化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算(第一課時(shí))課件

化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡[考綱要求]1.了解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的含義。2.能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算?？键c(diǎn)二有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算內(nèi)容索引考點(diǎn)一化學(xué)平衡常數(shù)的概念及應(yīng)用化學(xué)平衡常數(shù)的概念及應(yīng)用考點(diǎn)一知識(shí)梳理1.概念在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，生成物

與反應(yīng)物

的比值是一個(gè)常數(shù)，用符號(hào)

表示。2.表達(dá)式對(duì)于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，K＝

(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式中)。濃度冪之積濃度冪之積K3.意義及影響因素(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。(2)K只受

影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。溫度4.應(yīng)用(1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。(2)利用化學(xué)平衡常數(shù)，判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡或向何方向進(jìn)行。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋bB(g)

cC(g)＋dD(g)的任意狀態(tài)，濃度商：Q＝

。Q＜K，反應(yīng)向

反應(yīng)方向進(jìn)行；Q＝K，反應(yīng)處于

狀態(tài)；Q＞K，反應(yīng)向

反應(yīng)方向進(jìn)行。正平衡逆(3)利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)：若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為

熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為

熱反應(yīng)。放吸正誤判斷·

辨析易錯(cuò)易混(1)平衡常數(shù)表達(dá)式中，可以是物質(zhì)的任一濃度(

)(2)催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，也能改變平衡常數(shù)(

)(3)平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動(dòng)(

)(4)化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，平衡常數(shù)不一定發(fā)生變化(

)(5)平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都能體現(xiàn)可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度(

)(6)化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)的變化取決于該反應(yīng)的反應(yīng)熱(

)答案×××√√√書(shū)寫(xiě)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式。(1)Cl2＋H2O

HCl＋HClO答案深度思考·

提升思維能力(2)C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)(3)CH3COOH＋C2H5OH

CH3COOC2H5＋H2O答案(5)CaCO3(s)

CaO(s)＋CO2(g)答案K＝c(CO2)解題探究題組一化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)1.寫(xiě)出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：(1)4NO2(g)＋2NaCl(s)

2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)K＝________________。(2)人體中肌紅蛋白(Mb)與血紅蛋白(Hb)的主要功能為運(yùn)輸氧氣與二氧化碳，肌紅蛋白(Mb)可以與小分子X(jué)(如氧氣或一氧化碳)結(jié)合，反應(yīng)方程式為Mb(aq)＋X(g)

MbX(aq)，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝___________。答案2.甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：答案解析化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)溫度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)

CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)

H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)K3

(1)據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝_______(用K1、K2表示)。K1·K2K3＝K1·K2。(2)反應(yīng)③的ΔH____(填“>”或“＜”)0。答案解析解析根據(jù)K3＝K1·K2,500℃、800℃時(shí)，反應(yīng)③的平衡常數(shù)分別為2.5,0.375；升溫，K減小，平衡左移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以ΔH＜0。＜反思?xì)w納1.化學(xué)平衡常數(shù)與具體的化學(xué)反應(yīng)方程式有關(guān)，同一類型的化學(xué)方程式，化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，則K不同。2.在水溶液中進(jìn)行的可逆反應(yīng)，水可視為純液體，不要寫(xiě)入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中；固體也不能寫(xiě)入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中。題組二影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素3.O3是一種很好的消毒劑，具有高效、潔凈、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。O3可溶于水，在水中易分解，產(chǎn)生的[O]為游離氧原子，有很強(qiáng)的殺菌消毒能力。常溫常壓下發(fā)生的反應(yīng)如下：反應(yīng)①

O3

O2＋[O]

ΔH>0平衡常數(shù)為K1；反應(yīng)②

[O]＋O3

2O2

ΔH<0平衡常數(shù)為K2；總反應(yīng)：2O3

3O2

ΔH<0平衡常數(shù)為K。下列敘述正確的是A.降低溫度，總反應(yīng)K減小

B.K＝K1＋K2C.適當(dāng)升溫，可提高消毒效率

D.壓強(qiáng)增大，K2減小答案解析√解析降溫，總反應(yīng)平衡向右移動(dòng)，K增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度，反應(yīng)①平衡向右移動(dòng)，c([O])增大，可提高消毒效率，C項(xiàng)正確；對(duì)于給定的反應(yīng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.在一個(gè)體積為2L的真空密閉容器中加入0.5molCaCO3，發(fā)生反應(yīng)CaCO3(s)

CaO(s)＋CO2(g)，測(cè)得二氧化碳的物質(zhì)的量濃度隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示，圖中A表示CO2的平衡濃度與溫度的關(guān)系曲線，B表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間時(shí)CO2的物質(zhì)的量濃度的變化曲線。請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：答案解析(1)該反應(yīng)正反應(yīng)為_(kāi)___(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)；溫度為T(mén)5時(shí)，該反應(yīng)耗時(shí)40s達(dá)到平衡，則此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為_(kāi)____。吸0.20解析T5時(shí)，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(2)如果該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大，該反應(yīng)___(填編號(hào))。a.一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)b.在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小c.一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)d.在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大答案解析解析K值增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。bc(3)請(qǐng)說(shuō)明隨溫度的升高，曲線B向曲線A逼近的原因：_________________________________________________________。(4)保持溫度、體積不變，充入CO2氣體，則CaCO3的質(zhì)量_____，CaO的質(zhì)量_____，CO2的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。解析體積不變，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3質(zhì)量增大，CaO質(zhì)量減小，由于溫度不變，K不變，所以c(CO2)不變。隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間變短不變?cè)龃鬁p小答案解析注意濃度、壓強(qiáng)引起化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)時(shí)，平衡常數(shù)不變，只有溫度變化引起的化學(xué)平衡移動(dòng)，平衡常數(shù)才發(fā)生變化。5.(2017·山西八校聯(lián)考)將一定量的SO2(g)和O2(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，得到如下表中的兩組數(shù)據(jù)：答案解析實(shí)驗(yàn)編號(hào)溫度/℃平衡常數(shù)起始量/mol平衡量/mol達(dá)到平衡所需時(shí)間/minSO2O2SO2O21T1K142x0.862T2K2420.4yt下列說(shuō)法中不正確的是A.x＝2.4B.T1、T2的關(guān)系：T1＞T2C.K1、K2的關(guān)系：K2＞K1D.實(shí)驗(yàn)1在前6min的反應(yīng)速率v(SO2)＝0.2mol·L－1·min－1√解析

根據(jù)題中信息可列“三段式”：

2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)n(起始)/mol42n(轉(zhuǎn)化)/mol4－x

2－0.8n(平衡)/mol

x0.8(4－x)∶(2－0.8)＝2∶1解得：x＝1.6同理，解得y＝0.2，題組三化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用6.在體積為1L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)，化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：答案解析回答下列問(wèn)題：(1)升高溫度，化學(xué)平衡向_______(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。T/℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6正反應(yīng)解析由表格數(shù)據(jù)，可知隨著溫度升高，平衡常數(shù)增大，說(shuō)明化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；(2)若某溫度下，平衡濃度符合下列關(guān)系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此時(shí)的溫度為_(kāi)_______；在此溫度下，若該容器中含有1molCO2、1.2mol

H2、0.75molCO、1.5molH2O，則此時(shí)反應(yīng)所處的狀態(tài)為_(kāi)___________________(填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行中”“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行中”或“平衡狀態(tài)”)。答案解析向正反應(yīng)方向850℃進(jìn)行中練后反思1.溫度變化與化學(xué)平衡常數(shù)變化不一定對(duì)應(yīng)。若正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫，K增大，降溫，K減小；若正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則相反。2.Q與K的表達(dá)式相同，但代入的濃度不同。K的表達(dá)式中各物質(zhì)濃度為平衡濃度，而Q中為任意時(shí)刻物質(zhì)的濃度。有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算考點(diǎn)二1.一個(gè)模式——“三段式”如mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為a

mol·L－1、bmol·L－1，達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmol·L－1。

mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)c始/mol·L－1

a

b

0

0c轉(zhuǎn)/mol·L－1

mx

nx

px

qxc平/mol·L－1

a－mx

b－nx

px

qx知識(shí)梳理2.明確三個(gè)量的關(guān)系(1)三個(gè)量：即起始量、變化量、平衡量。(2)關(guān)系①對(duì)于同一反應(yīng)物，起始量－變化量＝平衡量。②對(duì)于同一生成物，起始量＋變化量＝平衡量。③各轉(zhuǎn)化量之比等于各反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。3.掌握四個(gè)公式(2)生成物的產(chǎn)率：實(shí)際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來(lái)講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：①NH4I(s)

NH3(g)＋HI(g)，②2HI(g)

H2(g)＋I(xiàn)2(g)。達(dá)到平衡時(shí)：c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，則此溫度下反應(yīng)①的平衡常數(shù)為_(kāi)___。答案深度思考·

提升思維能力20解析由平衡時(shí)H2的濃度，可求得反應(yīng)②分解消耗HI的濃度，c分解(HI)＝0.5mol·L－1×2＝1mol·L－1，故①式生成c(HI)＝c平衡(HI)＋c分解(HI)＝4mol·L－1＋1mol·L－1＝5mol·L－1，則c平衡(NH3)＝5mol·L－1，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝c平衡(NH3)·c平衡(HI)＝5×4＝20。解析練后反思這是一道比較經(jīng)典的“易錯(cuò)”題，極易錯(cuò)填成25。原因是將①式生成的c(HI)＝5mol·L－1代入公式中進(jìn)行求算，而未帶入平衡時(shí)HI的濃度(4mol·L－1)。計(jì)算平衡常數(shù)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照平衡常數(shù)的定義進(jìn)行求算，代入的一定是物質(zhì)的平衡濃度。解題探究題組一化學(xué)平衡常數(shù)的單純計(jì)算1.在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g)

2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。答案解析回答下列問(wèn)題：(1)反應(yīng)的ΔH_______(填“大于”或“小于”)0；100℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如右圖所示。反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為_(kāi)_____。大于0.36解析升溫，顏色變深，NO2增多，即平衡右移，所以正反應(yīng)吸熱，即ΔH＞0。由題中圖像可知平衡時(shí)NO2和N2O4的濃度，將數(shù)據(jù)代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算即可。(2)100℃時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T(mén)，c(N2O4)以0.0020mol·L－1·s－1的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡。①T____(填“大于”或“小于”)100℃，判斷理由是____________________________________________。答案解析大于向進(jìn)行，故溫度升高正反應(yīng)吸熱，反應(yīng)向吸熱方解析由題意可知，改變溫度使N2O4的濃度降低，即平衡正向移動(dòng)，則應(yīng)是升高溫度，T大于100℃；②列式計(jì)算溫度T時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K2_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案解析解析根據(jù)速率和時(shí)間，求出減少的N2O4的濃度為0.020mol·L－1，則平衡時(shí)N2O4的濃度為0.020mol·L－1，NO2的濃度為0.160mol·L－1，由平衡常數(shù)表達(dá)式可得K2的值。平衡時(shí)，c(NO2)＝0.0020mol·L－1·s－1×10s×2＋0.120mol·L－1＝0.160mol·L－1c(N2O4)＝0.040mol·L－1－0.0020mol·L－1·s－1×10s＝0.020mol·L－1

K2＝題組二化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率相結(jié)合計(jì)算2.羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲(chóng)、線蟲(chóng)和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達(dá)到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)

COS(g)＋H2(g)

K＝0.1反應(yīng)前CO的物質(zhì)的量為10mol，平衡后CO的物質(zhì)的量為8mol。下列說(shuō)法正確的是A.升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B.通入CO后，正反應(yīng)速率逐漸增大C.反應(yīng)前H2S物質(zhì)的量為7molD.CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80%答案解析√解析A項(xiàng)，升高溫度，H2S濃度增大，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，通入CO氣體瞬間正反應(yīng)速率增大，達(dá)到最大值，向正反應(yīng)方向建立新的平衡，正反應(yīng)速率逐漸減小，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，設(shè)反應(yīng)前H2S的物質(zhì)的量為nmol，容器的容積為1L，則CO(g)＋H2S(g)

COS(g)＋H2(g)

K＝0.1n(始)/mol

10

n00n(轉(zhuǎn))/mol2222n(平)/mol8n－222D項(xiàng)，根據(jù)上述計(jì)算可知CO的轉(zhuǎn)化率為20%，錯(cuò)誤。3.H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)：H2S(g)＋CO2(g)

COS(g)＋H2O(g)。在610K時(shí)，將0.10molCO2與0.40molH2S充入2.5L的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。①H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝____%，反應(yīng)平衡常數(shù)K＝_________。答案解析2.52.8×10－3解析設(shè)平衡時(shí)H2S轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x。

H2S(g)＋CO2(g)

COS(g)＋H2O(g)初始/mol0.400.1000轉(zhuǎn)化/molx

x

x

x平衡/mol0.40－x0.10－x

x

x解得：x＝0.01mol②在620K重復(fù)實(shí)驗(yàn)，平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03，H2S的轉(zhuǎn)化率α2___α1，該反應(yīng)的ΔH____(填“>”“<”或“＝”)0。答案解析>>解析溫度升高，水的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，平衡右移，則H2S的轉(zhuǎn)化率增大，故α2>α1。溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，故ΔH>0。③向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是____(填標(biāo)號(hào))A.H2S

B.CO2

C.COS D.N2解析A項(xiàng)，充入H2S，、H2S的轉(zhuǎn)化率反而減??；B項(xiàng)，充入CO2，增大了一種反應(yīng)物的濃度，能夠提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故H2S的轉(zhuǎn)化率增大；C項(xiàng)，充入COS，平衡左移，H2S的轉(zhuǎn)化率減?。籇項(xiàng)，充入N2，對(duì)平衡無(wú)影響，不改變H2S的轉(zhuǎn)化率。B答案解析題組三有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的另類計(jì)算4.順-1,2-二甲基環(huán)丙烷和反-1,2-二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化：該反應(yīng)的速率方程可表示為v(正)＝k(正)c(順)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定溫度時(shí)為常數(shù)，分別稱作正、逆反應(yīng)速率常數(shù)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)已知：t1溫度下，k(正)＝0.006s－1，k(逆)＝0.002s－1，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值K1＝___；該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，則ΔH______(填“小于”“等于”或“大于”)0。3小于答案解析解析根據(jù)v(正)＝k(正)c(順)，k(正)＝0.006s－1，則v(正)＝0.006c(順)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002s－1，則v(逆)＝0.002c(反)，化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等，則0.006c(順)＝0.002c(反)，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K1＝

該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，說(shuō)明斷鍵吸收的能