高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)26 化學(xué)平衡 化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算考點(diǎn)過關(guān)-人教版高三化學(xué)試題

課時(shí)26化學(xué)平衡化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算夯實(shí)基礎(chǔ)考點(diǎn)過關(guān)化學(xué)平衡的建立與特征【基礎(chǔ)梳理】1.可逆反應(yīng)(1)概念:在條件下，既能向方向進(jìn)行，又能向方向進(jìn)行的反應(yīng)，叫做可逆反應(yīng)。(2)符號(hào):可逆反應(yīng)用“”符號(hào)，而不用“”表示。(3)特點(diǎn):在條件下，正、逆反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率100%。2.化學(xué)平衡的建立(1)概念:在一定條件下的可逆反應(yīng)里，當(dāng)正反應(yīng)速率逆反應(yīng)速率，反應(yīng)混合物中各組分的濃度或含量保持的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。(2)化學(xué)平衡的建立過程正、逆反應(yīng)速率反應(yīng)物、生成物的濃度①反應(yīng)開始v(正)v(逆)反應(yīng)物濃度最大，生成物濃度為零②反應(yīng)過程中v(正)逐漸，v(逆)逐漸反應(yīng)物濃度逐漸減小，生成物濃度逐漸增大③平衡狀態(tài)時(shí)v(正)v(逆)≠0各組分的濃度不再隨時(shí)間的變化而變化微課1判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)特征是正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，這是判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志。由于v(正)=v(逆)，可使平衡體系中各組分的百分含量保持不變，所以一般情況下平衡體系的壓強(qiáng)、氣體密度、濃度等多種宏觀性質(zhì)也保持不變，這些宏觀的特征有時(shí)也可作為判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡的標(biāo)志總結(jié)如下:示例反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)混合物體系中各成分的含量各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定平衡各物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定平衡各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定平衡總體積、總壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量一定不一定平衡正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系在單位時(shí)間內(nèi)消耗mmolA的同時(shí)生成mmolA，即v(正)=v(逆)平衡在單位時(shí)間內(nèi)消耗nmolB的同時(shí)消耗pmolC，即v(正)=v(逆)平衡v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡在單位時(shí)間內(nèi)生成nmolB的同時(shí)消耗qmolD，均指v(逆)不一定平衡壓強(qiáng)m+n≠p+q時(shí)，總壓強(qiáng)一定(其他條件一定)平衡m+n=p+q時(shí)，總壓強(qiáng)一定(其他條件一定)不一定平衡混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量m+n≠p+q時(shí)，一定平衡m+n=p+q時(shí)，一定不一定平衡溫度任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化，當(dāng)體系溫度一定，其他不變時(shí)平衡密度體系的密度一定不一定平衡其他如體系的顏色不再變化平衡【典型例題】一、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷在一定溫度下，將2molSO2和1molO2充入一定容積的密閉容器中，在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-197kJ·mol-1。當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，下列說法正確的是()A.生成SO32molB.放出197kJ熱量C.SO2和SO3共2molD.吸收197kJ熱量[答案]C[解析]這是一個(gè)可逆反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)不可能進(jìn)行到底，所以不能完全生成SO32mol，不能完全放出197kJ熱量，A、B、D錯(cuò)誤;平衡符合質(zhì)量守恒定律，根據(jù)元素守恒可以判斷C正確。在兩個(gè)恒容的密閉容器中進(jìn)行下列兩個(gè)可逆反應(yīng):(甲)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);(乙)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)?，F(xiàn)有下列狀態(tài):①混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變;②恒溫時(shí)，氣體壓強(qiáng)不再改變;③各氣體組分濃度相等;④斷裂氫氧鍵的速率等于斷裂氫氫鍵速率的2倍;⑤混合氣體密度不變;⑥單位時(shí)間內(nèi)，消耗水蒸氣的質(zhì)量與生成氫氣的質(zhì)量比為9∶1;⑦同一時(shí)間內(nèi)，水蒸氣消耗的物質(zhì)的量等于氫氣消耗的物質(zhì)的量，其中能表明甲、乙容器中反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A.①②⑤B.③④⑥C.①⑥⑦ D.④⑦[答案]D[解析]甲容器中，碳為固態(tài)，該可逆反應(yīng)屬于氣體體積不相等的反應(yīng)，乙容器中，反應(yīng)屬于等氣體分子數(shù)的反應(yīng)，氣體相對(duì)分子質(zhì)量、密度、壓強(qiáng)都始終不變，①②⑤錯(cuò)誤;各組分濃度相等，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到了平衡狀態(tài)，③錯(cuò)誤;斷裂氫氧鍵速率等于斷裂氫氫鍵速率的2倍，經(jīng)轉(zhuǎn)化得，氫氧鍵的斷裂速率等于生成氫氧鍵的速率，④正確;消耗水蒸氣與生成氫氣是同一反應(yīng)方向，⑥錯(cuò)誤;消耗氫氣的物質(zhì)的量等于同時(shí)生成水蒸氣的物質(zhì)的量，經(jīng)轉(zhuǎn)化得消耗氫氣的物質(zhì)的量等于生成氫氣的物質(zhì)的量，⑦正確。

在一定溫度下的可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量Mr平均相對(duì)分子質(zhì)量一定時(shí)，只有當(dāng)m+n≠p+q時(shí)平衡平均相對(duì)分子質(zhì)量一定，但m+n=p+q時(shí)不一定平衡體系的密度反應(yīng)物、生成物全為氣體，定容時(shí)，密度一定不一定平衡m+n≠p+q，恒溫恒壓，氣體密度一定時(shí)平衡化學(xué)平衡常數(shù)及其計(jì)算【基礎(chǔ)梳理】1.化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)的表示:在溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，濃度冪之積與濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，符號(hào)為K。在一定溫度下的可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，平衡混合氣體中各組分濃度之間滿足如下關(guān)系(化學(xué)平衡常數(shù)):K=。2.平衡常數(shù)的意義平衡常數(shù)K的大小能衡量一個(gè)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的(也叫反應(yīng)的限度)。K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行的;K值越小，表示反應(yīng)進(jìn)行的。3.影響平衡常數(shù)的因素(1)K值只與有關(guān)，而與反應(yīng)物、生成物的濃度無關(guān)。如果可逆反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)K;如果可逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)K。(2)在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，只包括氣體和溶液中各溶質(zhì)的濃度，而不包括固體或純液體的濃度。在一般情況下，固體或純液體參加的反應(yīng)以及在稀溶液中有水參與的反應(yīng)，它們的濃度不變或變化很小，本身就是或可以看作是一個(gè)常數(shù)，不在表達(dá)式中出現(xiàn)。如:CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K=c(CO2)Cr2+H2O2Cr+2H+K=(3)平衡常數(shù)表達(dá)式與反應(yīng)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)。同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)成比例擴(kuò)大或縮小時(shí)，平衡常數(shù)的表達(dá)式則不一樣。注意體會(huì)K1、K2、K3的關(guān)系，如:2NO2(g)N2O4(g)K1=N2O4(g)2NO2(g) K2=NO2(g)N2O4(g) K3=(4)平衡常數(shù)數(shù)值的大小，只能說明一個(gè)可逆反應(yīng)的正向反應(yīng)所進(jìn)行的最大程度，并不能預(yù)示反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。如2SO2(g)+O22SO3(g)，298K時(shí)K=3.6×1024很大，但由于速度太慢，常溫時(shí)，幾乎不發(fā)生反應(yīng)。【典型例題】一、化學(xué)平衡常數(shù)(K)以及轉(zhuǎn)化率(α)的計(jì)算在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化學(xué)平衡常數(shù)K溫度與T的關(guān)系如下表:T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列問題:(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=。(2)該反應(yīng)為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(3)能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填字母)。a.容器中壓強(qiáng)不變b.混合氣體中c(CO)不變c.v正(H2)=v逆(H2O)d.c(CO2)=c(CO)(4)某溫度下，平衡濃度符合c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)，試判斷此時(shí)的溫度為℃。[答案](1)(2)吸熱(3)bc(4)830[解析](1)根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式即可得出結(jié)論。(2)由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)增大，平衡正向移動(dòng)，所以該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。(3)根據(jù)化學(xué)平衡判斷的標(biāo)志可得出結(jié)論。(4)溫度一定，平衡常數(shù)一定，只要計(jì)算出平衡常數(shù)就可以找出對(duì)應(yīng)的溫度。題組訓(xùn)練：1.(2014·重慶卷)儲(chǔ)氫還可借助有機(jī)物，如利用環(huán)己烷和苯之間的可逆反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)脫氫和加氫:。某溫度下，向恒容密閉容器中加入環(huán)己烷，起始濃度為amol·L-1，平衡時(shí)苯的濃度為bmol·L-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。[答案]解析平衡時(shí)苯的濃度是bmol·L-1，則根據(jù)反應(yīng)的方程式可得消耗環(huán)己烷的濃度是bmol·L-1，生成氫氣的濃度是3bmol·L-1，平衡時(shí)環(huán)己烷的濃度為(a-b)mol·L-1，由于化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為=。2.將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入體積2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，得到如下兩組數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)組溫度/℃起始量/mol平衡量/mol達(dá)到平衡所需時(shí)間/minCOH2OH2CO1650421.62.462900210.41.63(1)實(shí)驗(yàn)1中以v(CO2)表示的反應(yīng)速率為(保留兩位小數(shù))。(2)該反應(yīng)為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(3)求實(shí)驗(yàn)2的平衡常數(shù)K(要求寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留兩位小數(shù))。[答案](1)0.13mol·L-1·min-1(2)放熱(3)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始濃度/mol·L-1: 1 0.5 0 0變化濃度/mol·L-1: 0.2 0.2 0.2 0.2平衡濃度/mol·L-1: 0.8 0.3 0.2 0.2K2==0.17[解析](1)實(shí)驗(yàn)1中v(CO2)=v(CO)==0.13mol·L-1·min-1(2)650℃時(shí)的平衡常數(shù)K1900℃時(shí)的平衡常數(shù)K2升高溫度平衡常數(shù)減小，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)。650℃時(shí)的平衡常數(shù)計(jì)算CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始濃度/mol·L-1 2 1 0 0平衡濃度/mol·L-1 1.2 0.2 0.8 0.8K1==2.673.將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為甲醚的反應(yīng)原理為2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)已知在壓強(qiáng)為aMPa下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率見下圖:(1)此反應(yīng)為(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng);若溫度不變，提高投料比[]，則K將(填“增大”、“減小”或“不變”)。(2)在aMPa和一定溫度下，將6molH2和2molCO2在2L密閉容器中混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得平衡混合氣中CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)約為16.7%(即)，此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是多少(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(3)在aMPa和500K下，將10molH2和5molCO2在2L密閉容器中混合，5min達(dá)到平衡，請(qǐng)畫出H2濃度變化圖(請(qǐng)標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)據(jù))。[答案](1)放熱不變(2)設(shè)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為x。2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)開始/mol·L-1: 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol·L-1:x 3x 0.5x1.5x平衡/mol·L-1:1-x 3-3x 0.5x1.5x×100%=16.7%解得:x=0.80，即CO2的轉(zhuǎn)化率為80%。(3)[解析](1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，CO2的轉(zhuǎn)化率是減小的，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正方向是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)減小。溫度不變，提高投料比，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，但平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，因此平衡常數(shù)是不變的。4.為探究用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如下圖，請(qǐng)回答下列問題:(1)從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的反應(yīng)速率:v(H2)=。(2)能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是(填字母)。A.恒溫恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化B.恒溫恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化C.一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變D.一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH2的同時(shí)生成1molCH3OH(3)下列措施能使平衡混合物中增大的是(填字母)。A.加入催化劑B.充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大C.將H2O(g)從體系中分離D.降低溫度(4)求此溫度(T1)下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1=(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。[答案](1)0.225mol·L-1·min-1(2)AC(3)CD(4)5.33二、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用CO在催化劑作用下可以與H2反應(yīng)生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在密閉容器中充有10molCO與20molH2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。(1)M、N兩點(diǎn)平衡狀態(tài)下，容器中總物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為n(M)總∶n(N)總=。(2)若M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)KM、KN、KQ的大小關(guān)系為。[答案](1)5∶4(2)KM=KN>KQ[解析](1)M點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，則參加反應(yīng)的CO為10mol×0.5=5mol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔV 1 2 5mol 10mol故M點(diǎn)平衡時(shí)，混合氣體總的物質(zhì)的量=10mol+20mol-10mol=20mol;N點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率為0.7，則參加反應(yīng)的CO為10mol×0.7=7mol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔV 1 2 7mol 14mol故N點(diǎn)平衡時(shí)，混合氣體總的物質(zhì)的量=10mol+20mol-14mol=1