3。

(2)平衡时容器内气体的总物质的量为________。

(3)平衡时SO2的浓度是__________，O2的浓度是________________________________，SO3的浓度是__________。

【答案】(1)3(2)6.5 mol(3)0.2 mol·L－1 0．15 mol·L－10.3 mol·L－1【自主探究】探究点一化学平衡常数的概念及其表达式1．二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：2NO 2(g)N 2O 4(g)，在298K ，如果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。

(1)请根据表中已知数据填写空格：①概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的幂的乘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(简称平衡常数，用K 表示)。

②表达式：对于一般的可逆反应，m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，当在一定温度下达到平衡时，K ＝[C]p [D]q [A]m [B]n 。

2．下表为N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g)的平衡常数与温度的关系(1)温度升高，K 值减小，则正反应为放热反应(填“吸热”或“放热”，下同)。

(2)温度升高，K 值增大，则正反应为吸热反应。

归纳总结]使用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)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。

C(s)＋H 2O(g) CO(g)＋H 2(g) K ＝[CO][H 2][H 2O]；FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO 2(g) K ＝[CO 2][CO]。

(3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。

例如：N2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)的平衡常数为K 1，12N 2(g)＋32H 2(g) NH 3(g)的平衡常数为K2，NH 3(g)12N 2(g)＋32H 2(g)的平衡常数为K 3；写出K 1和K 2的关系式：K 1＝K 22 。

写出K 2和K 3的关系式：K 2·K 3＝1。

写出K 1和K 3的关系式：K 1·K 23＝1。

活学活用]1．对于反应3Fe(s)＋4H2O(g) Fe 3O 4(s)＋4H 2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( )A ．K ＝[H 2]4[Fe 3O 4][Fe]3[H 2O]4B ．K ＝[H 2]4[H 2O]4C ．增大c (H 2O)或减小c (H 2)，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】B【解析】固体反应物或生成物，其浓度可看作1，在平衡常数表达式中不写，故A错误，B 正确；化学平衡常数是反应的特性常数，只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度无关，故增大c (H 2O)或减小c (H 2)，该反应的平衡常数不变，但温度改变，平衡常数一定改变，故C 、D 错误。

2．高炉炼铁过程中发生的主要反应为13Fe 2O 3(s)＋CO(g)23Fe(s)＋CO 2(g)已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：请回答下列问题：该反应的平衡常数表达式K ＝__________，ΔH ______0(填“>”、“<”或“＝”)。

【答案】[CO 2][CO] <【解析】因Fe 和Fe 2O 3均为固体，其浓度视为1，在平衡常数表达式中不写，故K＝[CO 2][CO]。

温度升高，K 减小，说明平衡向左移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，ΔH <0。

探究点二 化学平衡常数的意义及其应用1．下表为298 K时，卤化氢生成反应的平衡常数：2222请比较表中K(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。

K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。

(2)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，在一定的温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q＝c p c qc m c n，叫做该反应的浓度商。

Q<K，反应向正反应方向进行Q＝K，反应处于平衡状态Q>K，反应向逆反应方向进行2．对反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)，若298 K时，K＝1×10－30，保持温度不变，测得反应进行的某一时刻，N2、O2、NO浓度分别为10 mol·L－1、10 mol·L－1、1×10－5 mol·L－1，此时该反应未(填“已”或“未”)达到平衡状态，若要达到平衡，反应应向逆反应方向进行(填“正”或“逆”)。

【解析】Q＝－5 mol·L－12－1－1＝1×10－12，Q≠K未达到平衡状态；Q>K，此时刻生成物的浓度大于平衡时生成物的浓度，反应应向逆反应方向进行。

归纳总结]化学平衡常数的应用(1)K值的大小可反映化学反应进行的程度大小。

(2)比较Q和K的大小，可判断反应进行的方向。

(3)根据K值随温度变化规律，可判断可逆反应的反应热。

活学活用]3．恒温下，在容积为2 L 的恒容密闭容器A 中通入1 mol N 2与1 mol H 2的混合气体，发生如下反应：N2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g) ΔH <0，一段时间后，达到平衡，若平衡时氢气的物质的量为0.4 mol 。

(1)计算此温度时该反应的K 值为__________。

(2)若降低A 容器的温度，该反应K 值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)若在此温度下，向另一容积为1 L 的恒容密闭容器B 中按物质的量分别为2 mol 、1 mol 、1 mol 充入N 2、H 2、NH 3，此时，该反应是否处于平衡状态______(填“是”或“否”)，此时若没有达到平衡，反应应向________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。

【答案】(1)12.5 mol －2·L 2 (2)增大 (3)否 正反应 【解析】 (1) N2(g)＋ 3H 2(g)2NH 3(g)K ＝[NH 3]2[N 2][H 2]3＝－120.4 mol·L －1－13＝12.5 mol－2·L 2(2)K 与温度有关，升高温度K 不一定变大，当正反应为放热反应，升高温度K 变小，当正反应为吸热反应，升高温度K 变大。

【学习小结】【自我检测】1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是( )A ．与该反应的压强有关B ．与反应的温度有关，还与反应本身有关C ．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响D ．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数【答案】B【解析】K与反应温度有关，也与反应方程式有关，但与起始浓度无关。

2．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝[CO][H2O][CO2][H2]。

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CO＋H2O CO2＋H2【答案】A【解析】由平衡常数K＝[CO][H2O][CO2][H2]，可知反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D错误；温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH>0，A正确；恒容时增大压强，H2的浓度不变，B错误；升高温度，v正和v逆都增大，C错误。

3．对于可逆反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，在一定温度下，其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是()A．将C(s)的表面积增大B．增大体系的压强C．升高体系的温度D．使用合适的催化剂【答案】C【解析】K只与体系的温度有关，与反应物、生成物的起始浓度无关。

4．汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)＋CO(g)12N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－373.4 kJ·mol－1在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是()【答案】C【解析】ΔH＝－373.4 kJ·mol－1，温度升高，平衡向逆反应方向移动，K减小，CO 浓度增大，故A、B两项错；K只与温度有关，C项正确；增大N2的物质的量，平衡左移，则NO的浓度增大，所以D项错。

5．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的关系如下表所示：(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”)。

(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C．v正(H2)＝v逆(H2O) D．c(CO2)＝c(CO)(4)某温度下，平衡浓度符合下式：CO2]·H2]＝CO]·H2O]，试判断此时的温度为________℃。

【答案】(1)[CO]·[H2O][CO2]·[H2](2)吸热(3)BC(4)830【解析】(1)根据化学平衡常数的定义式即可得出：K＝[CO]·[H2O] [CO2]·[H2]。