通用版2018-2019版高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第4课时化学平衡常数学案新人教版选修.doc

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.数据分析(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。请根据表中已知数据填写空格：起始浓度/molL1平衡浓度/molL1平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)c(NO2)c(N2O4)2.0010206.321036.841031.081.711023.0010208.001031.101021.381.7210202.001029.461031.531021.621.7110200.1002.281028.861023.891.70102(2)根据上表数据，判断正误(正确的打“”，错误的打“”)一定浓度下，N2O4和NO2的平衡浓度相等()一定浓度下，N2O4与NO2的平衡浓度之比相等()一定浓度下，平衡时近似相等()2.化学平衡常数的概念与表达式(1)概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数(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。(3)已知：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：K1K； 写出K2和K3的关系式：K2K31；写出K1和K3的关系式：K1K1。3.化学平衡常数的意义已知：25 时，卤化氢生成反应的平衡常数：化学方程式平衡常数KF2H22HF6.51095Cl2H22HCl2.571033Br2H22HBr1.911019I2H22HI8.67102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程度(也叫反应的限度)。K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。4.化学平衡常数的影响因素及应用已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下：T/K373473573673773K3.351091.001072.451051.881042.99103由上表数据分析可知：(1)温度升高，K值减小，则正反应为放热(填“吸热”或“放热”，下同)反应。(2)温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应。(1)化学平衡常数表达式书写的注意事项在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。(2)对于给定的反应，化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)由温度、平衡常数的变化判断反应热升高温度，K值增大，H0；K值减小，H0。降低温度，K值增大，H0；K值减小，H0。例1某温度下，可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是()A.温度越高，K一定越大B.如果mnp，则K1C.若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大D.K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大答案D解析对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，C错误；K，故由mnp，无法计算K的数值，B错误；因该反应的热效应不确定，A错误； K越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，D正确。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合例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/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6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1 mol CO2(g)和1 mol H2(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2 molL1，c(H2)为1.5 molL1，c(CO)为1 molL1，c(H2O)为3 molL1，则反应_(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。答案(1)(2)吸热(3)83050%(4)逆向进行解析(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。(3)由题意可得K1，查表可知温度为830 。设反应的CO2为x mol，则消耗掉的H2为x mol，生成的CO和H2O均是x mol(设体积为V L)，则K1，整理得x0.5。则CO2的转化率为50%。(4)Q10.9，则反应逆向进行。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的影响因素及应用特别提醒利用Q和K的相对大小判断反应进行的方向(1)化学平衡常数K与Q的表达式相同，但各物质的浓度不同，K中各物质的浓度必须是平衡浓度，而Q中是任一时刻的浓度。(2) Q和K的相对大小与反应进行方向的关系Q0。在一定条件下，将NO2与SO2以体积比12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16，则平衡常数K是_。答案解析设NO2的物质的量为1 mol，则SO2的物质的量为2 mol，参加反应的NO2的物质的量为x mol。 NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)起始量(mol) 1 2 0 0转化量(mol) x x x x平衡时(mol) 1x 2x x x由题意可知，解得x0.8。K。考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数例4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749 K时，K，则：(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 molL1时，CO的转化率为_。(2)当CO的起始浓度仍为2 molL1，H2O的起始浓度为6 molL1时，CO的转化率为_。答案(1)60%(2)85%解析(1)设CO转化的物质的量浓度为x molL1， CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始(molL1) 2 2 0 0转化(molL1) x x x x平衡(molL1) 2x 2x x xK，解得：x1.2CO的转化率：100%60%。(2)设CO转化的物质的量浓度为y molL1， CO(g) H2O(g)CO2(g)H2(g)起始(molL1) 2 6 0 0转化(molL1) y y y y平衡(molL1) 2y 6y y yK，解得：y1.7CO的转化率：100%85%。考点化学平衡常数的有关计算题点平衡常数与转化率计算的综合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考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数表达形式与意义答案D2.某温度时，反应SO2(g)O2(g)SO3(g)的平衡常数K50。在同一温度下，反应2SO3(g)2SO2(g)O2(g)的平衡常数K1应为()A.2 500 B.100C.4104 D.2102考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数答案C解析K，K1，K14104。3.在某温度下，可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)的平衡常数为K，下列说法正确的是()A.K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大B.K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大C.K随反应物浓度的改变而改变D.K随温度和压强的改变而改变考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的影响因素及应用答案A4.在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，达到平衡时测得n(H2)0.5 mol，下列说法不正确的是()A.在该温度下，反应的平衡常数K1B.平衡常数与反应温度无关C.CO的平衡转化率为50%D.平衡时n(H2O)0.5 mol考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合答案B解析CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始/mol 1 1 0 0转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5由化学方程式及以上数据判断可得A、C、D项正确。平衡常数与反应温度有关，B项错误。5.2017全国卷，28(3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0。(填“”“B解析对于反应 H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)初始(mol) 0.40 0.10 0 0转化(mol) x x x x平衡(mol) 0.40x 0.10x x x反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则0.02，x0.01。H2S的平衡转化率1100%2.5%钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)0.156 molL1，c(CO2)0.036 molL1，c(COS)c(H2O)0.004 molL1，则K0.002 85。根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，21；根据题意可知：升高温度，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故H0。增大CO2的浓度，平衡正向移动，使更多的H2S反应，所以H2S转化率增大，故B正确。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合对点训练题组一化学平衡常数及其影响因素1.只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述正确的是()A.K值不变，平衡不可能移动B.平衡向右移动时，K值一定增大C.K值有变化，平衡一定移动D.相同条件下，同一个反应，其化学方程式的计量数增大2倍，K值也增大两倍考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的影响因素及应用答案C解析平衡常数K是温度的函数，只与温度有关，温度一定，平衡常数K值一定，温度发生变化，平衡常数K值也发生变化。2.2 000 K时，反应CO(g)O2(g)CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应2CO2(g)2CO(g)O2(g)的平衡常数K为()A. B.K2 C. D. 答案C解析平衡常数与化学方程式的写法有关，对于以上两个反应：K，K，所以K。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数表达形式3.当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其值()A.变大 B.不变C.变小 D.无法确定考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的影响因素及应用答案B解析温度不变，K值不变。4.(2017赣州市高二期中)O3也是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2H0平衡常数为K。下列叙述正确的是()A.升高温度，K增大B.KK1K2C.适当升温，可提高消毒效率D.压强增大，K2减小考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数表达形式与意义答案C解析由总反应：2O33O2H0可知正反应为放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故A错误；由盖斯定律可知反应可得总反应，则KK1K2，故B错误；适当升温，反应速率增大，则可提高消毒效率，故C正确；平衡常数只受温度的影响，温度不变，平衡常数不变，故D错误。题组二化学平衡常数与转化率的基本计算5.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g)H2(g)I2(g)。达到平衡时，c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为()A.9 B.16C.20 D.25考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数答案C解析平衡时c(HI)4 molL1，HI分解生成H2的浓度为0.5 molL1，NH4I分解生成的HI的浓度为4 molL120.5 molL15 molL1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为c(NH3)5 molL1，所以反应的平衡常数为Kc(NH3)c(HI)5420。6.在一定温度下，反应H2(g)X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于()A.5% B.17% C.25% D.33%考点化学平衡常数的有关计算题点平衡常数与转化率计算的综合答案B解析由题中的反应和数据可知：HX(g)H2(g)X2(g)的平衡常数K0.1。设在该温度下HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为x molL1，则平衡时HX、H2、X2的浓度分别为(1.0x) molL1、0.5x molL1、0.5x molL1，代入K的表达式有0.1，解得x0.17，故可知HX的分解率为100%17%。7.在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应：A(g)B(g)C(g)D(g)。在500 时，平衡常数K9。若反应开始时，A和B的浓度都是0.02 molL1，则在此条件下A的转化率为()A.25% B.50%C.75% D.80%答案C解析依据化学平衡，设一氧化碳消耗的浓度为x，分析三段式列式计算： A(g) B(g) C(g)D(g)起始量(molL1) 0.02 0.02 0 0变化量(molL1) x x x x平衡量(molL1) 0.02x 0.02x x x平衡常数K9，解得：x0.015 molL1；A的转化率100%75%。题组三化学平衡常数的综合考查8.将CuBr2放入密闭的真空容器中，发生反应2CuBr2(s)2CuBr(s)Br2(g)达到平衡。保持温度不变，缩小容器体积，体系重新达到平衡，下列说法正确的是()A.平衡常数减小 B.n(CuBr)不变C.c(Br2)不变 D.气体密度增加答案C解析缩小容器体积，压强增大，平衡逆向移动，n(CuBr)减小，B错误；温度不变，平衡常数不变，Kc(Br2)，A错误，C正确；c，由于反应体系中的气体只有溴气，其浓度不变，故密度不变，D错误。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合9.氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而含氮化合物的用途广泛，如图表示两个常见固氮反应的平衡常数对数值(lg K)与温度的关系：N23H22NH3N2O22NO根据图中的数据判断下列说法正确的是()A.反应和均为放热反应B.升高温度，反应的反应速率减小C.在常温下，利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大D.在1 000 时，反应和反应体系中N2的浓度一定相等考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合答案C解析根据图像可知温度越高，平衡常数越小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应是放热反应；反应温度越高，平衡常数越大，说明升高温度，平衡正向移动，正反应是吸热反应，A项错误；升高温度，无论是放热反应还是吸热反应，反应速率都增大，C项错误；在常温下，根据平衡常数可知：利用反应固氮和利用反应固氮反应程度相差很大；在1 000 时，反应和反应体系平衡常数对数值(lgK)相等，而不是氮气的浓度相等。10.在温度T1和T2(T2T1)下，X2(g)和H2反应生成HX的平衡常数如下表：化学方程式K(T1)K(T2)Br2(g)H2(g)2HBr(g)5.61079.3106I2(g)H2(g)2HI(g)4334下列说法不正确的是()A.和均是放热反应B.相同条件下，平衡体系中HX所占的比例：C.其他条件不变时，增大压强可提高X2的平衡转化率D.其他条件不变时，升高温度可加快HX的生成速率答案C解析A项，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，化学平衡常数只受温度影响，根据表格数据，平衡常数随温度的升高而降低，因此正反应方向为放热反应，同理也为放热反应，正确；B项，平衡常数越大，说明反应进行的程度越大，因此HX所占的比例，正确；C项，因为反应前后气体计量数之和相等，压强对化学平衡无影响，错误；D项，升高温度，反应速率加快，正确。11.(2017洛阳高二月考)已知某化学反应的平衡常数表达式为K，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示：t/7008008301 0001 200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是()A.该反应的化学方程式是CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(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CO2和H2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：，则此时的温度为1 000 考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合答案C解析由平衡常数表达式可判断反应的化学方程式是CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，A正确；分析表中数据，平衡常数随温度升高而减小，说明升温平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，B正确；依据化学平衡三段式： CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始物质的量/mol 0 0 1 1变化物质的量/mol 0.4 0.4 0.4 0.45 min末物质的量/mol 0.4 0.4 0.6 0.6反应前后气体总物质的量不变，可以用其物质的量代替浓度计算浓度商，Q2.251.00，此时反应没有达到平衡状态，故C错误；依据平衡常数表达式和平衡常数数值计算分析，温度为1 000 时平衡常数K0.60，若平衡浓度符合下列关系式：，说明反应达到平衡状态，故D正确。12.已知：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H25 kJmol1。某温度下的平衡常数为400。此温度下，在1 L体积不变的密闭容器中加入CH3OH，某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表。下列说法中不正确的是()物质CH3OHCH3OCH3H2Oc/molL10.081.61.6A.此时刻反应达到平衡状态B.容器内压强不变时，说明反应达平衡状态C.平衡时，再加入与起始等量的CH3OH，达新平衡后CH3OH转化率不变D.平衡时，反应混合物的总能量降低40 kJ考点化学反应速率和化学平衡的综合题点相关概念、规律、计算的综合应用答案B解析A项，此时刻的浓度商Q400K，反应达平衡状态，故A项正确；B项，该反应前后气体的总物质的量不变，恒温恒容时气体压强不变，不正确；C项，平衡时，再加入与起始等量的CH3OH，新平衡与原平衡等效，(CH3OH)不变，正确；D项，平衡时，参加反应的CH3OH为1.6 mol23.2 mol，反应混合物的总能量减少3.2 mol40 kJ，D项正确。综合强化13.在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，发生反应H2(g)I2(g)2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5 s 时测定c(I2)0.008 0 molL1并保持不变。则：(1)反应的平衡常数的表达式是K_。(2)此温度下，平衡常数值为_。(3)若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的转化率为_。考点化学平衡常数的有关计算题点平衡常数与转化率计算的综合答案(1)(2)0.25(3)80%解析(2)c(I2)0.008 0 molL1c(H2)0.008 0 molL1c(HI)0.004 0 molL1K0.25。(3)设生成的H2的浓度为x molL1，2HI(g)H2(g)I2(g)起始/molL1 0.02 0 0转化/molL1 2x x x平衡/molL1 0.022x x xKx0.008(HI)100%80%。14.已知下列两个反应：反应I2IIH1反应II2IH2反应的化学平衡常数K1与温度的关系如表所示。T/515253550K11 100841689533409请回答下列问题：(1)若反应的化学平衡常数为K2，在相同温度下，K1K2_。(2)反应的H1_(填“”“”或“”)0，若采用升温，则I2的溶解速率会_(填“加快”“减慢”或“不变”)。(3)能判断反应已达到平衡的依据是_(填字母)。A.容器中的压强不再改变B.溶液的颜色不再改变C.I浓度不再变化D.正、逆反应速率均为0(4)某温度下，反应的化学平衡常数为800。在该温度下，向甲、乙、丙三个容积相同的容器中分别加入I2和I，这两种物质的起始浓度如下。起始浓度(molL1)甲乙丙c(I2)0.10.20.2c(I)0.20.10.2反应速率最快的是_(填“甲”“乙”或“丙”，下同)，平衡时I2的转化率最大的是_。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合答案(1)1(2)加快(3)BC(4)丙甲解析(1)相同温度下，正、逆反应的平衡常数的乘积为1。(2)由表格可知，升温化学平衡常数减小，则正反应为放热反应，即H10，升温I2的溶解速率会加快。(3)因为反应是在溶液中进行的，故其化学平衡不受压强影响；溶液中只有I2有颜色，故颜色不再改变时反应达到平衡；I浓度不再变化，则为平衡状态；达到化学平衡时正、逆反应速率相等，但不等于0，故选BC。(4)浓度越大，化学反应速率越快，则丙最快；因为增大一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率，而自身的转化率降低，则平衡时I2的转化率最大的是甲。15.(1) 已知：反应Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)的平衡常数为K1；反应Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)的平衡常数为K2。不同温度时K1、K2的值如下表：温度/KK1K29731.472.381 1732.151.67根据表中数据，计算反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)的K。(结果保留小数点后2位)温度为973 K时：K_；温度为1 173 K时：K_；反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)是_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。p1_(填“大于”“小于”或“等于”)p2。在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，平衡常数_。(3)已知在温度为T时，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K0.32，在该温度下，已知c始(CO)1 molL1，c始(H2O)1 molL1，某时刻经测定CO的转化率为10%，则该反应_(填“已经”或“没有”)达到平衡，原因是_。此时刻v正_(填“”或“”)v逆。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数的综合答案(1) 0.621.29吸热(2)小于增大不变(3)没有此时0.012 30.32解析(1) Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)平衡常数K1；Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)平衡常数K2；而CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)平衡常数K，则K，故973 K时：K0.62；1 173 K时：K1.29；随着温度的升高，K增大，说明该反应为吸热反应。(2)由图像可知，相同温度下，p2下CO的转化率大于p1下CO的转化率，由CO(g)2H2(g)CH3OH(l)可知，增大压强平衡右移，故p1p2；在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，平衡右移，故CO的转化率增大；由于温度不变，故其平衡常数不变。(3)0.012 3K0.32，故反应未达到平衡；此时反应向正反应方向进行，故v正v逆。