人教版高中化学选修四第二章 第三节 第4课时 化学平衡常数

第4课时 化学平衡常数

[核心素养发展目标] 1.证据推理：通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.模型认知：构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。

一、化学平衡常数

1．化学平衡状态时的浓度数据分析

(1)NO 2、N 2O 4的相互转化是一个可逆反应：2NO 2(g)

N 2O 4(g)。在25 ℃时，如果用不同起

始浓度的NO 2或N 2O 4进行反应，平衡后得到以下实验数据。请根据表中已知数据填写空格：

起始浓度/(mol·L －

1) 平衡浓度/(mol·L －

1) 平衡浓度关系 c (NO 2) c (N 2O 4) c (NO 2) c (N 2O 4) c (N 2O 4)

c (NO 2)

c (N 2O 4)

c 2(NO 2)

2.00×10－

2 0 6.32×10－

3 6.84×10－

3 1.08 1.71×102 3.00×10－2

0 8.00×10－3

1.10×10－2 1.38 1.72×102 0

2.00×10－

2 9.46×10－

3 1.53×10－2 1.62 1.71×102 0 0.100

2.28×10－

2

8.86×10－2

3.89

1.70×102

(2)根据上表数据，判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) ①一定温度下，N 2O 4和NO 2的平衡浓度相等(×) ②一定温度下，N 2O 4与NO 2的平衡浓度之比相等(×) ③一定温度下，平衡时c (N 2O 4)c 2(NO 2)近似相等(√)

2．化学平衡常数的概念与表达式

(1)概念

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，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 (C )·c q (D )

c m (A )·c n (B )。

(3)应用

已知：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g)的平衡常数为K 1，12N 2(g)＋3

2

H 2(g)

NH 3(g)的平衡常数为

K 2，NH 3(g)

12N 2(g)＋3

2

H 2(g)的平衡常数为K 3。 ①写出K 1和K 2的关系式：K 1＝K 22； ②写出K 2和K 3的关系式：K 2·K 3＝1； ③写出K 1和K 3的关系式：K 1·K 23＝1。 (4)化学平衡常数表达式书写注意事项

①化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。 ②化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。 3．化学平衡常数的意义

已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：

化学方程式 平衡常数K F 2＋H 22HF 6.5×1095 Cl 2＋H 22HCl 2.57×1033 Br 2＋H 22HBr 1.91×1019 I 2＋H 2

2HI

8.67×102

请比较表中K 值的相对大小，说明平衡常数的意义：

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。 4．化学平衡常数的影响因素及应用 已知：N 2(g)＋3H 2(g)

2NH 3(g)的平衡常数与温度的关系如下：

T /K

373

473

573

673

773

K

3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103

由上表数据分析可知：

温度升高，K 值减小，则正反应为放热(填“吸热”或“放热”)反应。

例

1

对于反应：C(s)＋H 2O(g)CO(g)＋H 2(g)

ΔH >0，下列有关说法正确的是( ) A ．平衡常数表达式为K ＝c (CO )·c (H 2)

c (C )·c (H 2O )

B ．增大体系压强，平衡常数K 不发生变化

C ．升高体系温度，平衡常数K 减小

D ．增加C(s)的量，平衡正向移动 答案 B

解析 固态物质的浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式中，A 项错误；K

只与温度有关，因此增大体系压强，平衡常数K不发生变化，B项正确；升温使该反应正向进行，K增大，C项错误；增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。

对于给定的反应，化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

例

2

在一定体积的密闭容器中，进行如下化学

反应：CO 2(g)＋H 2(g)

CO(g)＋H 2O(g)，其化学平衡常数K 和温度T 的关系如表所示： T /℃ 700 800 830 1 000 1 200 K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

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________(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c (CO 2)·c (H 2)＝c (CO)·c (H 2O)，试判断此时的温度为________℃。该温度下加入1 mol CO 2(g)和1 mol H 2(g)，充分反应，达到平衡时，CO 2的转化率为________。

(4)在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c (CO 2)为2 mol·L －

1，c (H 2)为1.5 mol·L －

1，c (CO)为1 mol·L －

1，c (H 2O)为3 mol·L －

1，则反应________(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。

答案 (1)c (CO )·c (H 2O )c (CO 2)·c (H 2)

(2)吸热 (3)830 50% (4)逆向进行

解析 (2)温度越高，K 值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。

(3)由题意可得K ＝1，查表可知温度为830 ℃。设反应的CO 2为x mol ，则消耗掉的H 2为x mol ，生成的CO 和H 2O 均是x mol(设体积为V L)，则

K ＝⎝⎛⎭⎫x V ·⎝⎛⎭⎫x V ⎝⎛⎭⎫1－x V ·⎝⎛⎭

⎫1－x V ＝1，整理得x ＝0.5。

则CO 2的转化率为50%。

(4)Q ＝c (CO )·c (H 2O )c (CO 2)·c (H 2)＝1×32×1.5

＝1＞0.9，