高中化学2.3化学平衡(第3课时)课堂探究素材新人教版选修4

化学平衡

课堂探究

探究一化学平衡常数

·问题导引·

反应1：可逆反应N 2＋3H 22NH 3是工业上合成氨的重要反应。该反应正向为放热反应。反应过程中，反应物和产物均为气态。

反应2：H 2(g)＋I 2(g) 2HI(g)。该反应前后气体分子数不发生改变。

反应3：可逆反应：C(s)＋H 2O(g) CO(g)＋H 2(g)。这是利用碳单质制取水煤气的重要反应。

1．对于反应1，若保持其他条件不变，分别升高温度、增大N 2的浓度，平衡如何移动？平衡常数K 如何变化？

提示：升高温度，平衡向逆反应方向移动，K 减小；增大N 2的浓度，平衡向正反应方向移动，但K 保持不变。

2．对于反应1，若保持其他条件不变，加入催化剂，反应速率如何变化？平衡如何移动？平衡常数K 如何变化？

提示：加入催化剂，反应速率加快，平衡不移动，K 不变。

3．反应2的平衡常数是K ，则反应2HI(g) H 2(g)＋I 2(g)的平衡常数为多少？反应12H 2(g)＋12

I 2(g) HI(g)的平衡常数为多少？ 提示：反应2HI(g) H 2(g)＋I 2(g)的平衡常数为1K ，12H 2(g)＋12I 2(g) HI(g)

。

4．反应3的平衡常数的表达式是什么？对于反应3，若保持其他条件不变，升高温度，K 值增大，该反应是吸热反应还是放热反应？

提示：K ＝22CO H H O c c c ()⋅()()

；升高温度K 值增大，说明化学平衡向正反应方向移动，则该反应为吸热反应。

·名师精讲·

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。

①若反应方向改变，则平衡常数改变。

②若化学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N 2＋3H 22NH 3，K ＝a 则有：

2NH 3N 2＋3H 2，K ′＝1/a 。

12N 2＋32H 2NH 3，K

2．化学平衡常数的应用

(1)判断平衡移动的方向：

对于一般的可逆反应m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)，在任意状态时，生成物与反

应物的浓度幂之积的比值称为浓度商Q c ，即Q c ＝p q m n c C c D c A c B ()⋅()()⋅()

，则 c c c

Q K Q K Q K ⎧⎪⎨⎪⎩＜，反应向正反应方向进行＝，反应处于平衡状态

＞，反应向逆反应方向进行 (2)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。

【例题1】 (Ⅰ)已知在448 ℃时，反应H 2(g)＋I 2(g)

2HI(g)的平衡常数K 1为49，则该温度下反应2HI(g) H 2(g)＋I 2(g)的平衡常数K 2为______；反应12H 2(g)＋12

I 2(g) HI(g)的平衡常数K 3为______。 (Ⅱ)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

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)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(H 2)＝v 逆(H 2O)

D ．c (CO 2)＝c (CO)

(4)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______℃。

(5)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，则下一时刻，反应将____(填“正向”或“逆向”)进行。

解析：(Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也会发生变化，得K 3

(Ⅱ)通过表中K 和t 的关系可知，温度越高，K 值越大，反应正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热反应。当c (CO 2)·c (H 2)＝c (CO)·c (H 2O)时，K ＝1，此时温度由表中数据可知为830 ℃。判断反应进行的方向时，可根据Q 与K 的大小关系判断，此时刻下，Q ＝()222CO H O CO H c c c c ()⋅()()

＝11

111mol L 3mol L 2mol L 1.5mol L ----⋅⨯⋅⋅⨯⋅＝1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。 答案：(Ⅰ) 149

7 (Ⅱ)(1) ()222CO H O CO H c c c c ()⋅()()

(2)吸热 (3)BC (4)830 (5)逆向 变式训练1人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O 2结合生成HbO 2，因此具有输氧能力。CO 吸入肺中发生反应：CO ＋HbO 2O 2＋HbCO,37 ℃时，该反应的平衡常数K ＝220。HbCO 的

浓度达到HbO 2浓度的0.02倍时，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是( )

A ．CO 与HbO 2反应的平衡常数K ＝()22O H O CO HbO c c bC c c ()⋅()()

B ．人体吸入的CO 越多，与血红蛋白结合的O 2越少

C ．当吸入的CO 与O 2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损

D ．把CO 中毒的病人放高压氧舱中解毒，其原理是使上述平衡向左移动

解析：由平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K ＝()22O H O CO HbO c c bC c c ()⋅()()

，由平衡移动原理可知吸入CO 越多，平衡向右移动，与血红蛋白结合的O 2越少；把病人放高压氧舱中，则平衡向左移动，释放出CO ，故可解毒，A 、B 、D 均正确。C 项，由平衡常数表达式可知，人智力受损时：220＝2O CO c c ()()×0.02，即2O O c C c ()()＝0.02220，故C 项错误。 答案：C

探究二 化学平衡的有关计算

·问题导引·

已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g) ΔH ＞0。某温度下，

反应物的起始浓度分别为：c (M)＝2 mol·L －1，c (N)＝4.8 mol·L －1。

1．若达到平衡后，M 的转化率为60%，此时N 的转化率为多少？

提示：N 的转化率＝11

2mol L 60%4.8mol L --⋅⨯⋅×100%＝25%。 2．增大压强(缩小体积)，该反应的平衡发生移动吗？反应物的转化率变化吗？

提示：该反应是前后分子数不发生改变的反应。增大压强，平衡不移动，反应物的转化率也不变。

3．若反应温度升高，该反应的平衡移动吗？M 的转化率变化吗？若加入一定量的N ，M 的转化率变化吗？

提示：该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，M 的转化率增大；若加入一定量的N ，化学平衡向正反应方向移动，M 的转化率增大。

4．该可逆反应达到化学平衡后，加入催化剂，反应物的转化率或生成物的产率发生改变吗？

提示：不改变。因为催化剂只影响反应速率，不影响化学平衡，平衡不移动，则反应物的转化率或生成物的产率都不发生变化。

名师精讲

化学平衡的有关计算——“三段式”分析法

(1)模式： m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)

起始量 a b 0 0

变化量 mx nx px qx

平衡量 a －mx b －nx px qx

对于反应物：平衡时的相关量＝起始量－变化量，n (平)＝n (始)－n (变)

对于生成物：平衡时的相关量＝起始量＋变化量，n (平)＝n (始)＋n (变)

(2)基本解题思路：

①设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x 。

②确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者的关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量，并按(1)中“模式”列表。