2018-2019版高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第2节 化学反应的限度 第1课时学案 鲁科版选修4.doc

第1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，并能进行相应的计算，知道化学平衡常数的影响因素。2.理解化学平衡常数的意义，能利用化学平衡常数判断反应进行的程度和方向。一、化学平衡常数的概念及其表达式1.实验数据分析(1)二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)N2O4(g)，在298 K，如果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。请根据表中已知数据填写空格：初始浓度/molL1平衡浓度/molL1平衡浓度关系c0(NO2)c0(N2O4)NO2N2O42.0010206.321036.841031.081.711023.0010208.001031.101021.381.7210202.001029.461031.521021.611.7010200.1002.281028.861023.891.70102(2)结论：由上表数据可知，在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，约相等(“不相等”“约相等”)。2.化学平衡常数的概念及表达式(1)概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值是一个常数。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，aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K。例如：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)K；FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)K；(3)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：K2；写出K2和K3的关系式：K2K31；写出K1和K3的关系式：K1K1。3.化学平衡常数的影响因素下表为N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系：T/K373473573673773K/mol2L23.351091.001072.451051.881042.99103由上表数据分析可知：(1)放热反应，温度升高，K值减小；(2)吸热反应，温度升高，K值增大。平衡常数应用中的注意事项(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、压强、催化剂无关。(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“1”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，则平衡常数变为倒数。若同一反应方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，平衡常数也会改变。例1对于反应3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是()A.KB.KC.增大c(H2O)或减小c(H2)，会使该反应平衡常数减小D.改变反应的温度，平衡常数不一定变化答案B解析固体反应物或生成物，其浓度可看作1，在平衡常数表达式中不写，故A项错误，B项正确；化学平衡常数只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度无关，故增大c(H2O)或减小c(H2)，该反应的平衡常数不变，但温度改变，平衡常数一定改变，故C、D项错误。考点化学平衡常数的概念及应用题点化学平衡常数表达式及影响因素易错警示化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强、催化剂的使用无关。例2在25 时，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始物质的量和平衡物质的量如下表：物质XYZ初始物质的量/mol0.20.40平衡物质的量/mol0.10.10.2则25 时，反应X3Y2Z，其平衡常数的值为()A.500 B.600C.1 200 D.1 600答案D解析X、Y、Z的平衡浓度分别为0.05 molL1，0.05 molL1，0.1 molL1。25 ，K1 600 L2mol2，故D项正确。考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数易错警示(1)计算平衡常数时，应代入平衡浓度而不是物质的量计算。(2)若反应方程式前后气体的系数相等，用物质的量代入时计算结果相同，故在不知容器体积时，可以用气体物质的量代入计算。(3)计算平衡常数时，要先列出表达式，再代入数据计算，注意写单位，K的单位随表达式不同而变化。二、化学平衡常数的意义及其应用1.意义下表为298 K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(即反应限度)。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。2.应用(1)判断反应可能进行的程度K值105反应程度很难进行反应可逆进行完全(2)判断可逆反应是否平衡或反应向何方向进行对于可逆反应：aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q，称为该反应的浓度商。QK，反应向逆反应方向进行。(3)根据K值随温度变化规律，可判断反应的热效应。例3298 K时，下列反应的平衡常数如下：N2(g)O2(g)2NO(g)，K1110302H2(g)O2(g)2H2O(g)，K221082 mol1L2CO2(g)2CO(g)O2(g)，K341092molL1则常温下NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是()A.NO B.H2OC.CO2 D.不能判断答案B解析NO分解的K1030，H2O分解的K0.51082 molL1，根据K越大反应进行的越完全，B项正确。考点化学平衡常数的概念及应用题点化学平衡常数的表达形式与意义方法总结根据化学平衡常数的大小可以判断可逆反应进行的程度。例4煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及产率等问题。已知：CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/ 4005008301 000平衡常数K10.09.01.00.6试回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)上述正向反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。(3)在830 发生上述反应，按下表中的物质的量投入容积为2 L的恒容反应器，其中在向正反应方向进行的有_(选填“A”“B”“C”或“D”)。选项ABCDn(CO2)3101n(H2)2101n(CO)1230.5n(H2O)5232答案(1)(2)放热(3)BC解析(2)由表格看出温度越高，K越小，所以正反应为放热反应。(3)A中Q1.21，反应逆向进行； B中Q1，反应正向进行；C中Q0K，反应逆向进行。考点化学平衡常数的概念及其应用题点用浓度商与K判断反应是否处于平衡及反应进行的方向。5.对于CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，某温度下平衡常数K为1，向一密闭容器内同时通入CO(g)、H2O(g)、CO2(g)、H2(g)各1 mol，在该温度下建立平衡时，CO的物质的量为()A.大于1 mol B.小于1 molC.等于1 mol D.无法确定答案C解析由于CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)反应前与反应后气态物质的化学计量数之和相等，故可使用各物质的物质的量代替物质的量浓度进行计算。由于QK，说明一开始就建立了平衡。考点化学平衡常数的概念及其应用题点用浓度商和K判断反应是否处于平衡及反应进行的方向6.已知反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H43 kJmol1，在850 时K1。今在某密闭容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，下列说法不正确的是()A.900 ，该反应的平衡常数K1B.850 时，若x5.0，则起始时反应向逆反应方向进行C.850 达到化学平衡后，通入CO，化学平衡逆向移动D.850 时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足xK1，反应向逆反应方向进行，B项正确；达到平衡时，通入CO，反应物浓度增大，化学平衡正向移动，C项错误；850 时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，由K1，可求得应满足x0.9，QK，平衡逆向移动。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1化学平衡常数概念及表示方法1.下列关于平衡常数的说法中，正确的是()A.在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示B.平衡常数越大，表示化学反应速率越大C.可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度 D.平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关答案C解析平衡常数中的浓度都是平衡浓度，平衡常数仅受温度影响，其大小可以描述反应的限度大小，A、D项错误，C项正确；K值大，反应速率不一定大，对于放热反应，温度越低，K值越大，反应速率越小。考点化学平衡常数的概论及其应用 题点化学平衡常数表达形式与意义2.关于平衡常数K，下列说法中正确的是 ()A.K值越大，反应越容易进行B.对任一给定的可逆反应，温度升高，K值增大C.对同一可逆反应，K值越大，反应物的转化率越高D.加入催化剂或增大反应物浓度，K值将增大答案C解析对于给定的可逆反应，化学平衡常数越大，反应进行的程度越大，但反应不一定容易进行，A项错误，C项正确；化学平衡常数与催化剂和反应物浓度无关，只与温度有关，与温度的关系视具体反应而定：放热反应，温度越高，K值越小；吸热反应，温度越高，K值越大。B、D项错误。考点化学平衡常数的概念及其应用题点化学平衡常数表达形式与意义题组2化学平衡常数的表达式3.2 000 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，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4.某可逆反应aAbBcC在某温度下的平衡常数为K(K1)，反应热为H。保持温度不变，将方程式的书写做如下改变，则H和K数值的相应变化为()A.写成2aA2bB2cC，H值、K值均扩大了1倍B.写成2aA2bB2cC，H值扩大了1倍，K值保持不变C.写成cCaAbB，H值、K值变为原来的相反数D.写成cCaAbB，H值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数答案D解析A、B项H值扩大1倍，K变为原来的平方。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题组3化学平衡常数的应用5.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.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B.若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C.温度越高，K一定越大D.如果mnp，则K1答案A解析K越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A项正确；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，B项错误；因该反应的热效应不确定，故C项错误；K，故由mnp无法计算K的数值。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6.某温度下反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K57.0，现向此温度下的真空容器中充入0.2 molL1 H2(g)、0.5 molL1I2(g)及0.3 molL1 HI(g)，则下列说法中正确的是()A.反应正好达到平衡B.反应向左进行C.反应向某方向进行一段时间后K57.0D.反应向某方向进行一段时间后H20.2 molL1答案D解析Q(0.3 molL1)2/(0.2 molL10.5 molL1)0.9，故Q0，下列有关说法正确的是()A.平衡常数表达式为KB.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，平衡正向移动答案B解析纯固体浓度为“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。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8.在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如表：温度/2580230平衡常数/mol3L3510421.9105下列说法不正确的是()A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B.在25 时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)4CO(g)的平衡常数为2105 mol3L3C.在80 时，测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 molL1，则此时v正v逆D.在80 达到平衡时，测得n(CO)0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 molL1答案C解析A项，升高温度，平衡常数减小，故该反应为放热反应，A项正确；B项，25 时，逆反应的平衡常数K2105mol3L3，B项正确；C项，80 时，若Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 molL1，则Q8 mol3L3K，C项错误；D项，80 达到平衡时若n(CO)0.3 mol，CO1 molL1，故Ni(CO)4KCO42 mol3L3(1 molL1)42 molL1，D项正确。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9.已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()A.反应的平衡常数K1B.反应的平衡常数KC.对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值D.对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小答案B解析在书写平衡常数表达式时，纯固体不写，A项错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B项正确；反应中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H0B.若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1v逆D.状态A与状态B相比，状态A的I2大答案C解析由图像可知，该反应的温度越高，平衡时I越小，所以该反应的平衡常数K越小，则Hv逆，C项正确。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 综合强化11.在某温度下，将0.10 mol H2(g)和0.10 mol I2(g)充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得H20.008 0 molL1。则反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K为()A.1.0 B.0.75C.0.5 D.0.25答案D解析根据题意知： H2(g)I2(g)2HI(g)起始量(molL1) 0.010 0.010 0变化量(molL1) 0.002 00.002 00.004 0平衡量(molL1) 0.008 00.008 00.004 0K0.25。考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数12.在温度T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)H2S(g)达到平衡时，测得总压力为p，则该反应的平衡常数Kp为()A.p B.p2C.p2 D.p答案C解析NH4HS(s)NH3(g)H2S(g)开始时 00平衡时 pp则该反应的平衡常数Kpp(H2S)p(NH3)ppp2。考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数13.储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。 (g) (g)3H2(g)，在某温度下，向恒容容器中加入环己烷，其起始浓度为a molL1，平衡时苯的浓度为b molL1，该反应的平衡常数K_。答案 mol3L3解析 (g) (g)3H2(g)起始浓度(molL1) a 0 0转化浓度(molL1) b b 3b平衡浓度(molL1) ab b 3bK mol3L3。考点化学平衡常数的有关计算题点求算化学平衡常数14.工业上先将煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H2时，存在以下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)。(1)向1 L恒容密闭容器中充入CO和H2O(g)，温度T时测得部分数据如下表：t/min01234n(H2O)/mol0.600.500.440.400.40n(CO)/mol0.400.300.240.200.20则该温度下反应的平衡常数K_。(2)相同温度下，若向2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO、4 mol H2O(g)、2 mol CO2、2 mol H2，此时v正_(填“”“”或“”)v逆。答案(1)0.5(2)K所以反应向左进行，v正0，CO2的浓度与时间的关系如图所示：该条件下反应的平衡常数为_；若铁粉足量，CO2的起始浓度为2.0 mol L1，则平衡时CO的浓度为_molL1。下列措施中能使平衡时增大的是_(填字母)。A.升高温度 B.增大压强C.再充入一定量的CO2 D.再加入一定量铁粉答案(1)H1H2吸热(2)2.0A解析(1)目标反应可由上述两个反应相减得到，即HH1H2，则K，随温度升高，K1增大，K2减小，所以增大，正反应为吸热反应。(2)平衡时CO20.5 molL1，CO1 molL1，K2.0。设平衡时COa molL1，则平衡时CO2(2.0a)molL1，则K2.0，解得a。平衡时K只与温度有关，由题目信息可知升高温度，K变大，即增大，故只有A项正确。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