（新课改省份专版）2020高考化学一轮复习 6.3 难点专攻 化学平衡常数及其计算学案（含解析）.doc

第3课时难点专攻化学平衡常数及其计算考点一化学平衡常数的概念及应用1化学平衡常数在一定温度下，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，用符号_K_表示。2表达式(1)对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K(计算K利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。举例如下：化学方程式平衡常数关系式N2(g)3H2(g) 2NH3(g)K1K2 K3N2(g)H2(g) NH3(g)K22NH3(g)N2(g)3H2(g)K33注意事项 (1)K值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。4应用(1)判断可逆反应进行的程度K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。K105105105105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全(2)判断化学反应进行的方向对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Q，称为浓度商。QK反应向正反应方向进行，v正v逆QK反应处于化学平衡状态，v正v逆QK反应向逆反应方向进行，v正v逆(3)判断可逆反应的热效应考法精析考法一化学平衡常数的含义1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浓度一定减小解析：选B在书写平衡常数表达式时，纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B正确；对于反应，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H0，C错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。2某温度下2 L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是()XYWn(起始状态)/mol210n(平衡状态)/mol10.51.5A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是KB其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应H0C其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动D其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡解析：选B由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且n(X)n(Y)n(W)213，化学方程式为2X(g)Y(g)3W(g)，反应的平衡常数表达式是K，A错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的H”或“0。(3)Q0.2K0.1，反应向逆反应方向进行；Q0.05(3)向逆反应方向向正反应方向考点二平衡常数和转化率的相关计算对应学生用书P121 1明确三个量起始量、变化量、平衡量 N23H22NH3起始量 1 3 0变化量 a b c平衡量 1a 3b c反应物的平衡量起始量转化量。生成物的平衡量起始量转化量。各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。2掌握四个公式(1)反应物的转化率100%100%。(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量100%。(4)某组分的体积分数100%。3谨记一个答题模板反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的转化量为mx mol，容器容积为V L，则有以下关系：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始/mol a b 0 0转化/mol mx nx px qx平衡/mol amx bnx px qx对于反应物：n(平)n(始)n(转)对于生成物：n(平)n(始)n(转)则有：Kc平(A) molL1(A)平100%，(A)(B)(A)100%混 gL1其中M(A)、M(B)分别为A、B的摩尔质量平衡时体系的平均摩尔质量： gmol1考法精析考法一外界条件对转化率大小的影响1反应X(g)Y(g)2Z(g)H0，在密闭容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是()A减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变B增大c(X)，X的转化率减小C保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大D加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大解析：选DA项，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变，正确；B项，增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X的转化率减小，正确；C项，相当于只增加Y的浓度，X的转化率会增大，正确；D项，催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，错误。2已知：3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g)H0，在700 ，CH4与N2在不同物质的量之比时CH4的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是()A.越大，CH4的平衡转化率越高B.不变时，若升温，NH3的体积分数会增大Cb点对应的平衡常数比a点的大Da点对应的NH3的体积分数约为26%解析：选BCH4和N2的物质的量之比越大，CH4的转化率越低，A错误；CH4和N2的物质的量之比不变时，升温，平衡正向移动，NH3的体积分数增大，B正确；平衡常数只与温度有关，与反应物的物质的量无关，所以各点的平衡常数相同，C错误；a点CH4的平衡转化率为22%，0.75，则设甲烷为3 mol，氮气为4 mol，3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g)起始量/mol 340转化量/mol 0.66 0.44 0.88平衡量/mol 2.34 3.56 0.88则NH3的体积分数为100%13%，D错误。3(2018浙江11月选考)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197.8 kJmol1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为21，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表：温度/K压强/(105Pa)1.015.0710.125.350.767399.299.699.799.899.972397.598.999.299.599.677393.596.997.898.699.0下列说法不正确的是()A一定压强下降低温度，SO2的转化率增大B在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等C使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间D工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高解析：选BA选项，根据表格信息，压强一定时，温度越低，SO2的转化率越大，正确；B选项，不同的温度、压强下，反应速率不确定，故转化相同的SO2所需时间无法确定，错误；C选项，使用催化剂降低反应的活化能，增大反应速率，故可以缩短达到平衡所需的时间，正确；D选项，根据表格数据可以看出，常压下SO2的转化率已相当高(大于93.5%)，正确。归纳总结转化率大小变化分析判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下mnpq反应物A和B的转化率均增大mnpq反应物A和B的转化率均减小mnpq反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下mnp反应物A的转化率增大mnp反应物A的转化率减小mnp反应物A的转化率不变考法二平衡常数与转化率的相关计算4羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)K0.1，反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为 8 mol。下列说法正确的是()A升高温度，H2S浓度增大，表明该反应正反应是吸热反应B通入CO后，正反应速率逐渐增大C反应前H2S物质的量为7 molDCO的平衡转化率为80%解析：选C升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，A不正确。通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，B不正确。设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为1 L，列“三段式”进行解题：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) 10 a00 2 2 2 2 8 a2 2 2化学平衡常数K0.1，解得a7，C正确。CO的平衡转化率为100%20%，D不正确。5(2017全国卷节选)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。(1)H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。(2)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“”“”或“”)。(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_(填字母)。AH2SBCO2CCOSDN2解析：(1)610 K时向空钢瓶中充入0.10 mol CO2和0.40 mol H2S，钢瓶容积为2.5 L，按“三段式”法进行计算：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)起始量/mol0.400.1000转化量/mol x x x x平衡量/mol 0.40x 0.10x x x反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则有0.02，解得x0.01，故H2S的平衡转化率1100%2.5%。此时H2S、CO2、COS和H2O(g)的物质的量(mol)分别为0.39、0.09、0.01、0.01，故该反应的平衡常数K2.8103。(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，温度升高，平衡后水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，则H0；升高温度，平衡正向移动，反应物的平衡转化率增大，则H2S的转化率：21。(3)该反应器为钢瓶，反应过程中容积不变。向反应器中再充入H2S气体，平衡正向移动，CO2的转化率增大，但H2S的转化率减小，A错误；充入CO2，平衡正向移动，H2S的转化率增大，CO2的转化率减小，B正确；充入COS，平衡逆向移动，H2S的转化率减小，C错误；充入N2，平衡不移动，H2S的转化率不变，D错误。答案：(1)2.52.8103(2)(3)B考法三压强平衡常数(Kp)的相关计算6一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。下列说法正确的是()A550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B650 时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%CT 时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp24.0p总解析：选B550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650 时，CO的体积分数为40.0%，根据反应方程式：C(s)CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有C(s)CO2(g)2CO(g)始态/mol10变化/mol x 2x平衡/mol 1x 2x因此有100%40.0%，解得x0.25，则CO2的平衡转化率为100%25.0%，B项正确。由题图可知，T 时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。925 时，CO的体积分数为96.0%，故Kp23.04p总，D项错误。7汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200 2.0000.040 00.030 00.030 03.93335 2.0050.050 00.025 00.025 0p根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_，判断p_(填“”“”或“”)3.93 MPa。计算反应体系在200 时的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压体积分数)。解析：1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：n(C)n(NO)n(A)n(B)1211，所以可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方程式为C2NON2CO2。该反应的平衡常数Kp，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp。答案：C2NON2CO2备考方略1理解Kp含义在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。2运用计算技巧