高考化学一轮复习教学案第2讲 11页

第二讲 化学平衡常数解题策略 ‎ ‎ 化学平衡常数与化学平衡及其影响因素的关系是高考命题的趋势之一。化学平衡常数的引入，对判断化学平衡移动方向带来了科学的依据。平衡常数是表征反应限度的一个确定的定量关系，是反应限度的最根本的表现。平衡常数的使用，从定量的角度解决了平衡的移动。‎ 一、化学平衡常数 在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，无论反应混合物的起始浓度是多少，当反应达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组成成分的含量保持不变，即各物质的浓度保持不变。生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，这个常数叫化学平衡常数，用K表示。‎ 化学平衡常数的计算公式为：‎ 对于可逆反应：mA（g） ＋ nB（g）pC（g） ＋ qD（g）‎ 二、化学平衡常数意义 ‎1、化学平衡常数K表示可逆反应进行的程度。‎ ‎（1）化学平衡常数K只针对达到平衡状态的可逆反应适用，非平衡状态不适用。‎ ‎（2）化学平衡常数K的表达式与可逆反应的方程式书写形式有关。对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K正＝1/K逆。‎ ‎（3）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率或产率也越大。‎ ‎（4）K值不随浓度或压强的改变而改变，但随着温度的改变而改变。‎ ‎（5）一般情况下，对于正反应是吸热反应的可逆反应，升高温度，K值增大；而对于正反应为放热反应的可逆反应，升高温度，K值减少。‎ ‎2、由于固体浓度为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。 ‎ ‎3、由于水的物质的量浓度为一常数（55.6 mol·L－1），因平衡常数已归并，书写时不必写出。‎ 三、平衡常数与平衡移动的关系 ‎1、平衡常数是反应进行程度的标志 一般认为K ＞105反应较完全，K＜105反应很难进行。平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度，估计反应的可能性。因为平衡状态是反应进行的最大限度。如：‎ N2(g) + O2(g)2NO(g) K = 1×10 - 30(298K)‎ 这意味着298K时，N2和O2基本上没有进行反应，反之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡时NO实际上全部分解为N2和O2。‎ 另外还有两点必须指出：‎ ‎（1）平衡常数数值的大小，只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如：‎ ‎2SO2(g) + O2===2SO3(g) 298K时k很大，但由于速度太慢，常温时，几乎不发生反应。‎ ‎（2）平衡常数数值极小的反应，说明正反应在该条件下不可能进行，如:N2 + O22NO K = 10-30(298K)所以常温下用此反应固定氮气是不可能的。‎ ‎2、平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。 ‎ 一个化学反应是否达到平衡状态，它的标志就是各物质的浓度将不随时间改变，而且产物浓度系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比是一个常数。如:‎ 对任意一个可逆反应：mA+nB pC+qD,其平衡浓度的比值,总是符合下列关系 ‎ = Ｋ （是一个定值，称为化学平衡常数。） ‎ 若用Qc表示任意状态下，可逆反应中产物的浓度以其化学计量系数为指数的乘积与反应物的浓度以其化学计量系数为指数的乘积之比，则这个比值称为浓度商。将浓度商和平衡常数作比较可得可逆反应所处的状态。‎ 即 Qc = Kc 体系处于化学平衡 Qc＜Kc 反应正向进行 ‎ Qc＞Kc 反应逆向进行 可见只要知道一定温度下，某一反应的平衡常数，并且知道反应物及产物的浓度，就能判断该反应是平衡状态还是向某一方向进行。‎ ‎【考点再现】‎ 一、考查化学平衡常数表达式的书写 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，体系内所有反应物和生成物的浓度保持不变，所以生成物浓度幂（以其化学计量数为幂）之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数，叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。以反应：mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）为例，K =。‎ ‎1．由于固体或纯液体的浓度是一常数，如果有固体或纯液体参加或生成，则表达式中不能出现固体或纯液体；稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。例如：‎ ‎（1）CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g） K =c（CO2）‎ ‎（2）3Fe（s）+4H2O（g）Fe3O4（s）+4H2（g） K =/‎ ‎（3）Cr2O72－（l）+H2O（l）2CrO42－（l）+2H+（l） K =‎ ‎（4）CH3COOH（l）+HOCH2CH3（l）CH3COOCH2CH3（l）+H2O（l） ‎ K =‎ ‎2．表达式与化学计量数一一对应，方程式中化学计量数不同，表达式就不同；可逆反应中，正反应的表达式与逆反应的表达式互为倒数。例如：‎ ‎（1）N2（g）+3H2（g）2NH3（g） K1 =‎ ‎（2）2NH3（g） N2（g）+3H2（g） K 2=‎ ‎（3）1/2N2（g）+3/2H2（g）NH3（g） K 3=‎ 同一温度下，K1、K 2、K 3的数值都固定但相互之间不相等，显然，K1 =，K 3=。‎ 二、考查化学平衡常数的意义 ‎1．在一定条件下，某可逆反应的K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。‎ ‎2．当K>105或K<10－5时，该反应就基本进行完全，一般当成非可逆反应；而K在10－5～105之间的反应被认为是典型的可逆反应。‎ ‎3．K值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，但不能预示反应达到平衡所需要的时间。‎ 三、考查化学平衡常数的影响因素 ‎1．平衡常数K只受温度影响，既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关，也与压强的改变无关；由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率，故平衡常数不受催化剂影响。‎ ‎2．任何可逆反应，当温度保持不变，改变影响化学平衡的其它条件时，即使平衡发生移动，K值不变。‎ ‎3．其它条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向正（或逆）反应方向移动，K增大（或减小）；若正反应是放热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向逆（或正）反应方向移动，K减小（或增加）；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。‎ 四、考查化学平衡常数的简单计算 例1．已知在800K时，反应：CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g），若起始浓度c（CO）=2mol/L，c（H2O）=3mol/L，反应达到平衡时，CO转化成CO2的转化率为60%。若将H2O的起始浓度加大为6mol/L，试求CO转化为CO2的转化率。‎ 解析：本题考查平衡常数表达式、有关计算及应用。‎ 先由第一次平衡时CO的转化率可求平衡时各物质的浓度：c（CO）=0.8mol/L，c（H2O）‎ 例2、 现有反应：CO（气） ＋ H2O（气）CO2（气） ＋ H2（气）放热反应；在‎850℃‎时，K＝1。‎ ‎（1）若升高温度到‎950℃‎时，达到平衡时K__ ___l （填“大于”、“小于”、或“等于”）‎ ‎（2）‎850℃‎时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，则：当x＝5.0时，上述反应向___________________（填“正反应”或“‎ 逆反应”）方向进行。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________ __________。 ‎ 解析：化学平衡常数不随浓度或压强的改变而改变，只随温度的改变而改变。‎ ‎（1）对于CO（气） ＋ H2O（气）CO2（气） ＋ H2（气），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，根据平衡常数的计算公式可知，K变小，即小于1。‎ ‎（2）‎ 在一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，当x＝5.0时，则有：K＝5×1/3×1＞1，此时生成的浓度偏大，而在同一温度下平衡常数保持不变，则必然随着反应的进行，生成物的浓度降低，平衡逆向移动。 ‎ 若要使平衡正向移动，则有：K＝x×1/3×1＜1，即x＜3时，可使平衡正向移动。‎ 测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10－6mol·L－1和10－2mol·L－1，并已知‎37℃‎时上述反应的平衡常数K＝220，那么，此时Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的多少倍？‎ 解析：根据平衡常数的概念和计算公式：‎ 生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，可得：‎ 又因为：肺部的空气CO和O2的浓度分别为10－6mol·L－1和10－2mol·L－1，则：‎ 则有：＝2.2%‎ 答案：Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的0.022倍 例4. 在合成氨过程中，进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1：3，压强为160atm，从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数为25%。求： ‎ ‎（1）从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比是多少？‎ ‎ （2）从合成塔出来的气体的压强是多少？‎ 解析：同温同压下，任何气体的体积比等于物质的量之比，则根据平衡常数的计算公式：　　从合成塔出来的气体的压强是128atm。‎ 例5. 在一定温度下，将100mL氢气和氮气的混合气体充入密闭容器中进行反应，达到平衡时维持温度不变，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，平均分子量为15.5，则达到平衡时氮气的转化率为多少？‎ 解析：在同温同压下，反应前后的气体的总质量保持不变，则混合气体的密度与体积成反比。设混合气体中氮气的体积为a，则氢气的体积为：100－a，则有：‎ N2　　＋　3H2　 　2NH3‎ 起始（L）　　 a　　　100－a　　 　0‎ 转化（L）　　 x 3x 2x 平衡（L） a－x　 100－a－3x 2x 则有：ρ前/ρ后＝V前/V后；100/（100－2x）＝1.25，x＝10mL。‎ 又同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，则有： ‎ 混合气体的相对分子质量等于混合气体的总质量与混合气体的总物质的量之比，则有：混合气体的总质量＝‎28a＋2（100－a），‎ 则有：［‎28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得：‎ a＝40 mL 则：氮气的转化率为：10/40＝25%‎ 答案：氮气的转化率为25%‎ ‎【专题测试】‎ ‎1、在某温度下，可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）的平衡常数为K，下列说法正确的是（ ）‎ A. K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 B. K越小，达到平衡时，反应物的转化率增大 C. K随反应物浓度的改变而改变 D. K随温度的改变而改变 ‎2、在一密闭容器中，aA（g）bB（g）达平衡后温度保持不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来平衡时浓度的60%，则：（ ）‎ ‎ A. 平衡向正反应方向移动了 B. 物质A的转化率减少了 ‎ C. 物质B的质量分数增加了 D. a＞b ‎3、在373K时，把0.5molN2O4气体通入体积为‎5L的真空密闭容器中，立即出现棕色，反应进行到2s时，浓度为0.02mol/L，在60s时，体系已达到平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍，下列说法正确的是（ ）‎ A. 前2s，以N2O4的浓度变化表示的平均反应速度为0.01mol/（L·s）‎ B. 在2s时容器内压强为开始时压强的1.1倍 C. 在平衡体系内含N2O40.25mol D. 平衡时，如果压缩容器体积，则可提高N2O4的转化率 ‎4、在一密闭容器中，等物质的量的X和Y发生如下反应：X（g）+2Y（g） 2Z（g），反应达到平衡时，若混合气体中X和Y的物质的量之和与Z的物质的量相等，则X的转化率为（　　　）‎ A. 10%　　　　 B、50%　　　　 C、60%　　　　 D、70%‎ ‎5、在一密闭的容器中，将一定量的NH3加热使其发生分解反应：2NH3（g） N2（g）＋3H ‎2（g），当达到平衡时，测得25%的NH3分解，此时容器内的压强是原来的（ ）‎ A、1.125倍　　 B、1.25倍　　　C、1.375倍　　　 D、1.50倍 ‎6、在一定温度下，将1molCO和1mol水蒸气放入一固定容积的密闭容器中，发生反应CO（g）＋H2O （g） CO2（g）＋H2（g），达平衡状态后，得到CO20.6mol；再通入0.3mol水蒸气，达到新的平衡状态后，CO2的物质的量可能是（　　　）‎ A、0.9mol B、0.8mol C、0.7mol　　 D、0.6mol ‎7、将0.4molA气体和2molB气体在‎2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：‎2A（g）＋B（g） ‎2C（g），若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L－1，现有下列几种说法：①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·（L·s）－1‎ ‎②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·（L·s）－1‎ ‎③2s时物质A的转化率为70%‎ ‎④2s时物质B的浓度为0.7mol·L－1‎ 其中正确的是（　　　）‎ A、①③　　　 B、①④　　　　 C、②③　　　 D、③④‎ ‎8、在一定体积的密闭容器中放入‎3L气体R和‎5L气体Q，在一定条件下发生反应：‎ ‎2R（g）＋5Q（g） 4X（g）＋nY（g），反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是（　　　）‎ A、2　　　　　 B、‎3　‎　　　　 C、4　　　　　 D、5 ‎ ‎9、某容器中加入N2和H2，在一定条件下，N2＋3H22NH3，达到平衡时N2、H2、NH3的浓度分别是3mol/L、4mol/L、4mol/L，则反应开始时H2的浓度是 （　　　）‎ A、5mol/L　　　 B、10mol/L　　 C、8mol/L　　　 D、6.7mol/L ‎10、已知下列反应的平衡常数：H2（g）＋S（s）H2S（g）　K1‎ S（s）＋O2（g） SO2（g）　　K2‎ 则反应H2（g）＋SO2（g） O2（g）＋H2S（g）的平衡常数是　（　　　）‎ A、K1＋ K2　　　B、K1 －K‎2 C、K1 ×K2 D、K1／K2‎ ‎11、有可逆反应‎2A（g）＋2B（g） ‎2C（g）＋D（g）‎ ‎（1）该反应的化学平衡常数的表达式可表示为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（2）该反应选用了一种合适的催化剂，发现反应温度在100℃～‎400℃‎的范围内，每高‎10℃‎，反应速度为原来的3倍，在400℃～‎450℃‎时，每高‎10℃‎，反应速度却约为原来的10倍，而温度高于‎450℃‎ 时，反应速度却约为原来的3倍，若其它反应条件不变，试分析造成这种现象的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（3）若该反应在固定容积的密闭容器中进行，并保持温度不变。往容器里充入等物质的量的A、B两种气体物质，反应进行5min后，试推测容器内的压强可能发生的变化＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（填正确的字母编号）‎ A、增大　　　　　　　　　　B、减小　　　　　　　　C、不变 其理由是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（4）若该反应在恒温下进行并已达平衡，再维持温度不变，将压强由100kPa增大到500kPa平衡发生了移动，但却发现平衡向左移动，你是否怀疑勒夏特列原理对平衡系统的普遍适用性？＿＿＿＿＿＿＿＿；试写出你的分析理由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎12、平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在‎25℃‎时，下列反应式及其平衡常数：‎ ‎2NO（g） N2（g）＋O2（g） K1＝1×1030‎ ‎2H2（g） ＋O2（g） 2H2O（g） K2＝2×1081‎ ‎2CO2（g） 2CO（g）＋O2（g） K3＝4×10－92‎ ‎（1）常温下NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（2）常温下水分解产生O2，此时平衡常数值约为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（3）常温下NO、H2O、CO2三种化合物分解放出氧气的大小顺序为：‎ ‎＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＿。‎ ‎（4）随着轿车进入家庭，汽车尾气污染成为备受关注的环境问题，市政府要求全市对所有汽车尾气处理装置完成改装，以求基本去除氢氧化物、一氧化碳污染气体的排放。而改装后的尾气处理装置主要是加入了有效催化剂，请你根据以上有关数据分析，仅仅使用催化剂＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填能或否）促进污染气体间的反应，而去除污染气体。 ‎ ‎13、可逆反应CO＋H2OCO2＋H2在密闭容器中建立了平衡。当温度为749K时，Kc＝2.60，问：‎ ‎（1）当CO起始浓度为2mol/L，H2O起始浓度为2mol/L时，CO的转化率为多少？‎ ‎（2）当CO起始浓度仍为2mol/L，H2O的起始浓度为6mol/L时，CO的转化率为多少？‎ ‎14、在接触法制硫酸中，将SO2与空气按1：3的体积比混合（空气中氮气与氧气的体积比为4：1）后进入接触室，在一定条件下反应达到平衡后，气体总体积减少为原来的88%（体积均在相同情况下测定），试求：‎ ‎（1）反应达到平衡时SO2的转化率； ‎ ‎（2）若生成的SO3可在吸收塔中完全被吸收，则排出的尾气中SO2的体积百分含量。 ‎ ‎15、在673K，1.01×105Pa时，有1mol气体A发生如下反应：‎2A（g） xB（g）＋C（g）。在一定条件下已达到平衡。在平衡混合气体中，A占其体积百分比为58.84%。混合气体总质量为‎46g，密度为‎0.72g·L－1。求：‎ ‎（1）平衡混合气体的平均相对分子质量；‎ ‎（2）A的平衡转化率；‎ ‎（3）x值 ‎（4）相同条件下，反应前A的密度是平衡混合气体密度的几倍。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎13、61.7%，86.6%‎ ‎14、96%，1.56%‎ ‎15、（1）39.73　　　　（2）A的转化率为32%‎ ‎（2）x＝2　　　　　（4）反应前A的密度是平衡混合气体密度的1.16倍。‎ ‎ ‎