2.2.3化學平衡常數(shù)（原卷版）

專題2化學反應(yīng)速率與化學平衡第二單元化學反應(yīng)的方向和限度第3課時化學平衡常數(shù)1．了解化學平衡常數(shù)的概念，會寫化學平衡常數(shù)的表達式。2．了解平衡轉(zhuǎn)化率的含義。3．學會運用平衡常數(shù)進行相關(guān)的計算。重點：化學平衡常數(shù)的概念及意義；化學平衡常數(shù)的計算。難點：化學平衡常數(shù)的計算。1．化學平衡常數(shù)的概念和表達式對于可逆反應(yīng)：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在_______一定時，無論起始濃度如何，反應(yīng)達到平衡后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度滿足以下關(guān)系式：K=_____________________該結(jié)果是一個常數(shù)，此常數(shù)稱為化學平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)，用字母_____表示。固體、純液體、水溶液中水的濃度可視為_______，其濃度不列入平衡常數(shù)表達式。2．化學平衡常數(shù)的意義【交流討論】已知：25℃時，鹵化氫生成反應(yīng)的平衡常數(shù)如下表：化學方程式平衡常數(shù)KF2＋H22HF6.5×1095Cl2＋H22HCl2.57×1033Br2＋H22HBr1.91×1019I2＋H22HI8.67×102平衡常數(shù)的大小能說明反應(yīng)進行的_______(也叫反應(yīng)的_______)。K值越大，表示反應(yīng)進行得越_______，當K>105時，該反應(yīng)進行得基本完全了。3．化學平衡常數(shù)的影響因素(1)內(nèi)因：不同的化學反應(yīng)及化學方程式的書寫形式是決定化學平衡常數(shù)的______________。(2)外因：在化學方程式一定的情況下，K只受_______影響。已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：T/K373473573673773K3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103①放熱反應(yīng)，溫度升高，K值_______；②吸熱反應(yīng)，溫度升高，K值_______?！久麕燑c撥】對平衡常數(shù)的理解(1)反應(yīng)物和生成物中有固體或純液體存在時，由于其濃度可以看做“1”而不代入公式。(2)平衡常數(shù)K只受溫度的影響，當溫度不變時，K值不變。二、平衡轉(zhuǎn)化率1．平衡轉(zhuǎn)化率的概念某一反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α等于該物質(zhì)在反應(yīng)中的已轉(zhuǎn)化量（如物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度等）與該物質(zhì)起始總量的比值，可表示為：α=eq\f(該反應(yīng)物的起始總量該反應(yīng)物的平衡量,該反應(yīng)物的起始總量)×100%2．平衡轉(zhuǎn)化率的意義反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率表示在一定_______和一定_______濃度下反應(yīng)進行的限度?！久麕燑c撥】對于可逆反應(yīng)：aA＋bBcC＋dDαA＝eq\f(A的起始濃度－A的平衡濃度,A的起始濃度)×100%＝eq\f(c0(A)－c平(A),c0(A))×100%αA＝eq\f(A的起始物質(zhì)的量－A的平衡物質(zhì)的量,A的起始物質(zhì)的量)×100%＝eq\f(n始－n平,n始)×100%平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)均能表示化學反應(yīng)進行的程度，但平衡常數(shù)不直觀，轉(zhuǎn)化率能更直觀地表示化學反應(yīng)進行的程度。三、化學平衡的有關(guān)計算1．計算模型——三段式法aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c(初)(mol·L－1)xy00Δc(mol·L－1)ambmcmdmc(平)(mol·L－1)xamybmcmdm2．解題思路(1)設(shè)未知數(shù)：具體題目要具體分析，一般設(shè)某物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量或轉(zhuǎn)化率為x。(2)確定三個量：根據(jù)反應(yīng)物、生成物及變化量三者之間的關(guān)系，代入未知數(shù)確定平衡體系中各物質(zhì)的起始量、變化量、平衡量并按（1）中“模式”列表。(3)解題設(shè)問題：明確了“始”、“變”、“平”三個量的具體數(shù)值，再根據(jù)相應(yīng)關(guān)系求平衡時某成分的濃度、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率等，求出題目答案。3．基本計算關(guān)系(1)各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化量之比＝物質(zhì)的量變化量之比＝化學計量數(shù)之比。(2)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(Δc,c初)×100%＝eq\f(Δn,n初)×100%。(3)反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率＝eq\f(該物質(zhì)的實際生成量,該物質(zhì)的理論生成量)×100%。(4)平衡時B組分的體積分數(shù)＝平衡時B組分的物質(zhì)的量分數(shù)＝eq\f(n平(B),n總)×100%。【觀察思考】反應(yīng)SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為2mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中SO2(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，計算：(1)在該溫度下，此反應(yīng)的平衡常數(shù)。(2)若相同條件下，SO2(g)的起始濃度增大到3mol·L－1，NO2(g)的起始濃度仍為2mol·L－1，則SO2(g)、NO2(g)的轉(zhuǎn)化率變?yōu)槎嗌伲?3)對比(1)與(2)中的數(shù)據(jù)，增大SO2的濃度，SO2與NO2的平衡轉(zhuǎn)化率如何變化？(4)試想，增大NO2的濃度，SO2與NO2的平衡轉(zhuǎn)化率又如何變化？【特別提醒】(1)在一定溫度下，一個具體的化學反應(yīng)，只有一個平衡常數(shù)，但不同反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率可能不同。(2)多種反應(yīng)物參加反應(yīng)時，可通過增加一種反應(yīng)物的濃度來提高另一種反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，而其本身的平衡轉(zhuǎn)化率會降低。1．請判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)濃度、溫度變化時，平衡常數(shù)都會改變()(2)K值越大，表明可逆反應(yīng)正向進行的程度越大()(3)K值越大，該可逆反應(yīng)的速率越快()(4)K值越大，反應(yīng)越容易進行()2．寫出下表中各反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式：化學方程式平衡常數(shù)表達式2NO2(g)N2O4(g)3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO3．已知在一定溫度下，下列各反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)如下：①C(s)＋CO2(g)2CO(g)ΔH1K1②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)ΔH2K2③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH3K3則ΔH1、ΔH2、ΔH3三者關(guān)系為ΔH3＝_________，K1、K2、K3三者關(guān)系為K3＝________。4．在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化學平衡常數(shù)K和溫度T的關(guān)系如表所示：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列問題：(1)該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為K＝________________。(2)該反應(yīng)為__________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。(3)某溫度下，平衡濃度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，試判斷此時的溫度為__________℃。該溫度下加入1molCO2(g)和1molH2(g)，充分反應(yīng)，達到平衡時，CO2的轉(zhuǎn)化率為__________。5．硫的氧化物和氮的氧化物均是大氣的主要污染物質(zhì)。已知，在一定條件下，硫的氧化物和氮的氧化物可以反應(yīng)SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定溫度下，將物質(zhì)的量濃度均為2mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中SO2(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，則在該溫度下：(1)該溫度下，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________(2)在上述溫度下，若SO2(g)的初始濃度增大到3mol·L－1，NO2(g)的初始濃度仍為2mol·L－1，達到化學平衡狀態(tài)時，計算下列各物質(zhì)的濃度及SO2和NO2的平衡轉(zhuǎn)化率。①c(SO3)＝__________mol·L－1，c(SO2)＝__________mol·L－1。②α(SO2)＝__________，α(NO2)＝__________。?問題一化學平衡常數(shù)【典例1】對于下列反應(yīng)，其反應(yīng)過程的能量變化如圖所示：編號反應(yīng)平衡常數(shù)反應(yīng)熱反應(yīng)①A(g)B(g)＋C(g)K1ΔH1反應(yīng)②B(g)＋C(g)D(g)K2ΔH2反應(yīng)③A(g)D(g)K3ΔH3下列說法正確的是()A．K3＝K1＋K2B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．加催化劑，反應(yīng)①的反應(yīng)熱降低，反應(yīng)速率加快D．增大壓強，K1減小，K2增大，K3不變【解題必備】平衡常數(shù)的表達式的書寫(1)化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。(2)純液體和固體的濃度為常數(shù)，不寫入平衡常數(shù)表達式。例如：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝eq\f(c(CO)·c(H2),c(H2O))；FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)K＝eq\f(c(CO2),c(CO))。(3)書寫形式與化學方程式的書寫有關(guān)。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常數(shù)為K1=eq\f(c2(NH3),c(N2)·c3(H2))；eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的平衡常數(shù)為K2=eq\f(c(NH3),c1/2(N2)·c3/2(H2))；NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)的平衡常數(shù)為K3=eq\f(c1/2(N2)·c3/2(H2),c(NH3))。則K1和K2的關(guān)系式為K1=K22；K2和K3的關(guān)系式為：K2·K3=1；K1和K3的關(guān)系式為：K1=eq\f(1,K32)?！咀兪?1】化學平衡常數(shù)K的數(shù)值大小是衡量化學反應(yīng)進行程度的標志，在常溫下，某些反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值如下：2NO(g)N2(g)＋O2(g)K1＝1×10302H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×10812CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92下列說法正確的是()A．常溫下，反應(yīng)2H2O(g)O2(g)＋2H2(g)的平衡常數(shù)為5×10－80B．常溫下，最易分解放出O2的是水C．K3＝eq\f(c2CO·cO2,c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2)))D．以上都不正確【變式12】一定溫度下，反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反應(yīng)熱和化學平衡常數(shù)分別為ΔH和K，則相同溫度時反應(yīng)4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反應(yīng)熱和化學平衡常數(shù)為()A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和eq\f(1,K2)?問題二化學平衡的有關(guān)計算【典例2】將6molA和5molB混合于4L密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：3A(g)＋B(g)nC(g)＋2D(g)，5s后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，生成2molD和2molC，則下列結(jié)論中不正確的是()A．該溫度下反應(yīng)的化學平衡常數(shù)為eq\f(4,27)B．n值等于2C．平衡時B的濃度為1mol·L－1D．平衡時B的轉(zhuǎn)化率為50%【解題必備】用“三段式法”進行化學平衡的計算要注意的問題：(1)變化量的比值一定等于化學方程式中的系數(shù)之比，但是達到平衡時各組分的量的比值不一定等于方程式中的系數(shù)之比。(2)進行有關(guān)計算時，可用物質(zhì)的量濃度，也可用物質(zhì)的量?！咀兪?1】在一定溫度下的密閉容器中，加入1molCO和1molH2O發(fā)生反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，達到平衡時測得n(H2)＝0.5mol，下列說法不正確的是()A．在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1B．平衡常數(shù)與反應(yīng)溫度無關(guān)C．CO的平衡轉(zhuǎn)化率為50%D．平衡時n(H2O)＝0.5mol【變式22】在密閉容器中，給一氧化碳和水蒸氣的氣體混合物加熱，在催化劑存在下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在500℃時，平衡常數(shù)K＝9。若反應(yīng)開始時，一氧化碳和水蒸氣的濃度都是0.02mol·L－1，則在此條件下CO的轉(zhuǎn)化率為()A．25%B．50%C．75%D．80%1．下列關(guān)于化學平衡常數(shù)的說法中，正確的是()A．在任何條件下，化學平衡常數(shù)都是一個定值B．當改變反應(yīng)物的濃度時，化學平衡常數(shù)會發(fā)生改變C．化學平衡常數(shù)K與溫度、反應(yīng)物濃度、體系的壓強都有關(guān)D．由化學平衡常數(shù)K可以推斷一個可逆反應(yīng)進行的程度2．對于可逆反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，在一定溫度下其平衡常數(shù)為K，下列條件的變化中能使K發(fā)生變化的是()A．將C(s)的表面積增大 B．增大體系壓強C．升高體系溫度 D．使用合適的催化劑3．已知下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：①H2(g)＋S(s)H2S(g)，K1；②S(s)＋O2(g)SO2(g)，K2；則反應(yīng)H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常數(shù)是()A．K1＋K2B．K1－K2C．K1×K2D．eq\f(K1,K2)4．下列有關(guān)平衡常數(shù)的說法正確的是()A．改變條件，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，平衡常數(shù)一定增大B．反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，增加c(N2O4)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大C．對于給定的可逆反應(yīng)，溫度一定時，其正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)相等D．平衡常數(shù)為K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)的反應(yīng)，化學方程式為CO2(g)＋H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CO(g)＋H2O(g)－1，當放出314.624kJ熱量時，SO2的轉(zhuǎn)化率為()A．40%B．50%C．80%D．90%6．在773K時，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)K＝9，若CO、H2O的起始濃度均為0.020mol·L－1，則在此條件下CO的轉(zhuǎn)化率是()A．60%B．50%C．75%D．25%7．可逆反應(yīng)：2A(g)＋3B(g)－1，C、D濃度均等于0，反應(yīng)開始2s后達到平衡狀態(tài)，此時D的平衡濃度為0.5mol·L－1，則下列說法不正確的是()A．v(C)＝1mol·L－1·s－1B．C的平衡濃度為4mol·L－1C．A的轉(zhuǎn)化率為25%D．B的平衡濃度為1.5mol·L－18．已知反應(yīng)①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反應(yīng)②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某溫度下的平衡常數(shù)分別為K1和K2，該溫度下反應(yīng)③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)為K。則下列說法正確的是()A．反應(yīng)①的平衡常數(shù)K1＝eq\f(c(CO2)·c(Cu),c(CO)·c(CuO))B．反應(yīng)③的平衡常數(shù)K＝eq\f(K1,K2)C．對于反應(yīng)②，若ΔH>0，溫度升高，則該反應(yīng)平衡常數(shù)減小D．對于反應(yīng)③，恒溫恒容下，增大H2濃度，平衡常數(shù)K一定會減小9．在一密閉容器中，用等物質(zhì)的量的A和B發(fā)生如下反應(yīng)：A(g)＋2B(g)2C(g)，反應(yīng)達到平衡時，若混合氣體中A和B的物質(zhì)的量之和與C的物質(zhì)的量相等，則這時A的轉(zhuǎn)化率為()A．40%B．50%C．60%D．70%10．已知某化學反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)，在不同的溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如表所示：t/℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有關(guān)敘述不正確的是()A．該反應(yīng)的化學方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)B．溫度越高，反應(yīng)進行的程度越小C．若在1L的密閉容器中通入CO2和H2各1mol,5min后溫度升高到830℃，此時測得CO為0.4mol，則該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)D．若平衡濃度符合下列關(guān)系式：eq\f(cCO2,3cCO)＝eq\f(cH2O,5cH2)，則此時的溫度為1000℃11．在一定溫度下，將3molCO2和2molH2混合于2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。(1)該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K＝______________________。(2)已知在700℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1＝0.5，則該溫度下反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)K2＝_____________，反應(yīng)eq\f(1,2)CO2(g)＋eq\f(1,2)H2(g)eq\f(1,2)CO(g)＋eq\f(1,2)H2O(g)的平衡常數(shù)K3＝__________。1．工業(yè)上制備合成氣的工藝主要是水蒸氣重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH>0，在一定條件下，向容積為1L的密閉容器中充入1molCH4(g)和1molH2O(g)，測得H2O(g)和H2(g)的濃度隨時間變化曲線如圖所示，下列說法正確的是()A．達平衡時，CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為75%B．0～10min內(nèi)，v(CO)＝0.075mol·L－1·min－1C．該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K＝0.1875D．當CH4(g)的消耗速率與H2O(g)的消耗速率相等時，反應(yīng)達到平衡2．聚乙烯醇生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量副產(chǎn)物乙酸甲酯，其催化醇解反應(yīng)可用于制備甲醇和乙酸己酯，該反應(yīng)的化學方程式為CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)，已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆為正、逆反應(yīng)速率，k正、k逆為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，x為各組分的物質(zhì)的量分數(shù)。已知平衡常數(shù)Kx為各生成物的物質(zhì)的量分數(shù)冪之積與各反應(yīng)物的物質(zhì)的量分數(shù)冪之積的比，則平衡常數(shù)Kx為()A．eq\f(k正,k逆)B．eq\f(k逆,k正)C．k正D．k逆3．一定溫度下，向一容積為5L的恒容密閉容器中充入0.4molSO2和0.2molO2，發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196kJ·mol－1。當反應(yīng)達到平衡時，容器內(nèi)壓強變?yōu)槠鹗紩r的eq\f(7,10)，下列說法錯誤的是()A．當容器內(nèi)氣體的壓強不變時說明該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)B．SO2的轉(zhuǎn)化率為90%