鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学反应的限度第1课时导学案

第2节　化学反应的限度

第1课时　化学平衡常数

学习目标

1.通过平衡常数知识学习,认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量,知道化学平衡常数的含义。

2.通过学习平衡常数的应用,了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。

学习任务1　探究化学平衡常数

1.化学平衡常数的表达式:可逆反应,aA+bBcC+dD,达到平衡时,K=。

注意:纯固体或纯液体参加反应时的浓度为常数,不得写入平衡常数表达式。

2.平衡常数的单位:平衡常数单位与其表达式有关,各物质浓度带单位计算即可得K的单位。

3.化学平衡常数的意义

一般地,一个反应的K大于105(或106),通常认为反应可以进行得比较完全;如果一个反应的K小于10-5(或10-6),通常认为反应很难进行(也就是一般所说的反应不能发生)。

4.化学平衡常数的影响因素:除反应本身之外,K只受外部因素的温度影响。

微点拨:平衡常数是一种定量表示化学平衡状态的方法,其本质与吉布斯自由能是一样的。吉布斯自由能变(ΔG为负值,反应自发)越小,则反应限度越高,其平衡常数也越大。

　有色物质的溶液颜色深浅与浓度有关系,浓度越大颜色越深。因此通过比较溶液颜色深浅即可测定有色物质的浓度。这种方法叫比色法,比色法所用仪器叫分光光度计。化学反应:

Fe3+(aq)+HSCN(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+H+(aq)

(黄色) (红色)

可以通过分光光度计测得[Fe(SCN)]2+浓度,H+浓度可以用pH计测得。

探究1　平衡常数表达式及其影响因素

问题1:写出上述反应平衡常数表达式。

提示:K=。

问题2:测量上述反应平衡常数时,容器需要保持恒温加热,为什么?

提示:对于特定的反应,平衡常数仅与温度有关系,温度变化平衡发生移动,平衡常数就会改变。

问题3:25 ℃下,测得该反应K≈190,请问该反应是否属于可逆反应?

提示:属于,因为10-5<K<105。

探究2　平衡常数计算规则

　问题4:可逆反应8NH3(g)+3Cl2(g)N2(g)+6NH4Cl(s)平衡常数为K2,4N2(g)+12H2(g)8NH3(g)平衡常数为K3。上述两个反应叠加得总反应化学方程式:3N2(g)+12H2(g)+3Cl2(g)6NH4Cl(s)。此反应的平衡常数K总与K2、K3有什么关系?

提示:K总=K2×K3。

问题5:可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数K正、K逆表达式分别是什么?两者有什么关系?

提示:K正=,K逆=;K正=。

问题6:可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数K与N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数K1有什么关系?

提示:K=

平衡常数表达式与化学方程式的书写方式相对应。可逆反应系数变为原来n倍,则其K等于原可逆反应。K只与温度有关,压强、催化剂、浓度等其他因素均不会影响K的大小。

可逆反应中,正、逆反应平衡常数互为倒数即K正=;化学方程式叠加,其K值相乘即K总=K1·K2……可逆反应的焓变互为相反数即ΔH正=-ΔH逆,化学方程式叠加焓变相加即ΔH总=ΔH1+ΔH2+……

1.(2021·河北石家庄期中)在一密闭容器中,存在可逆反应8NH3(g)+3Cl2(g)6NH4Cl(s)+N2(g),该反应的平衡常数表达式为(　C　)

A.K= 

B.K=

C.K= 

D.K=

解析:根据反应可得反应的平衡常数表达式为K=,故选C。

2.(2021·陕西金台期中)已知下列反应的平衡常数:①S(s)+O2(g)SO2(g),K1;②H2(g)+S(s)H2S(g),K2;则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数是(　C　)

A.K1-K2 B.K2-K1

C. D.

解析:①S(s)+O2(g)SO2(g),K1;②H2(g)+S(s)H2S(g),K2;根据盖斯定律,②-①可得H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g),则H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数为,故选C。

学习任务2　平衡常数应用

1.运用平衡常数分析平衡移动

(1)反应aA+bBcC+dD,任意时刻,浓度商Q=。

(2)根据浓度商与K的关系判断平衡移动方向。

Q<K反应正向移动;Q>K反应逆向移动;Q=K恰好处于平衡状态。

微点拨: 实际上,平衡常数K是一个特殊状态(平衡状态)时的浓度商。

2.运用平衡常数判断反应吸放热(即ΔH的正负)

(1)升高温度:K增大→正反应为吸热反应;K减小→正反应为放热反应。

(2)降低温度:K增大→正反应为放热反应;K减小→正反应为吸热反应。

　某老师带领学生通过数字化实验设备探究氯水中的平衡移动。通过氯离子传感器探测c(Cl-),通过pH传感器探测c(H+),温度传感器可以探测温度。已知氯水中存在如下可逆反应:Cl2+H2OH++Cl-+HClO。

探究1　向氯水中加入少量NaCl固体(忽略溶液体积改变)的平衡移动方向

　问题1:写出上述反应的浓度商(Q)表达式。

提示:Q=(氯水中水作为溶剂视为纯液体不写入平衡常数表达式)。

问题2:加氯化钠以后测得温度基本不变、氯离子浓度增大,此时浓度商Q如何变化?平衡如何移动?

提示:浓度商Q增大,Q>K,因此平衡逆向移动。

问题3:一段时间后传感器显示氯离子浓度不变,说明反应达到平衡状态,此时pH传感器所探测的pH与加NaCl之前相比变大还是变小?

提示:变大,平衡逆向移动导致氢离子浓度减小,酸性减弱,所以pH变大。

探究2　向氯水中加入少量浓硫酸

问题4:向氯水平衡体系中加入浓硫酸会导致c(H+)如何变化?据此判断平衡如何移动?

提示:浓硫酸电离出较多氢离子,会导致c(H+)增大。此时Q增大,导致Q>K,平衡逆向移动。

问题5:加浓H2SO4后温度传感器探测氯水温度升高,且平衡逆向移动,能否说明逆反应是放热反应?为什么?

提示:不能,因为浓硫酸溶于水会释放较多热量,所以不能证明。

运用浓度商可以非常准确地判断平衡移动方向。改变浓度、压强造成Q改变,若Q>K,逆向移动,若Q<K,正向移动。有时改变多个物质的浓度或改变压强有可能没有造成Q改变,此时仍然保持Q=K,那么平衡则不移动。比如:可逆反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)恒压条件下通入CO2,CO2浓度不变,因此反应Q=K,所以平衡不移动。如果改变一个平衡体系温度,那么会造成K改变,因此Q≠K,所以平衡一定会移动。

1.(2021·山西怀仁期中)在一容积不变的密闭容器中,进行着化学反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表。则下列有关的叙述正确的是(　C　)

A.该反应为放热反应

B.可测量混合物的密度的变化来判定反应是否达到平衡

C.在800 ℃时,向容器中充入10 mol CO、50 mol H2O(g),保持温度不变,反应达到平衡后,其平衡常数为0.9

D.在800 ℃时,向容器中充入1 mol CO2、5 mol H2,保持温度不变,反应达到平衡前,H2O的消耗速率比生成速率大

解析:随着温度升高,K值增大,说明平衡正向移动,故正反应为吸热反应,A错误;由于处于恒容容器,且质量守恒,不能通过测量混合物的密度的变化来判定反应是否达到平衡,B错误;由图表可知,在800 ℃时,保持温度不变,反应达到平衡后,其平衡常数为0.9,C正确;在800 ℃时,向容器中充入1 mol CO2、5 mol H2,保持温度不变,反应达到平衡前,v正>v逆,H2O的消耗速率比生成速率小,D错误。

2.(2021·浙江嘉兴月考)在可逆反应2SO2+O22SO3的平衡状态下,保持恒温、恒容向容器中加入一定量的O2,下列说法正确的是(K为平衡常数,Q为浓度商)(　A　)

A.K不变,Q<K B.K变大,Q<K

C.K不变,Q=K D.K变大,Q=K

解析:当可逆反应2SO2+O22SO3达到平衡状态时,保持恒温、恒容向容器中加入一定量的O2,氧气的浓度增大,浓度商Q变小,平衡向右进行,氧气转化率减小,平衡常数只受温度影响,温度不变平衡常数不变,故选A。

已知平衡常数及相关物质的浓度,此时判断平衡所处状态(即正向移动、逆向移动或恰好平衡),一般均通过定量计算浓度商Q,然后根据Q与K的关系加以判断。Q>K逆向移动,Q<K正向移动,Q=K恰好平衡不移动。

【知识整合】

【易错提醒】

1.误认为平衡右移导致平衡常数变大。其实不然,因为K只受温度影响,所以由浓度或压强导致的平衡右移K不会改变。

2.误认为只要参加反应的物质都要写入平衡常数表达式。其实不然,如果参与反应的物质是纯固体或纯液体或稀溶液中的溶剂,其浓度均视为常数不得写入平衡常数表达式。

3.误认为化学方程式叠加K相加,正逆反应K互为相反数。其实不然,化学方程式叠加时ΔH是相加,而K是相乘。正、逆反应ΔH互为相反数,而K是互为倒数。