化学平衡常数 本节教材在研究了 ＂如何判断化学反应能否向某方向自发进行 ＂ 这一问题后，引领学生从 ＂ 化学反应向某方向进行的限度 ＂ 这一角度继续深入了解化学反应，即研究化学反应的限度。化学反应的限度是认识化学反应的一个必不可少的维度，在本章中起着承上启下的作用。 学生通过必修第二册的学习已经知道可逆反应进行到一定程度后即达到化学平衡状态，但不知道如何定量描述化学反应进行的限度。本课时仅仅抓住平衡常数概念，将平衡常数作为讨论有关平衡问题的总线索，用平衡常数来定量描述平衡状态，依据平衡常数来分析平衡移动。对于平衡移动问题的讨论，在建立起浓度商 Q概念的基础上，提出普遍适用的 Q 与 K 的比较判据。 变化观念与平衡思想：通过对平衡常数概念的理解和应用，以及化学平衡常数的有关计算，提升学生思考问题、解决问题的能力。 化学平衡常数的含义及有关计算 学生复习 必修第二册有关于化学平衡状态 的知识，预习本课内容；教师准备多媒体课件。 【引入】 我们利用 △H-T△S来判断一个反应的自发性时，如果它小于 0 ，我们只能说这个反应有反应的可能性，有反应的趋势。在实际上到底能不能进行反应，还要看有多少反应物发生反应转变成了生成物，另外还要看反应的速率。如果反应物只有很少的量转变成生成物或反应的速率很小很小，那么我们只能说这个反应虽有自发进行的趋势，但仍然没有发生反应。所以要研究一个反应，首先要研究它的自发性问题，接下来就要看它进行的程度，也就是限度的问题，最后看反应速率的问题。好，这节我们就来看看反应限度的问题。 【联想质疑】 在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合成氨的反应 。该反应在一定条件下不可能进行完全，即存在一定的限度。反应限度对人类的生产活动和日常生活有着重要影响。因此，对化学反应来说，仅研究化学反应的方向是远远不够的，还需要关注化学反应的限度问题。那么，怎样才能定量地描述化学反应的限度呢？ 【讲解】 研究表明，可逆反应在适当条件下进行一段时间后一定会达到化学平衡状态。此时，平衡混合物的组成不再随时间的延续而变化，反应达到一定的限度。在研究了大量实验的基础上，人们发现可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度。 【过渡】 那么什么是化学平衡常数？该如何表示？如何计算？怎么用它来比较反应的限度大小呢？ 【交流研讨】 表中所列为测量反应 I 2 (g) +H 2 (g) ⇌ 2HI(g) 在 698.6K 时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得的数据。 序号 初始浓度×10 -2 mol/L 平衡浓度×10 -2 mol/L c 始 (H 2 ) c 始 (I 2 ) c 始 (HI) c 平 (H 2 ) c 平 (I 2 ) c 平 (HI) 1 1.067 1.196 0 0.183 0.313 1.767 2 1.135 0.904 0 0.356 0.125 1.559 3 1.134 0.751 0 0.457 0.074 1.354 4 0 0 1.069 0.114 0.114 0.841 5 0 0 0.449 0.048 0.048 0.353 根据表中数据计算平衡时 的值，并分析其中规律。 【学生活动】 计算，思考寻找规律。 【交流研讨】 再对比反应 I2(g) +H2(g) ⇌ 2HI(g) 在 730.6K 时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得的数据，寻找其中的规律。 序号 初始浓度×10 -2 mol/L 平衡浓度×10 -2 mol/L c 始 (H 2 ) c 始 (I 2 ) c 始 (HI) c 平 (H 2 ) c 平 (I 2 ) c 平 (HI) 1 1.197 0.694 0 0.561 0.059 1.270 48.38 2 1.228 0.996 0 0.384 0.152 1.687 48.61 3 1.201 0.840 0 0.458 0.097 1.486 49.54 4 0 0 1.520 0.169 0.169 1.181 48.48 5 0 0 1.287 0.143 0.143 1.000 48.71 6 0 0 3.777 0.421 0.421 2.934 48.81 【学生活动】 比较，思考寻找规律。 【思考交流】 分析实验数据，思考下列问题： (1)相同温度，达到化学平衡状态时 的数值相同吗？ (2)这个常数与反应的起始浓度大小有关吗？ (3)这个常数与正向建立还是逆向建立平衡有关系吗？ 【学生活动】 思考并回答问题。 （ 1 ） 相同，是个常数。 （ 2 ） 无关。 （ 3 ） 无关。即与平衡建立的过程无关。 【讲解】 一定温度下，当可逆反应 aA(g)+bB(g) ⇌ cC(g)+dD(g) 达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数，简称平衡常数。 【板书】 一、化学平衡常数 aA(g)+bB(g) ⇌ cC(g)+dD(g) 【讲解】 化学平衡常数的意义：反映了化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全。 【交流研讨】 写出下表中各反应的平衡常数表达式和单位。 序号 反应 K 单位 ① 1/2N 2 (g)+3/2H 2 (g)⇌ NH 3 (g) (mol·L -1 ) -1 ② N 2 (g)+3H 2 (g) ⇌2NH 3 (g) (mol·L -1 ) -2 ③ 2NH 3 (g) ⇌ N 2 (g)+3H 2 (g) (mol·L -1 ) 2 ④ NH 3 •H 2 O(aq) ⇌NH 4 + (aq)+OH — (aq) mol·L -1 ⑤ FeO(s)+CO(g) ⇌Fe(s)+CO 2 (g) 1 ⑥ AgC l (s) ⇌Ag + (aq)+C l — (aq) (mol·L -1 ) 2 【学生活动】 填写上述表格。 【 思考交流 】 1. 对于一化学反应， K 的表达式是唯一吗 ? 平衡常数的表达式与哪些因素有关？ 2. 对于一可逆反应，其正反应和逆反应的 K 有什么关系？ 3. 如果浓度的单位是 mol • L — 1 ，将浓度单位代入化学平衡常数表达式，可得到 K 的单位。由上述结果分析 K 的单位与反应的化学方程式存在什么关系？ 【学生活动】 思考并回答问题。 1. 不唯一。化学平衡常数的表达式取决于化学方程式的系数，对于确定反应还与温度有关。 2. 互为倒数，单位不同。 3.K 的单位与化学方程式的书写方式相对应。 【强调】 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一个反应，平衡常数也会改变。 多重平衡规则：若干化学方程式相加 (减 ) ，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘 ( 除 ) 例如 : 2NO(g) + O 2 (g) ⇌2NO 2 (g) K 1 2NO 2 (g) ⇌N 2 O 4 (g) K 2 2NO(g) +O 2 (g) ⇌N 2 O 4 (g) K 3 K 3 = K 1 × K 2 【牛刀小试】 练习：已知 N 2 +3H 2 ⇌ 2NH 3 （ ΔH<0）在 400℃ 达到平衡时， c(N 2 )=1mol·L -1 ， c(H 2 )=2 mol·L -1 ， c(NH 3 )=4 mol·L -1 ， (1)则 400℃ 时此反应的平衡常数是 。 (2)其逆反应的平衡常数是 。 (3)若保持温度不变，将容器体积缩小一半，则平衡常数为 。 【学生活动】 计算填空。 （ 1 ） 2 L -2 ·mol 2 （ 2 ） 0.5 mol 2 · L -2 （ 3 ） 2 L -2 ·mol 2 【板书】 二、 K 的应用 【讲解】 1. 比较同一可逆反应在不同条件下进行的程度。 K的数值越大，反应程度越大。 2.判断化学反应可能进行的程度。 K＞ 10 5 或 10 6 时 ，反应进行的较完全； 10 -5 K 反应状态 ：反应逆向进行 。 4.判断可逆反应平衡移动的方向 练习： 已知一定条件下， A(g) ⇌ 2B(g)达到平衡，再加入一定量的 A ，平衡向 反应方向移动。 5.利用 K 可判断反应的热效应 根据某反应的平衡常数 K随温度变化的情况，可判断该反应是放热反应还是吸热反应。 ①若升高温度， K 值增大，则正反应为吸热反应； ②若升高温度， K 值减小，则正反应为放热反应。 【牛刀小试】 已知某化学反应的平衡常数表达式为 K ＝ ()()()()c平CO·c平H2O(c平CO2·c平H2)，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示： t / ℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是 ( ) A．该反应的化学方程式是 CO(g) ＋ H 2 O(g) CO 2 (g)＋ H 2 (g) B．上述反应的正反应是放热反应 C．若在 1 L 的密闭容器中通入 CO 2 和 H 2 各 1 mol,5 min后温度升高到 830 ℃ ，此时测得 CO为 0.4 mol ，则该反应达到平衡状态 D．若平衡浓度符合下列关系式： ()()3c平CO(c平CO2)＝ ()()5c平H2(c平H2O)，则此时的温度为 1 000 ℃ 【课堂小结】 aA(g)+bB(g) ⇌ cC(g)+dD(g) 化学平衡常数 K= 1.能反映化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全。 2.对于确定反应的平衡常数数值大小只与温度有关。 3.升高温度，吸热反应的 K 增大，放热反应的 K 减小。
