苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率第三课时导学案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率第三课时导学案，共9页。
第三课时　化学平衡常数及应用明课程标准扣核心素养1.知道化学平衡常数是表征反应限度的物理量，理解化学平衡常数的含义。2.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向之间的联系。3.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。变化观念与平衡思想：能从不同视角认识化学变化的多样性，能运用对立统一的思想和定性定量结合的方式揭示可逆反应的本质特征。证据推理与模型认知：能建构、理解、描述和表示平衡常数、平衡转化率的计算模型，并运用模型解决相关问题。  表1　二氧化氮－四氧化二氮体系中各物质的物质的量浓度(25 ℃)起始浓度/(mol·L－1)平衡浓度/(mol·L－1)平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)2.00×10－206.32×10－36.84×10－31.080.17×10－33.00×10－208.00×10－31.10×10－21.380.17×10－302.00×10－29.46×10－31.52×10－21.620.17×10－300.1002.28×10－28.86×10－23.890.17×10－3[问题探讨]1．分析表1中数据，你能得出平衡时各组分浓度之间有怎样的关系吗？提示：在一定温度(25 ℃)下，起始时各物质浓度不同，但最后都达到平衡，平衡时是一个常数，这个常数称为该反应在该温度下的平衡常数。2．写出下表2中各反应的平衡常数表达式，并分析平衡常数表达式书写时应注意的要点。表2反应平衡常数表达式3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)K＝N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)K＝2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)K＝N2(g)＋H2(g) NH3(g)K＝提示：(1)固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中。(2)平衡常数表达式与方程式的书写方式有关。对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同。3．由表2中合成氨的平衡常数表达式，你能得出化学平衡常数与化学方程式的书写方式有什么关系吗？提示：化学平衡常数是指某一具体化学方程式的平衡常数。(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。4．根据下表3中的信息，你能得出哪些结论？表3化学反应K反应可能进行的程度2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)(570 K)约为1059正反应可接近完全PCl3(g)＋Cl2(g) PCl5(g)(470 K)约为1正、逆反应相当2HCl(g) H2(g)＋Cl2(g)(300 K)约为10－33正反应几乎不发生提示：平衡常数K的大小能说明反应进行的程度(也叫反应的限度)。K值越大，表示反应进行得越完全；K值越小，表示反应进行得越不完全。5．表4为合成氨反应的平衡常数与温度的关系表4 T/K373473573673773K3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103结合表1、表2，你能得出影响平衡常数的因素有哪些？提示：在化学方程式书写方式一定时，化学平衡常数仅与温度有关。温度不变，平衡常数不变；温度改变，平衡常数改变。化学平衡常数(1)意义化学平衡常数的大小能说明反应进行的程度(也叫反应限度)。K值越大，表示反应进行得越完全；K值越小，表示反应进行得越不完全。一般来说，当K>105时，通常认为反应基本完全。(2)影响因素K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。(3)平衡常数的应用①判断可逆反应进行程度的大小②判断反应的热效应a．升高温度b．降低温度[名师点拨](1)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不代入平衡常数表达式，如：Fe3O4(s)＋4H2(g)===3Fe(s)＋4H2O(g)的平衡常数K＝。(2)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡浓度，不能用任何一时刻的浓度。(3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。(4)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应，化学方程式不同，平衡常数不同，如合成氨反应：若写成：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，K1＝；若写成：N2(g)＋H2(g)NH3(g)，K2＝，且K1＝K。1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　)A．温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变C．温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为相反数D．温度变化时，一个化学反应的平衡常数一定发生变化解析：选D　K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数，如H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K正＝，K逆＝，所以K正＝。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－K2C．K1·K2    D．解析：选D　由①－②可得反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)，K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。3．在一定温度下，下列反应的化学平衡常数如下：①2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝2×1081③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92下列有关说法正确的是 (　　)A．该温度下，反应①的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)B．该温度下，反应2H2O(g)2H2(g)＋O2(g)的平衡常数的数值约为5×10－80C．该温度下，NO、H2O、CO2产生O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2D．以上说法都不正确解析：选C　由化学平衡常数定义可知K1＝，A项错误；该温度下，水分解反应的平衡常数为＝＝5×10－82，B项错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数分别为1×1030、5×10－82、4×10－92，所以产生O2的倾向：NO>H2O>CO2，C项正确，D项错误。  [例]　某温度下，向10 L真空容器中注入1.00 mol H2(g)和1.00 mol I2(g)，反应达到平衡状态后I2(g)的浓度为0.020 0 mol·L－1。试求该温度下H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数。[解析]　依据题意可知，起始时c(H2)＝c(I2)＝0.100 mol·L－1，平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.020 0 mol·L－1，生成的c(HI)＝0.160 mol·L－1。　　　　　　　　　　H2(g)　＋　I2(g)2HI(g)　　0.100　　　 0.100　　　0　　0.020 0　 　0.020 0 　 0.160K＝＝＝64.0。[答案]　平衡常数为64.0。[问题探讨]1．若向例题的10 L真空密闭容器中注入2.00 mol HI，保持与例题相同的温度，达到平衡时，容器中H2和I2的浓度如何计算？请利用例题的结果进行计算。提示：设平衡时c(H2)＝c(I2)＝x mol·L－1，则起始c(HI)＝0.200 mol·L－1。　　　　　　　　　 H2(g)　＋　I2(g)2HI(g)　　0　　　　　 0　　　0.200　　x　　　　　x　 　0.200－2xK＝＝＝＝64.0。解方程得x＝0.02。故平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.02 mol·L－1。2．经第1问计算可知平衡时各组分浓度与例题完全相同，为什么？提示：问题1相当于例题中的反应从逆反应建立的平衡，二者平衡是等效的。3．反应的平衡转化率表示在一定温度下某一反应进行的限度，可表示为α＝×100%试计算例题中达到平衡时H2的转化率。提示：H2的转化率为80%。4．平衡常数、平衡转化率的计算、解题思路和关键步骤是什么？提示：三段式建模。平衡转化率(1)含义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前(初始时)该反应物的量之比。(2)表达式对于可逆反应：aA＋bBcC＋dDαA＝×100%＝×100%αA＝×100%＝×100%。1．某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol  SO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数为(　　)A．3.2×103　　　　　　　 B．1.6×103C．8.0×102    D．4.0×102解析：选A　　　 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)c(始)/(mol·L－1)　　　0　　　　0　　　　0.05c(变)/(mol·L－1)　　0.01　　　0.005　 　 0.01c(平)/(mol·L－1)　　0.01　　　0.005　 　 0.04K＝3.2×103。2．已知CO与H2O(g)的反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。在427 ℃时的平衡常数是9.0。如果反应开始时，CO和H2O(g)的浓度均为0.01 mol·L－1，计算CO在此反应条件下的转化率。解析：设此条件下CO的转化浓度为x mol·L－1。　　　　　 　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/(mol·L－1)0.01 　 0.01　　　　0　　　　0转化/(mol·L－1) x　　　 x　　　　　x　　　　x平衡/(mol·L－1) 0.01－x　0.01－x　　x　　　　x则：K＝＝9.0，解得x＝，则CO的转化率为×100%＝75%。答案：CO在此反应条件下的转化率为75%。 [分级训练·课课过关]________ ______________________________________________1．下列对化学平衡常数(K)的叙述正确的是(　　)A．仅升高温度，K可能增大，也可能减小B．仅加入催化剂，K可能增大C．仅增大压强，K可能减小D．仅减小浓度，K值可能减小解析：选A　升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，则对于吸热反应，升高温度K增大，对于放热反应，升高温度K减小，选项A正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能使平衡移动，则加入催化剂，K不变，选项B错误；K只与温度有关，而与浓度、压强无关，改变压强、减小浓度K均不变，选项C、D错误。2．可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在t ℃下达到平衡，其平衡常数可表示为(　　)A．K＝　　 B．K＝C．K＝    D．K＝解析：选D　C(碳)是固体，它的浓度视为“1”，在平衡常数表达式中不出现。3．H2和CO2在高温下发生反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。下表是986 ℃时，在容积不变的密闭容器中进行反应的四组数据： 编号起始浓度/(mol·L－1)平衡浓度/(mol·L－1)c0(H2)c0(CO2)c0(H2O)c0(CO)c(H2)c(CO2)c(H2O)c(CO)11.01.0000.440.440.560.5621.02.0000.271.270.730.733002.02.00.880.881.121.1240.20.40.60.80.3440.5440.4560.656下列叙述正确的是(　　)A．此温度下反应的平衡常数约为1.62B．该反应的平衡常数与反应的起始浓度有关C．增大CO2的起始浓度，可使CO2的转化率增大D．从反应开始至达到平衡状态，混合气体的密度增大解析：选A　此温度下K＝＝≈1.62，A项正确；平衡常数K只受温度的影响，与起始浓度无关，B项错误；增大CO2的起始浓度，CO2的转化率降低，C项错误；反应体系中各物质均为气体，且容积不变，故从始至终混合气体的密度不变，D项错误。4．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：(1)该条件下N2的平衡转化率为________。(2)该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为________。解析：设平衡时N2转化的物质的量浓度为x mol·L－1，根据“三段式”分析：　　　　　　　　　N2　＋　 3H22NH3起始浓度/(mol·L－1)　0.3　　 　0.8　　　0转化浓度/(mol·L－1)　 x　　　　3x　 　 2x平衡浓度/(mol·L－1)　0.3－x 　 0.8－3x　2x所以＝，解得x＝0.2，N2的转化率为×100%≈66.7%。反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数K＝＝＝0.005。答案：(1)66.7%　(2)0.005