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2019-2020年人教版高中化學選修四 2-3-3 化學平衡常數(shù) 教案2
【課標要求】
1．知道化學平衡常數(shù)的涵義。
2．能利用化學平衡常數(shù)計算反應物的轉化率。
【課標解讀】
1.了解化學平衡常數(shù)的涵義。
2．了解影響化學平衡常數(shù)的因子。
3．掌握有關化學平衡常數(shù)的計算。
【教學地位】
本課時介紹了化學平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學平衡常數(shù)進行簡單的計算。了解化學反應速率和化學平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用。
【新課導入建議】
備受國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)界關注的第一套15萬噸/年低壓聯(lián)醇裝置已順利建成投產(chǎn)。該套裝置由于采用了具有自主知識產(chǎn)權的多項專利技術，具有運行穩(wěn)定、化學平衡常數(shù)大等特點。你知道化學平衡常數(shù)有什么作用嗎？
【提示】 化學平衡常數(shù)是表征反應限度的一個確定的數(shù)學關系、定量關系，是反應限度的最根本的表現(xiàn)。對判斷化學平衡移動方向提供了科學的依據(jù)。
【教學流程設計】
課前預習安排：看教材P29頁，完成【課前自主導學】，并完成【思考交流】；?步驟1：導入新課、分析本課時的教材地位。?步驟2：建議對【思考交流】多提問幾個學生，使80%以上的學生都能掌握該內(nèi)容，以利于下一步對該重點知識的探究。?步驟3：師生互動完成“探究1，化學平衡常數(shù)及應用”可利用【問題導思】所設置的問題，由淺入深地進行師生互動。
?
步驟7：教師通過【例2】的講解對探究2中的內(nèi)容進行總結。?步驟6：師生互動完成“探究2，化學平衡的計算”，可利用【問題導思】所設置的問題，師生互動?？墒褂谩窘處焸湔n資源】為您提供的例題，拓展學生的思路。?步驟5：在老師指導下由學生自主完成【變式訓練1】和【當堂雙基達標】中的1、2、4三題，驗證學生對化學平衡常數(shù)的理解。?步驟4：教師通過【例1】和教材P29頁的講解，對“探究1”中的特點進行總結。
步驟8：在老師指導下由學生自主完成【變式訓練2】和【當堂雙基達標】中的3、5兩題，驗證學生對探究點的掌握情況。?步驟9：先讓學生自主總結本課時學習的主要知識，然后對照【課堂小結】以明確掌握已學的內(nèi)容，并課下完成【課后知能檢測】。
課 標 解 讀
重 點 難 點
1.了解化學平衡常數(shù)的概念。
2.理解化學平衡常數(shù)對化學反應進行的程度判斷。
3.掌握有關化學平衡常數(shù)等的計算。
1.知道影響化學平衡常數(shù)的因素—溫度。(重點)
2.注意化學平衡常數(shù)表達式書寫的注意事項。(重點)
3.運用“三段式”進行化學平衡常數(shù)、轉化率等的計算。(重難點)
1．化學平衡常數(shù)
(1)定義
在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)就是該反應的化學平衡常數(shù)，通常用符號K表示。
(2)表達式
對于一般的可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，平衡常數(shù)的表達式為K＝。
(3)意義及影響因素
①K值越大，說明正反應進行的程度越大，反應物的轉化率越大。
②K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。
2．平衡轉化率
某指定反應物的轉化率＝100%＝100%。
其Δn表示已轉化的物質(zhì)的量。
n始表示該物質(zhì)起始時的物質(zhì)的量
Δc表示消耗的該物質(zhì)的濃度
c始表示起始時該物質(zhì)的濃度。
1．對反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在密閉容器中達平衡后，再充入一定量N2(體積不變)，平衡正移，平衡常數(shù)變大，對嗎？
2．升高溫度、平衡常數(shù)就增大嗎？
【提示】 1.不對，K只受溫度影響。
2．不一定，若正反應為吸熱反應，則K增大，反之減小。
化學平衡常數(shù)及其應用
【問題導思】
對反應Fe2O3(s)＋3CO(g)高溫，2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH>0。
寫出其平衡常數(shù)的表達式，并思考注意問題？
【提示】 K＝
若增大CO的量，平衡常數(shù)變嗎？若升溫呢？
【提示】 增大CO的量K不變；升溫，K變大。
1．化學平衡常數(shù)
化學平衡常數(shù)是指在一定溫度下，可逆反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，也無論反應物起始濃度的大小，最后都能達到平衡，此時生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，用K表示。如對反應mA(g)＋nB (g)pC(g)＋qD(g)
K＝
式中c(A)、c(B)、c(C)、c(D)是各物質(zhì)處于化學平衡時的濃度。
(1)對于在稀溶液中進行的反應，溶劑的濃度是一個常數(shù)，此常數(shù)可歸并到平衡常數(shù)中，在K的表達式中不出現(xiàn)溶劑的濃度。
(2)當反應中有固體物質(zhì)時，因固體的濃度可以看作是常數(shù)，因此在K的表達式中不出現(xiàn)固體的濃度。
(3)平衡常數(shù)的表達式與化學方程式的書寫形式有關。同一個化學反應，化學方程式書寫不同，平衡常數(shù)不同。在相同溫度下，對于給定的化學反應，正、逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。
2．化學平衡常數(shù)的意義
化學平衡常數(shù)的大小反映了化學反應可能進行的程度。
K值越大，正反應進行程度越大，反應物轉化率越高越小，正反應進行程度越小，反應物轉化率越低
3．化學平衡常數(shù)的應用
(1)判斷可逆反應是否達到平衡及不平衡時反應進行的方向
如對于可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定溫度時的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關系： Qc＝
當Qc
K時，反應向逆反應方向進行。
(2)利用K可判斷反應的熱效應
如：對于可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
若升高溫度，K值增大，則正反應為吸熱反應；
若升高溫度，K值減小，則正反應為放熱反應。
1．化學平衡表達式中各物質(zhì)的濃度必須是平衡時的濃度。
2．化學反應速率快，化學平衡常數(shù)不一定大。
3．K的單位一般不作要求。
(Ⅰ)已知在448 ℃時，反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常數(shù)K1為49，則該溫度下反應2HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常數(shù)K2為________；反應H2(g)＋I2(g)HI(g)的平衡常數(shù)K3為____________。
(Ⅱ)在一定體積的密閉容器中進行如下化學反應：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化學平衡常數(shù)(K)和溫度 (t)的關系如下表所示：
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列問題：
(1)該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K＝________。
(2)該反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(3)能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是________。
A．容器中壓強不變 B．混合氣體中c(CO)不變
C．v正(H2)＝v逆(H2O) D．c(CO2)＝c(CO)
(4)某溫度下，平衡濃度符合下式：c(CO2)c(H2)＝c(CO)c(H2O)，試判斷此時的溫度為________℃。
(5)在800 ℃時，發(fā)生上述反應，某一時刻測得容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度分別為c(CO2)為2 molL－1，c(H2)為1.5 molL－1，c(CO)為1 molL－1，c(H2O)為3 molL－1，則下一時刻，反應向________(填“正向”或“逆向”)進行。
【解析】 (Ⅰ)第2個反應與第1個反應互為正逆反應，平衡常數(shù)互為倒數(shù)關系，第3個反應的化學計量數(shù)與第1個相比，縮小為一半，平衡常數(shù)也會發(fā)生變化，得K3＝。
(Ⅱ)通過表中K和t的關系可知，溫度越高，K值越大，反應向正向進行的程度越大，說明正向反應為吸熱方向。當c(CO2)c(H2)＝c(CO)c(H2O)時，K＝1，此時溫度由表中數(shù)據(jù)可知為830 ℃。判斷反應進行的方向時，可根據(jù)Q與K的大小關系判斷，此時刻下，Q＝＝＝1>0.9，所以反應向逆反應方向進行。
【答案】 (Ⅰ) 7
(Ⅱ)(1) (2)吸熱 (3)BC
(4)830 (5)逆向
平衡常數(shù)K的考查點
(1)K表達式的書寫。①找準反應物、生成物及其化學計量數(shù)；②同時注意狀態(tài)，固體或純液體不能出現(xiàn)在表達式中；③同一反應，不同方程式，K值不同。正逆反應的K互為倒數(shù)。
(2)K的意義：K值越大，說明正反應進行程度越大。
(3)根據(jù)K求轉化率，K表達式中的濃度一定是平衡時的濃度。
1．(xx常德實驗中學高二月考)高溫下，某反應達到平衡，平衡常數(shù)K＝。恒容時，溫度升高，H2的濃度減小。下列說法正確的是( )
A．該反應的焓變?yōu)檎?
B．恒溫恒容下，增大壓強，H2的濃度一定減小
C．升高溫度，逆反應速率減小
D．該反應的化學方程式為CO＋H2OCO2＋H2
【解析】 由平衡常數(shù)K＝，可知反應為：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，溫度升高時H2濃度減小，說明在恒容時平衡正向移動，ΔH＞0，A正確。恒容時增大壓強， H2的濃度不變，升高溫度，v正和v逆都增大。故正確答案為A。
【答案】 A
【教師備課資源】
若：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)為K，N2 (g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常數(shù)為K2，NH3(g)N2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)為K3；指出K1、K2、K3之間的關系。
【答案】 K1和K2的關系式：K1＝(K2)2。K2和K3的關系式：K2K3＝1。K1和K3的關系式：K1(K3)2＝1。
有關化學平衡的計算
【問題導思】
對于反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)。
①若改變條件平衡正移，各物質(zhì)平衡時的濃度如何求算？
【提示】 c(A)平＝c(A)始－c(A)變，B同樣。
c(C)平＝c(C)始＋c(C)變，D一樣。
②如何利用“三段式”進行相關計算？
【提示】 見要點闡述
化學平衡的計算模式及解題思路
1．化學平衡計算的基本模式——“三段式法”
mA ＋ nBpC?。D
起始： a b 0 0
轉化： mx nx px qx
平衡： a－mx b－nx px qx
(1)轉化量與化學方程式中各物質(zhì)系數(shù)成比例。
(2)這里a、b可指物質(zhì)的量、濃度、體積等。
2．解題思路
(1)巧設未知數(shù)
具體題目要具體分析，靈活設立，一般設某物質(zhì)的轉化量為x。
(2)確定三個量
根據(jù)反應物、生成物及變化量的三者關系代入未知數(shù)確定平衡體系中各物質(zhì)的起始量、變化量、平衡量并按(1)中“模式”列表。
(3)解題設問題
明確了“始”、“變”、“平”三個量的具體數(shù)值，再根據(jù)相應關系求平衡時某成分的濃度、反應物轉化率等，求出題目答案。
3．反應物的轉化率
轉化率＝100%。
某溫度下H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常數(shù)是50，在這個溫度下使H2與I2(g)發(fā)生反應，反應開始時，碘蒸氣的濃度是1 mol/L，當達到平衡時，c(HI)＝0.9 mol/L，求H2的轉化率。
【解析】 設H2的起始濃度為x mol/L，H2的平衡濃度為y mol/L。
H2(g) ＋ I2(g)2HI(g)
起始濃度(mol/L) x 1 0
轉化濃度 (mol/L) 0.45 0.45 0.9
平衡濃度(mol/L) y 0.55 0.9
K＝＝＝50。
解得y≈0.03。x＝0.03＋0.45＝0. 48，
則H2的轉化率＝100%≈93.8%。
【答案】 93.8%
改變反應物用量對轉化率(用α表示)的影響
(1)反應物不止一種時，如：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
①只增大一種反應物的濃度，該物質(zhì)本身轉化率減小，其他反應物轉化率增大。如增大c(A)，則平衡正向移動，α(A)減小，α(B)增大。
②若同等比例同倍數(shù)增大c(A)、c(B)，則平衡正向移動，其影響結果相當于增大壓強。
當m＋n＝p＋q時，α(A)，α(B)不變
當m＋n>p＋q時，α(A)，α(B)增大
當m＋nb＋c，α(A)增大
若a”或“<”)。
(2)在2 min末時，B的平衡濃度為________，D的平均反應速率為________。
(3)若溫度不變，縮小容器容積，則A的轉化率______(填“增大”“減小”或“不變”)，原因是_______________________________________________________________________。
(4)如果在相同的條件下，上述反應從逆反應方向進行，開始時加入C、D各mol。若使平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度與原平衡相同，則還應該加入B______mol。
【解析】 (1)溫度越高，K越大，則說明升溫平衡正向移動，即正反應為吸熱反應，ΔH>0。(2)生成0.8 mol D，則反應掉0.4 mol B，剩余1.6 mol B，c(B)＝1.6 mol/2 L＝0.8 mol/L。v(B)＝＝0.1 mol/(Lmin)，由化學計量數(shù)知，D的反應速率應為B的2倍，故v(D)＝2v(B)＝20.1 mol/(Lmin)＝0.2 mol/(Lmin)。(3)該反應為等體積變化，加壓平衡不移動，故A的轉化率不變。(4)將C、D的量折算成A、B的量，則相當于加入2 mol A和 mol B，容器體積固定，若濃度相同，則說明起始時物質(zhì)的量相等，故B還應加入2 mol－ mol＝ mol。
【答案】 (1) >
(2)0.8 mol/L 0.2 mol/(Lmin)
(3)不變 反應前后氣體體積不變，壓強對平衡無影響
(4)
【教師備課資源】
往一真空密閉容器中通入一定量的氣體A，在一定條件下，發(fā)生如下反應：2A(g)B(g)＋xC(g)反應達平衡時，測得容器內(nèi)壓強增大了p%，若此時A的轉化率為a%，下列關系正確的是( )
①若x＝1，則p>a?、谌魓＝2，則pa
A．②③ B．①④
C．②③④ D．②④
【解析】 由于容器內(nèi)壓強增大，故1＋x>2，x>1；設A的物質(zhì)的量為1 mol，則當x＝2時，
2A(g)B(g)＋2C(g)
起始量(mol) 1 0 0
轉化量(mol) a% a% a%
平衡量(mol) 1－a% a% a%
n總＝1＋a%
∴＝＝。
故a%＝2p%，a＝2p。
同理，當x＝3時，n總＝1＋a%，此時a%＝p%，a＝p；
當x＝4時，n總＝1＋a%，此時3a%＝2p%，a
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