2019-2020年高中化学 第二章 第三节 化学平衡常数（第3课时）学案 新人教版选修4.doc

2019-2020年高中化学 第二章 第三节 化学平衡常数（第3课时）学案 新人教版选修41.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的表达式。2能够利用化学平衡常数进行简单的计算。知识点一化学平衡常数阅读教材P28P29，思考并填空。1含义在一定温度下，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，用符号K表示。2表达式对于一般的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，平衡常数的表达式为K。3意义与影响因素(1)K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之就转化的越不完全，转化率就越小。(2)K只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。1判断正误(1)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。()(2)化学平衡常数与浓度有关，与温度无关。()(3)升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应。()(4)K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大。()答案：(1)(2)(3)(4)2对于3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()AKBKCKDK解析：选D。平衡常数表达式中只表示出气体或溶液中溶质的浓度，而固体或纯液体不表示出来。化学平衡常数的应用1判断反应进行的程度K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。2判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。3判断平衡移动方向利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。对于可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q表示，则：当QK时，反应处于平衡状态，v正v逆；当QK时，反应向正反应方向进行，v正v逆；当QK时，反应向逆反应方向进行，v正v逆。4计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。(1)平衡常数表达式中的各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度，以其化学计量数为幂。同一化学反应，由于化学方程式书写不同，平衡常数的表达式不同。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数而不代入公式。(3)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。若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。例如：N23H22NH3，Ka，则有：2NH3N23H2，K，N2H2NH3，Ka。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请回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。(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_。此温度下加入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 mol/L，c(H2)为1.5 mol/L，c(CO)为1 mol/L，c(H2O)为3 mol/L，则正、逆反应速率的比较为v正_v逆(填“”“”或“”)。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 ，设反应了的CO2为x mol，则消耗掉的H2为x mol，生成的CO和H2O均是x mol(体积为V L)，K1，整理得x0.5，则CO2的转化率为50%。(4)Q10.9，所以v正v逆。答案(1)(2)吸热(3)83050%(4)对于例1中的反应：(1)830 时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，若增大CO的浓度，平衡是否移动？平衡常数是否变化？(2)例1中第(4)问若CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol/L、2 mol/L、3 mol/L、3 mol/L，则反应向什么方向进行？答案：(1)平衡向逆反应方向移动；平衡常数不变。(2)Q2.250.9，故反应向逆反应方向进行。(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)化学平衡常数不表示反应的快慢，即K值大，化学反应速率不一定大。(3)稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡常数表达式中。 化学平衡常数的概念1下列关于某一化学反应的平衡常数的说法，正确的是()A与该反应的压强有关B与反应的温度有关，还与反应本身有关C与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响D只与化学反应本身有关，与其他条件无关解析：选B。K与温度有关，也与化学方程式的书写有关，但与起始浓度无关。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()AKBKCK DK解析：选D。C单质是固体，在平衡常数中不出现。化学平衡常数的应用3高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：温度/1 0001 1501 300平衡常数4.03.73.5该反应的平衡常数表达式K_，H_0(填“”“”或“”)。解析：因Fe和Fe2O3都为固体，不能写入平衡常数的表达式，所以K，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡向左移动，故H0。答案：4850 时，可逆反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0，K1。(1)若升高温度到950 达到平衡，K_1(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)850 时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，则：当x5.0时，上述平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是_。解析：(1)K是温度的函数，当升高温度时，可逆反应平衡向左移动，显然K值减小，即KK1，说明v逆v正，反应向逆反应方向进行。由题意得QK1，即x3.0。答案：(1)小于(2)逆反应xc0(H2)不合理，应舍去，则平衡时：c(H2)c(CO2)0.010 0 molL1x molL10.010 0 molL10.006 0 molL10.004 0 molL1，c(H2O)c(CO)x molL10.006 0 molL1；(H2)100%100%60%，(CO2)100%100%60%。答案：H2和CO2的平衡浓度都是0.004 0 molL1，c(H2O)和c(CO)都是0.006 0 molL1，H2和CO2的平衡转化率均为60%。 重难易错提炼1.化学平衡常数的表达式与化学方程式的书写形式相对应，同一个化学反应，其化学方程式不同，平衡常数表达式也不同。2化学平衡常数在温度一定时对某一具体化学反应是一个常数，它与浓度无关；但计算平衡常数时又必须用到化学平衡状态下的各物质的浓度。3利用化学平衡常数计算、判断时要理清是什么状态下的浓度。课后达标检测基础巩固1下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是()A在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值B当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变C化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关D根据化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度解析：选D。平衡常数只与温度有关，所以选项A、B、C均错误。2氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷，它可由SiO2与过量焦炭在1 3001 700 的氮气流中反应制得：3SiO2(s)6C(s)2N2(g)Si3N4(s)6CO(g)。该反应的平衡常数K的表达式为()A.B.C. D.解析：选A。固体或纯液体的浓度视为定值，不列入平衡常数的表达式中。3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()A9 B16C20 D25解析：选C。由c(H2)0.5 molL1，知反应分解的c(HI)1 molL1，由知c(NH3)c总(HI)1 molL14 molL15 molL1，则反应的化学平衡常数为K5420。4化学平衡常数K是衡量化学反应进行程度的标志。在常温下，下列反应的平衡常数数值如下：2NO(g)N2(g)O2(g)K1110302H2(g)O2(g)2H2O(g)K2210812CO2(g)2CO(g)O2(g)K341092以下说法正确的是()A常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1c(N2)c(O2)B常温下，2H2O(g)2H2(g)O2(g)的平衡常数的数值约为51080C常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NOH2OCO2D以上说法都不正确解析：选C。A项，应为K1c(N2)c(O2)/c2(NO)，故错；B项，应为51082，故错；C项正确。5已知830 时，反应CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数K1，将各物质按表中的物质的量(单位：mol)投入恒容容器中，则开始时反应逆向进行的是()选项ABCDn(CO2)3101n(H2)2101n(CO)1230.5n(H2O)5232解析：选A。A项Q1.2，B项Q0.25，C项Q0，D项Q1。B、C项中Q均小于平衡常数1，所以B、C项两种情况下反应正向进行；D项Q1，反应处于平衡状态；A项Q大于1，反应逆向进行。6据报道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)下列叙述错误的是()A使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率B反应需在300 进行，可推测该反应是吸热反应C充入大量CO2气体可提高H2的转化率D从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率解析：选B。A项，催化剂能加快化学反应速率，从而提高生产效率；B项，判断吸热反应和放热反应是根据反应物和生成物所具有能量的相对大小，而不是根据反应条件；C项，充入大量CO2气体，平衡正向移动，可提高H2的转化率；D项，分离出CH3CH2OH和H2O可使平衡正向移动，从而提高CO2和H2的利用率。7在25 时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法错误的是()A反应达到平衡时，X的转化率为50%B反应表示为X3Y2Z，此温度下的平衡常数为1 600C增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大D改变温度可以改变此反应的平衡常数解析：选C。X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05 molL1、0.15 molL1、0.1 molL1，且X、Y的浓度减小，Z的浓度增大，所以该反应的化学方程式为X3Y2Z；X的转化率为100%50%；平衡常数K1 600；平衡常数只受温度的影响，不受压强和浓度的影响。8一定条件下，体积为2 L的密闭容器中，1 mol X和3 mol Y进行反应：X(g)3Y(g)2Z(g)，经过12 s达到平衡，生成0.6 mol Z。下列说法正确的是()A以X浓度变化表示的反应速率为 mol/(Ls)B12 s后将容器体积扩大为10 L，Z的平衡浓度变为原来的C若增大X的浓度，则物质Y的转化率减小D若该反应的H0，升高温度，平衡常数K减小解析：选D。X(g)3Y(g)2Z(g)起始量(mol) 1 3 0转化量(mol) 0.3 0.9 0.6平衡量(mol) 0.7 2.1 0.6v(X) mol/(Ls)，所以A错误；12 s后将容器体积扩大为10 L，平衡逆向移动，Z的浓度小于原来的，所以B错误；若增大X的浓度，Y的转化率增大，X的转化率减小，所以C错误；若H0。请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)1 molL1，c(N)2.4 molL1，达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_；该温度时的平衡常数K_。(2)若反应温度升高，则M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)4 molL1，c(N)a molL1，达到平衡后，c(P)2 molL1，则a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。解析：(1)N的转化率为100%25%；平衡时c(M)0.4 molL1，c(N)1.8 molL1，c(P)c(Q)0.6 molL1，则该温度时的平衡常数K0.5。(2)温度升高，平衡正向移动，M的转化率增大。(3)达到平衡时，c(P)2 molL1，则c(Q)2 molL1，c(M)2 molL1，c(N)(a2) molL1，因此0.5，a6。(4)设M的转化率为，则平衡时c(M)c(N)b(1)molL1，c(P)c(Q)b molL1，故有0.5，41%。答案：(1)25%0.5(2)增大(3)6(4)41%10温度为T 时，向某恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O(g)，发生反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2 kJmol1，反应过程中测定的部分数据见下表(表中t10。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：时间/s05001 0001 500c(N2O5)/molL15.003.522.502.50下列说法中不正确的是()A500 s内N2O5的分解速率为2.96103 molL1s1BT1温度下的平衡常数K1125，平衡时N2O5的转化率为50%CT1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1T2，则K15.00 molL1解析：选C。A项，500 s内N2O5的浓度变化量为(5.003.52) molL11.48 molL1，v(N2O5)1.48 molL1500 s0.002 96 molL1s12.96103molL1s1；B项，分析如下：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)起始浓度(molL1)5.000 0转化浓度(molL1) 2.50 5.00 1.25平衡浓度(molL1) 2.50 5.00 1.25K1125，平衡时N2O5的转化率为50%；C项，该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，故K1K2；D项，达平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的1/2，相当于增大压强，平衡左移，则c(N2O5)5.00 molL1。12(xx南昌高二月考)一定温度下有可逆反应：A(g)2B(g)2C(g)D(g)。现将4 mol A和8 mol B加入体积为2 L的某密闭容器中，反应至4 min时，改变某一条件，测得C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法中正确的是()A02 min内，正反应速率逐渐增大B4 min时，A的转化率为50%C6 min时，B的体积分数为25%D4 min时，改变条件后，平衡向逆反应方向移动解析：选C。据题意得：A(g)2B(g)2C(g)D(g)c始(mol/L)2 400c(mol/L) 1.25 2.5 2.5 1.25c4 min(mol/L) 0.75 1.5 2.5 1.25该反应是从正反应开始的，02 min内，反应物的浓度逐渐减小，v正逐渐减小，A项错；4 min时，A的转化率100%62.5%，B项错；46 min时，C的浓度增大，但平衡未移动，该反应是反应前后气体体积相等的反应，故4 min末改变的条件是增大压强，B的转化率不变，此时B的体积分数100%25%，C项正确，D项错误。13已知(HF)2(g)2HF(g)H0，平衡体系的总质量(m总)与总物质的量(n总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A温度：T1T2B平衡常数：K(a)K(b)vaD当30 g/mol时，n(HF)n(HF)221解析：选C。温度升高，(HF)2(g)2HF(g)H0，平衡向右移动，则减小，所以T1T2，A错误；由图知，TaTcTb，温度升高，平衡常数K增大，则K(a)K(c)va，C正确；设(HF)2的物质的量分数为x，当30 g/mol时，则有40x20(1x)30，解得x0.5，即n(HF)n(HF)20.50.511，D错误。14酸雨被称为“空中死神”，20世纪全球SO2的排放量增加了6倍，导致酸雨降落范围日益扩大，其酸度不断上升。据报道欧洲酸雨酸度每年增加10%，酸雨使土壤酸化，使林木死亡，造成湖泊中大量鱼类死亡。SO2虽然是大气污染物，但也是重要的化工原料，对SO2进行综合治理和应用会造福人类。例如，在H2SO4生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。某温度下，体系在不同压强下达到平衡时，SO2的转化率()与体系的压强(p)的关系如图所示，根据图示回答问题：(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应体系达到平衡后，体系的总压强为0.10 MPa，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)_K(B)(填“大于”“小于”或“等于”)。解析：(1)由图示可知：当p0.10 MPa时，(SO2)0.80。2SO2(g)O2(g)2SO3(g)c始/molL10.2 0.1 0c转/molL1 0.16 0.08 0.16c平/molL1 0.04 0.02 0.16K800。(2)平衡状态由A变到B时，温度不变，则K(A)K(B)。答案：(1)800(2)等于15乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：2CO2(g)6H2(g)C2H5OH(g)3H2O(g)，298 K时，K12.951011。2CO(g)4H2(g)C2H5OH(g)H2O(g)，298 K时，K21.711022。(1)写出反应的平衡常数表达式：K_。(2)条件相同时，反应与反应相比，转化程度更大的是反应_。以CO2为原料合成乙醇的优点是_(写出一点即可)。(3)在一定压强下，测得反应的实验数据如下表：温度(K)转化率(%)n(H2)/n(CO2)5006007008001.545332012260432815383623722根据表中数据分析：温度升高，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)；提高氢碳比，对生成乙醇_(填“不利”或“有利”)。解析：(2)K2K1，故反应进行的程度大。由反应可知，由CO2合成乙醇使用的原料无毒，不会对环境造成污染；且K12.951011，反应进行的程度大，反应物的转化率高。(3)当相同时，升高温度反应物的转化率降低，说明平衡逆向移动，K值减小；当温度相同时，提高的值，反应物的转化率增大，故提高氢碳比对生成乙醇有利。答案：(1)(2)原料无毒，不会对环境造成污染(合理即可)(3)减小有利