人教版高中化学选修4导学案23化学平衡 化学平衡常数含答案.docx

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人教版高中化学选修4导学案23化学平衡化学平衡常数含答案

第3课时　化学平衡常数

　1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。

　2.应用化学平衡常数判断可逆反应进行的程度、方向以及反应的热效应。

　3.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

　化学平衡常数

1．含义

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，简称平衡常数，用符号K表示。

2．表达式

对于一般的可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），平衡常数的表达式为K＝

。

3．意义与影响因素

（1）K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之，就转化得越不完全，转化率就越小。

（2）K只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。

（　　）

（2）对于一个可逆反应，平衡正向移动时，平衡常数一定增大。

（　　）

（3）升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应。

（　　）

（4）K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大。

（　　）

（5）平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）√

2．对于3Fe（s）＋4H2O（g）Fe3O4（s）＋4H2（g），反应的化学平衡常数的表达式为（　　）

A．K＝

B．K＝

C．K＝

D．K＝

解析：

选D。

平衡常数表达式中只表示出气体或溶液中溶质的浓度，而固体或纯液体不表示出来。

化学平衡常数的应用

1．判断反应进行的程度

K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向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．判断反应的热效应

若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；

若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。

3．判断平衡移动方向

利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用浓度商Q＝

表示，则：

当Q＝K时，反应处于平衡状态，v正＝v逆；

当Q＜K时，反应向正反应方向进行，v正＞v逆；

当Q＞K时，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆。

4．计算转化率

依据起始浓度（或平衡浓度）和平衡常数可以计算平衡浓度（或起始浓度），从而计算反应物的转化率。

（1）平衡常数表达式中的各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度，以其化学计量数为幂。

同一化学反应，由于化学方程式书写不同，平衡常数的表达式不同。

（2）反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数而不代入公式。

（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

①若反应方向改变，则平衡常数改变。

②若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。

例如：

N2＋3H22NH3，K＝a，则：

2NH3N2＋3H2，K′＝

，

N2＋

H2NH3，K″＝a

。

　在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示：

T/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

请回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝____________________________________。

（2）该反应为____（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为____℃。

此温度下加入1molCO2（g）和1molH2（g），充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为____。

（4）在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c（CO2）为2mol/L，c（H2）为1.5mol/L，c（CO）为1mol/L，c（H2O）为3mol/L，则正、逆反应速率的比较为v正____（填“＞”“＜”或“＝”）v逆。

[解析]　

（1）K＝

。

（2）温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。

（3）由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃。

设反应了的CO2为xmol，则消耗掉的H2为xmol，生成的CO和H2O均是xmol（体积为VL），K＝

＝1，整理得x＝0.5，则CO2的转化率为50%。

（4）Q＝

＝

＝1＞K＝0.9，所以v正＜v逆。

[答案]　

（1）

（2）吸热　（3）830　50%（4）＜

对于上述例题中的反应：

（1）830℃时，容器中的反应已达到平衡。

在其他条件不变的情况下，若增大CO的浓度，平衡是否移动？

平衡常数是否变化？

（2）上述例题中最后一问若CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol/L、2mol/L、3mol/L、3mol/L，则反应向什么方向进行？

说明理由。

答案：

（1）平衡向逆反应方向移动；平衡常数不变。

（2）Q＝

＝

＝2.25>0.9，故反应向逆反应方向进行。

（1）化学平衡常数K与Q的表达式相同，但各物质的浓度不同，K中各物质的浓度必须是平衡浓度，而Q中是任意时刻的浓度。

（2）化学平衡常数不表示反应的快慢，即K值大，化学反应速率不一定大。

（3）稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，水的浓度不必写入平衡常数表达式中。

　化学平衡常数的概念

1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法，正确的是（　　）

A．与该反应的压强有关

B．与反应的温度有关，还与反应本身有关

C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响

D．只与化学反应本身有关，与其他条件无关

解析：

选B。

K与温度有关，也与化学方程式的书写有关，但与起始浓度无关。

2．已知下列反应的平衡常数：

①H2（g）＋S（s）H2S（g），K1；②S（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×K2D.

解析：

选D。

K1＝

，K2＝

，所求反应的平衡常数K3＝

＝

×

＝K1×

＝

。

　化学平衡常数的应用

3．根据化学平衡常数K的数值大小可以判断化学反应进行的程度，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：

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

以下说法正确的是（　　）

A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c（N2）·c（O2）

B．常温下，2H2O（g）2H2（g）＋O2（g），此时平衡常数的数值约为5×10－82

C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向由大到小的顺序为H2O>NO>CO2

D．以上说法都不正确

解析：

选B。

A项，平衡常数表达式应为K＝

，错误；B项，化学方程式方向相反，化学平衡常数互为倒数，正确；C项，根据平衡常数大小可以判断反应进行的程度，可知放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2，错误。

4．850℃时，可逆反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0，K＝1。

（1）若升高温度到950℃达到平衡，K____（填“大于”“小于”或“等于”）1。

（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：

①当x＝5.0时，上述反应向____（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。

②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：

（1）K与温度有关，当升高温度时，可逆反应平衡向吸热反应方向移动，显然K值减小，即K<1。

（2）①Q＝

＝

＝

>K＝1，说明v逆>v正，反应向逆反应方向进行。

②由题意得Q＝

答案：

（1）小于　

（2）①逆反应　②x<3.0

　平衡转化率及其计算

1．分析三个量

起始量、变化量、平衡量。

2．明确三个关系

（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．计算方法——三段式法

（1）模式

　　　　　aA（g）＋　bB（g）　cC（g）＋dD（g）

　　n1　　　n2　　　　0　　　0

n1x

n1x

n1x

n1x

n1（1－x）n2－

n1x

n1x

n1x

（2）解题思路

（3）基本计算关系

①各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

②反应物的转化率＝

×100%＝

×100%。

③生成物的产率＝

×100%。

④平衡时各气体组分的体积分数＝该气体组分的物质的量分数＝

×100%。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大。

　（　　）

（2）在化工生产中，可以增大廉价原料的用量来提高成本较高原料的转化率。

（　　）

（3）采取措施使平衡正向移动，气体生成物的体积分数一定增大。

（　　）

（4）在N2O42NO2的平衡体系中，恒温恒容条件下，再通入N2O4，N2O4的转化率增大。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×

2．将等物质的量的CH4和H2O（g）充入1L恒容密闭反应器，发生反应：

CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）。

某温度下反应达到平衡，平衡常数K＝27，此时测得CO的物质的量为0.10mol，则CH4的平衡转化率为____（计算结果保留两位有效数字）。

解析：

　　　　CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）

起始（mol/L）:

n　　　n　　　　0　　　0

转化（mol/L）:

0.1　　0.1　　　0.1　　0.3

平衡（mol/L）:

n－0.1　n－0.1　0.1　　0.3

K＝

＝27，解得：

n＝0.11，CH4的转化率＝

×100%≈91%。

答案：

91%

关于平衡转化率的变化规律

反应物的转化率＝

×100%，平衡移动会使Δc发生变化，故转化率的大小与平衡向右进行的程度和初始用量均有关系，恒容条件下，其变化规律按照反应类型有以下两种情况。

（1）aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）类型（反应物有两种或两种以上），若在平衡后再增加A物质，则A的转化率减小，B的转化率增大。

（2）aA（g）bB（g）＋cC（g）类型（反应物只有一种），在平衡后再增加A物质，恒容时应看作增大压强处理，则有如下情况：

①a>b＋c，α（A）增大

②a＝b＋c，α（A）不变

③a

若反应物的起始量之比等于化学方程式的化学计量数之比，则各反应物的转化率必相等。

　已知某可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）。

反应过程中，当其他条件不变时，C的体积分数与温度（T）和压强（p）的关系如图。

下列叙述正确的是