1718版234化学平衡常数步步高.docx

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1718版234化学平衡常数步步高

第4课时　化学平衡常数

[学习目标定位]　1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。

2.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

一　化学平衡常数

1．NO2、N2O4的相互转化是一个可逆反应：

2NO2（g）N2O4（g）。

在25℃时，如果用不同起始浓度的NO2或N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据。

（1）请根据表中已知数据填写空格：

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）

2.00×10－2

0

6.32×10－3

6.84×10－3

3.00×10－2

0

8.00×10－3

1.10×10－2

0

2.00×10－2

9.46×10－3

1.53×10－2

0

0.100

2.28×10－2

8.86×10－2

请总结归纳平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的定量关系：

________________________________________________________________________。

（2）化学平衡常数

①概念：

在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，

________________________________________________________________________________的比值是一个常数。

这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数，用K表示）。

②表达式：

对于一般的可逆反应，mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），当在一定温度下达到平衡时，K＝________________________。

2．下表为25℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：

化学方程式

平衡常数K

F2＋H22HF

6.5×1095

Cl2＋H22HCl

2.57×1033

Br2＋H22HBr

1.91×1019

I2＋H22HI

8.67×102

请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义：

平衡常数的大小反映了化学反应进行的________（也叫____________）。

K值越大，表示反应进行得越________，反应物转化率越____；

K值越小，表示反应进行得越________，反应物转化率越____。

3．下表为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的平衡常数与温度的关系：

T/K

373

473

573

673

773

K

3.35×109

1.00×107

2.45×105

1.88×104

2.99×103

由上表数据分析可知：

（1）温度升高，K值减小，则正反应为________反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）温度升高，K值增大，则正反应为________反应（填“吸热”或“放热”）。

1.化学平衡常数表达式的书写

（1）在平衡常数表达式中，水（液态）的浓度、固体物质的浓度不写。

例如：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）

K＝________________________；

FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）　K＝________________。

（2）化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。

例如：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的平衡常数为K1，

N2（g）＋

H2（g）NH3（g）的平衡常数为K2，NH3（g）

N2（g）＋

H2（g）的平衡常数为K3。

写出K1和K2的关系式：

________________；

写出K2和K3的关系式：

________________；

写出K1和K3的关系式：

________________。

2．化学平衡常数的应用

（1）判断反应进行的方向

①Q____K　反应正向进行；

②Q____K　反应处于平衡；

③Q____K　反应逆向进行。

（2）判断反应的热效应

3．化学平衡常数的影响因素

对于给定的反应，化学平衡常数只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

1．对于反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）　ΔH>0，下列有关说法正确的是（　　）

A．平衡常数表达式为K＝

B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化

C．升高体系温度，平衡常数K减小

D．增加C（s）的量，平衡正向移动

2．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：

T/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

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）某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为________℃。

该温度下加入1molCO2（g）和1molH2（g），充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为________。

（4）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（CO2）为2mol·L－1，c（H2）为1.5mol·L－1，c（CO）为1mol·L－1，c（H2O）为3mol·L－1，则正、逆反应速率的比较为v正________v逆（填“＞”“＜”或“＝”）。

二　化学平衡常数的有关计算

1．已知可逆反应NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH>0。

在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6，则平衡常数K是________。

2．已知某个指定反应物的转化率为

×100%

（1）在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气体混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：

H2（g）＋I2（g）2HI（g），K＝0.25。

则氢气的转化率是__________________。

（2）在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数是________。

化学平衡的计算模式及解题思路

（1）计算模式

　　　　　　　　aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）

c（初）（mol·L－1）n1n200

Δc（mol·L－1）n1x

n1x

n1x

n1x

c（平）（mol·L－1）n1（1－x）n2－

n1x

n1x

n1x

（2）解题思路

①巧设未知数：

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、生成物及变化量的三者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。

③解题设问题：

明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。

3．可逆反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）在密闭容器中建立了平衡。

当温度为749K时，K＝

，则：

（1）当CO和H2O的起始浓度均为2mol·L－1时，CO的转化率为________。

（2）当CO的起始浓度仍为2mol·L－1，H2O的起始浓度为6mol·L－1时，CO的转化率为________。

4．工业合成氨的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60molN2（g）和1.60molH2（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

。

试计算：

（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________。

1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是（　　）

A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关

B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变

C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值

D．温度一定，对于给定的化学反应，正逆反应的平衡常数互为倒数

2．某温度时，反应SO2（g）＋

O2（g）SO3（g）的平衡常数K＝50。

在同一温度下，反应2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）的平衡常数K1应为（　　）

A．2500B．100

C．4×10－4D．2×10－2

3．汽车尾气净化中的一个反应如下：

NO（g）＋CO（g）

N2（g）＋CO2（g）　ΔH＝－373.4kJ·mol－1，在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是（　　）

4．在淀粉KI溶液中存在下列平衡：

I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）。

测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：

T/℃

5

15

25

35

50

K

1100

841

689

533

409

下列说法正确的是（　　）

A．反应I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）的ΔH>0

B．其他条件不变，升高温度，溶液中c（I

）减小

C．该反应的平衡常数表达式为K＝

D．25℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K大于689

5．硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）　ΔH<0。

某温度下，SO2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。

根据图示回答下列问题：

（1）反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝__________，升高温度，K值________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）①将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10MPa。

该反应的平衡常数等于________。

②平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）________（填“>”“<”或“＝”）K（B）。

答案精析

一

新知导学

1．

（1）（从左到右，从上到下）1.08　1.71×102　1.38　1.72×102　1.62　1.71×102　3.89　1.70×102　在一定温度下，生成物平衡浓度与反应物平衡浓度的平方之比近似为一常数　

（2）①生成物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积　②

2．程度　反应的限度　完全　大　不完全　小

3．

（1）放热　

（2）吸热

归纳总结

1．

（1）

（2）K1＝K22　K2·K3＝1　K1·K23＝1

2．

（1）①<　②＝　③>

3．温度

活学活用

1．B　[固态浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；K只与温度有关，因此增大体系压强，平衡常数K不发生变化，B项正确；升温该反应正向进行，K增大，C项错误；增加C（s）的量，平衡不移动，D项错误。

]

2．

（1）

（2）吸热　（3）830　50%　（4）＜

解析　

（2）温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正向为吸热反应。

（3）由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃。

设反应了的CO2为xmol，则消耗掉的H2为xmol，生成的CO和H2O均是xmol（体积为VL），则

K＝

＝1，整理得x＝0.5。

则CO2的转化率为50%。

（4）Q＝

＝

＝1＞0.9，

所以v正＜v逆。

二

新知导学

1.

解析　设NO2的物质的量为1mol，则SO2的物质的量为2mol，参加反应的NO2的物质的量为xmol。

　　　　NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）

起始量（mol）1200

转化量（mol）xxxx

平衡时（mol）1－x2－xxx

由题意可知

＝

，解得x＝0.8。

K＝

＝

＝

。

2．

（1）20%

解析　设氢气的转化率为x。

　　　　　　　　H2（g）　＋　I2（g）　　2HI（g）

起始浓度（mol·L－1）0.010.010

变化浓度（mol·L－1）0.01x0.01x0.02x

平衡浓度（mol·L－1）0.01－0.01x0.01－0.01x0.02x

K＝

＝

＝0.25

x＝20%。

（2）15.4%

解析　　　　　　N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

起始量（mol）280

转化量（mol）

2

平衡时（mol）

6

所以平衡时氮气的体积分数＝

×100%＝15.4%。

活学活用

3．

（1）60%　

（2）85%

解析　

（1）设CO转化的物质的量浓度为xmol·L－1，

　　　　　　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

2200

xxxx

2－x2－xxx

K＝

＝

，解得：

x＝1.2

CO的转化率：

×100%＝60%。

（2）设CO转化的物质的量浓度为ymol·L－1，

　　　　　　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始（mol·L－1）2600

转化（mol·L－1）yyyy

平衡（mol·L－1）2－y6－yyy

K＝

＝

，解得：

y≈1.7

CO的转化率：

×100%＝85%。

4．

（1）66.7%　

（2）0.005

解析　设N2转化的物质的量浓度为xmol·L－1，

　　　　　　　　　N2　＋　3H22NH3

起始浓度（mol·L－1）0.30.80

转化浓度（mol·L－1）x3x2x

平衡浓度（mol·L－1）0.3－x0.8－3x2x

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。

达标检测　提升技能

1．D　[一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。

]

2．C　[K＝

，K1＝

，K1＝

＝4×10－4。

]

3．C　[该反应的正方向为气体分子数减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，平衡常数减小，A选项错误；同理升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，B选项错误；平衡常数只与温度有关，C选项正确；增加氮气的物质的量，平衡逆向移动，NO的转化率减小，D选项错误。

]

4．B　[根据题中提供的数据知温度升高，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故正反应为放热反应，ΔH<0，A错；其他条件不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动，溶液中c（I

）减小，B对；该反应的平衡常数表达式为K＝

，C错；平衡常数只与温度有关，25℃时，向溶液中加入少量KI固体，虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D错。

]

5．

（1）

　减小　

（2）①800　②＝

解析　

（1）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。

（2）①由图可知，0.10MPa时：

c（SO2）＝2.0mol×（1－0.80）÷10L＝0.04mol·L－1，c（O2）＝（1.0mol－1.6mol×

）÷10L＝0.02mol·L－1，c（SO3）＝1.6mol÷10L＝0.16mol·L－1，K＝

＝

＝800。

②由A到B，温度不变，只增大压强，K值不变。