高届高级高中化学第一轮复习配套学案第七章第24讲.docx

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高届高级高中化学第一轮复习配套学案第七章第24讲

第24讲　化学平衡常数及转化率的计算

考纲要求　1.了解化学平衡常数（K）的含义。

2.能利用化学平衡常数进行相关计算。

3.能正确计算化学反应的转化率（α）。

1.概念

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＝（固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中）。

（2）平衡常数与方程式的关系

①在相同温度下,对于给定的可逆反应,正逆反应的平衡常数互为倒数,即K正＝。

②方程式乘以某个系数x,则平衡常数变为原来的x次方。

③两方程式相加得总方程式,则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积,即K总＝K1·K2。

理解应用

（1）在某温度下,N2＋3H22NH3的平衡常数为K1,则该温度下,NH3N2＋H2的平衡常数K2＝__________。

答案　

（2）在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数：

反应①：

CO（g）＋CuO（s）CO2（g）＋Cu（s）　K1

反应②：

H2（g）＋CuO（s）Cu（s）＋H2O（g）　K2

反应③：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　K3

a.反应①的平衡常数表达式为____________。

b.反应③的K3与K1、K2的关系是K3＝________________________________________。

答案　a.K1＝　b.

【解析】　b.K3＝,K2＝,结合K1＝,可知K3＝。

3.意义及影响因素

（1）K值越大,反应物的转化率越大,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）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

4.应用

（1）判断可逆反应进行的程度。

（2）判断反应是否达到平衡或向何方向进行。

对于化学反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）的任意状态,浓度商：

Q＝。

Q＜K,反应向正反应方向进行；

Q＝K,反应处于平衡状态；

Q＞K,反应向逆反应方向进行。

（3）判断可逆反应的热效应

（1）平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度（×）

（2）增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大（×）

（3）平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度（√）

（4）对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大（×）

（5）平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动（√）

（6）反应A（g）＋3B（g）2C（g）达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数增大（×）

题组一　平衡常数及影响因素

1.对于反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）　ΔH>0,下列有关说法正确的是（　　）

A.平衡常数表达式为K＝

B.恒温条件下压缩容器的体积,平衡不移动,平衡常数K不发生变化

C.升高体系温度,平衡常数K减小

D.恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数K不发生变化

答案　D

【解析】　固态浓度为“常数”,视为“1”,不需写入平衡常数表达式,A项错误；增大压强平衡逆向移动,B项错误；升温该反应正向进行,K增大,C项错误；恒压条件下,通入氦气平衡向气体体积增大的方向移动,即平衡正向移动,K只与温度有关,温度不变,K不发生变化,D项正确。

2.（2020·西安市铁一中学质检）O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。

O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。

常温常压下发生的反应如下：

反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；

反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；

总反应：

2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。

下列叙述正确的是（　　）

A.降低温度,总反应K减小

B.K＝K1＋K2

C.适当升温,可提高消毒效率

D.压强增大,K2减小

答案　C

【解析】　降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2,B项错误；升高温度,反应①平衡向右移动,c（[O]）增大,可提高消毒效率,C项正确；对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。

题组二　平衡常数的应用

3.（2019·云南大理州统测）某温度下气体反应达到化学平衡状态,平衡常数K＝,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增大。

下列说法中正确的是（　　）

A.增大c（A）、c（B）,K增大

B.降低温度,正反应速率增大

C.该反应的焓变为负值

D.该反应的化学方程式为2E（g）＋F（g）A（g）＋2B（g）

答案　D

【解析】　平衡常数K只随温度变化,不随浓度变化,A不正确；降低温度,正、逆反应速率均减小,B不正确；降温,F的浓度增大,表明平衡逆向移动,正反应是吸热反应,则焓变为正值,C不正确；根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物,E、F为反应物,且对应指数为其化学方程式前的计量数,D正确。

4.（2019·宁夏高三调研）在恒容密闭容器中,由CO合成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）,在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响,实验结果如图所示,下列说法正确的是（　　）

A.平衡常数K＝

B.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小

C.CO合成甲醇的反应为吸热反应

D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时增大

答案　D

【解析】　A项,因该反应中氢气前的系数为2,则该反应的平衡常数的表达式为K＝,错误；B项,由图像可知,反应从T2到T1时,甲醇的物质的量增大,根据平衡常数和计算式可知T1时的平衡常数比T2时的大,错误；C项,由图像可知在T2温度下反应先达到平衡,反应速率较T1快,则有T2＞T1,从图像的纵坐标分析可得温度降低,平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,错误；D项,处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中,平衡向逆反应方向移动,则c（H2）增大,而c（CH3OH）减小,达到平衡时应该增大,正确。

5.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。

工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。

已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应

平衡

常数

温度/℃

500

800

①2H2（g）＋CO（g）CH3OH（g）

K1

2.5

0.15

②H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）

K2

1.0

2.50

③3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

K3

（1）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3＝________（用K1、K2表示）。

（2）反应③的ΔH________（填“>”或“＜”）0。

（3）500℃时测得反应③在某时刻H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的浓度（mol·L－1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正____________（填“＞”“＝”或“＜”）v逆。

答案　

（1）K1·K2　

（2）＜　（3）＞

【解析】　

（1）K1＝,

K2＝,

K3＝,

K3＝K1·K2。

（2）根据K3＝K1·K2,500℃、800℃时,反应③的平衡常数分别为2.5、0.375；升温,K减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以ΔH＜0。

（3）500℃时,K3＝2.5

Q＝＝≈0.88＜K3

故反应正向进行,v正＞v逆。

1.一个模式——“三段式”

如mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）,令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。

　　　　　　mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

c始/mol·L－1ab00

c转/mol·L－1mxnxpxqx

c平/mol·L－1a－mxb－nxpxqx

K＝。

2.明确三个量的关系

（1）三个量：

即起始量、变化量、平衡量。

（2）关系

①对于同一反应物,起始量－变化量＝平衡量。

②对于同一生成物,起始量＋变化量＝平衡量。

③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。

3.掌握四个公式

（1）恒容条件下反应物的转化率＝×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%。

理解应用

已知在密闭容器中发生可逆反应：

M（g）＋N（g）P（g）＋Q（g）　ΔH>0。

某温度下,反应物的起始浓度分别为：

c（M）＝1mol·L－1,c（N）＝2.4mol·L－1。

思考解答下列问题：

（1）若达到平衡后,M的转化率为60%,列出“三段式”,计算此时N的平衡浓度是多少？

（2）若反应温度升高,该反应的平衡常数、M的转化率如何变化？

________________________________________________________________________。

（3）若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为：

c（M）＝4mol·L－1,c（N）＝amol·L－1；达到平衡后,c（P）＝2mol·L－1,则M的转化率为________,N的起始浓度为________。

答案　

（1）　　　　　M（g）＋　N（g）　P（g）＋　Q（g）

初始浓度/mol·L－1　1　　2.4　　　0　　　0

转化浓度/mol·L－11×60%1×60%1×60%1×60%

平衡浓度/mol·L－1　0.4　1.8　　　0.6　　　0.6

由三段式得N的平衡浓度为1.8mol·L－1。

（2）由于该反应正向为吸热反应,温度升高,平衡右移,K值增大,M的转化率增大

（3）50%　6mol·L－1

【解析】　（3）　　　　　　M（g）　＋N（g）P（g）＋Q（g）

初始浓度/mol·L－1　　4　　　　a　　　0　　0

转化浓度/mol·L－1　　2　　　　2　　　2　　2

平衡浓度/mol·L－14－2　a－2　2　　2

M的转化率＝×100%＝50%

温度不变,平衡常数不变,K＝＝＝,

解得a＝6

即反应物N的起始浓度为6mol·L－1。

题组一　化学平衡常数与转化率相结合计算

1.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）　K＝0.1

反应前CO的物质的量为10mol,平衡后CO的物质的量为8mol。

下列说法正确的是（　　）

A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应

B.通入CO后,正反应速率逐渐增大

C.反应前H2S物质的量为7mol

D.CO的平衡转化率为80%

答案　C

【解析】　A项,升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应吸热,正反应放热,错误；B项,通入CO气体瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建立新的平衡,正反应速率逐渐减小,错误；C项,设反应前H2S的物质的量为nmol,容器的容积为VL,则

　CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g）　K＝0.1

n（始）/mol10n00

n（转）/mol2222

n（平）/m