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平衡常数.docx

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平衡常数

化学平衡常数

1．概念：

在一定温度下，当反应达到平衡状态时，浓度幂之积与浓度幂之积的比值是一个常数，固体和纯液体的浓度视为数，不计入平衡常数表达式，化学平衡常数是指某一反应的平衡常数，用符号表示，只受影响，与反应物或生成物的浓度等其他因素无关。

2．表达式：

对于反应mA（g）＋nB（g）=pC（g）＋qD（g），K＝。

练习：

书写下列化学平衡的平衡常数表达式。

（1）Cl2＋H2O=HCl＋HClO

（2）C（s）＋H2O（g）=CO（g）＋H2（g）

（3）CH3COOH＋C2H5OH=CH3COOC2H5＋H2O

（4）CO

＋H2O=HCO

＋OH－

（5）CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）

练习：

一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系

①N2（g）＋3H2（g）=2NH3（g）　K1

②

N2（g）＋

H2（g）=NH3（g）　K2

③2NH3（g）=N2（g）＋3H2（g）　K3

（1）K1和K2，K1＝

（2）K1和K3，K1＝。

练习：

研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2（g）＋NaCl（s）=NaNO3（s）＋ClNO（g）　K1

2NO（g）＋Cl2（g）=2ClNO（g）　K2

则4NO2（g）＋2NaCl（s）=2NaNO3（s）＋2NO（g）＋Cl2（g）的平衡常数K＝（用K1、K2表示）。

练习：

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度（　　）

（2）催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数（　　）

（3）平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动（　　）

（4）化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化（　　）

（5）平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度（　　）

（6）化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热（　　）

练习：

抽烟对人体有害。

烟草不完全燃烧产生的一氧化碳被吸进肺里跟血液中的血红蛋白（用Hb•O2表示）化合，发生下述反应：

CO+Hb•O2

O2+Hb•CO实验表明，Hb•CO的浓度即使只有Hb•O2浓度的2%，也足以使人的智力受损。

试回答：

（1）上述反应的平衡常数表达式为：

K=。

（2）抽烟后，吸入肺部的空气中测得的CO和O2的浓度分别为10-6摩/升和10-2摩/升。

已知37℃时，平衡常数K=220，这时Hb•CO的浓度（填大于、等于或小于）Hb•O2浓度的0.02倍。

（1）计算

①一个模式——“三段式”

如mA（g）＋nB（g）=pC（g）＋qD（g），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－1）ab00

c转/（mol·L－1）

c平/（mol·L－1）

K＝

②三个量的关系

Ⅰ三个量：

起始量、变化量、平衡量。

Ⅱ关系ⅰ对于同一反应物，起始量－＝平衡量。

ⅱ对于同一生成物，起始量＋＝平衡量。

③四个公式

Ⅰ反应物的＝

×100%＝

×100%。

Ⅱ生成物的产率：

产率＝

×100%。

Ⅲ百分含量＝

×100%。

Ⅳ体积分数＝

。

练习：

反应SO2（g）+NO2（g）

SO3（g）+NO（g）,若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2（g）和NO2（g）注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2（g）的转化率为60%，试求：

在该温度下。

（1）此反应的浓度平衡常数。

（2）若SO2（g）的初始浓度增大到3mol/L,则它们的转化率变为多少？

练习：

在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

其化学平衡常数K与温度t的关系如下：

CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）,其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：

请回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数K=。

（2）该反应为反应。

（填“吸热”或“放热”）

（3）800℃，固定容积的密闭容器中，放入混合物，其始浓度为c（CO）=0.01mol/L,c（H2O）=0.03mol/L,c（CO2）=0.01mol/L,c（H2）=0.05mol/L,则反应开始时,H2O的消耗速率比生成

速率（填＂大＂＂小＂或＂不能确定＂）

（4）830℃,在1L的固定容器的密闭容器中放入2molCO2和1molH2,平衡后CO2的转化率为,H2的转化率为.

⑵意义

①判断反应进行的程度。

K值越大，反应物的转化率，正反应进行的程度。

②判断反应是否达到或向何方向进行。

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

Qc＝

。

Q＜K，反应向反应方向进行；

Q＝K，反应处于状态；

Q＞K，反应向反应方向进行。

练习：

A、B、C、D为四种易溶物质，它们在稀溶液中建立如下平衡：

A+2B+H2O

C+D。

当加水稀释时，平衡向（填“正”或“逆”）反应方向移动，理由是

练习：

在密闭容器中进行的如下反应：

2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）。

SO2的起始浓度是0.4mol/l,O2的起始浓度是1mol/l,当SO2的转化率为80%时,反应达到平衡状态.

（1）求反应的平衡常数

（2）若将平衡时反应混合物的压强增大1倍,平衡将如何移动?

（3）若将平衡时反应混合物的压强减少1倍,平衡将如何移动?

（4）平衡时保持体积不变,向平衡混合气体中充入稀有气体Ar,使体系总压变为原来的3倍,平衡又将如何移动?

③判断反应的热效应：

若升高温度，K值增大，则正反应为热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为热反应。

练习：

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

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

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，各物质的平衡浓度符合下式：

3c（CO2）·c（H2）＝5c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为℃。

（4）若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K（填“大于”“小于”或“等于”）1.0。

（5）830℃时，容器中的化学反应已达到平衡。

在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。

平衡（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）移动。

④解释浓度改变对化学平衡的影响。

练习：

在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）⊿H＜0

（1）写出该反应的化学平衡常数表达式K＝

（2）降低温度，该反应K值，

二氧化硫转化率，化学反应速率（以上均填增大、减小或不变）

（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，

反应处于平衡状态的时间是。

（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是（用文字表达）；10min到15min的曲线变化的原因可能是（填写编号）。

A加了催化剂B.缩小容器体积C.降低温度D.增加SO3的物质的量

练习：

在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g），测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。

请按要求回答下列问题：

（1）该反应正反应为（填“吸”或“放”）热反应，温度为T5℃时，该反应耗时40s达到平衡，则T5℃时，该反应的平衡常数数值为。

（2）如果该反应的平衡常数K值变大，该反应（选填字母）。

a．一定向逆反应方向移动

b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小

c．一定向正反应方向移动

d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

（3）请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：

。

（4）保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量，CaO的质量，CO2的浓度（填“增大”，“减小”或“不变”）。

（5）在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5molN2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为g。

练习：

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物质的量为10mol，平衡后CO物质的量为8mol。

下列说法正确的是（　　）

A．升高温度，H2S浓度增加，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%

练习：

已知可逆反应：

M（g）＋N（g）=P（g）＋Q（g）　ΔH>0，请回答下列问题：

（1）在某温度下，反应物的起始浓度分别为c（M）＝1mol·L－1，c（N）＝2.4mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为。

（2）若反应温度升高，M的转化率（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（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，a＝。

（4）若反应温度不变，反应物的起始浓度为c（M）＝c（N）＝bmol·L－1，达到平衡后，M的转化率为。

题组二　速率常数与平衡常数的关系

练习：

（2016·海南，16）顺1,2二甲基环丙烷和反1,2二甲基环丙烷可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为v（正）＝k（正）c（顺）和v（逆）＝k（逆）c（反），k（正）和k（逆）在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。

回答下列问题：

（1）已知：

t1温度下，k（正）＝0.006s－1，k（逆）＝0.002s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝；该反应的活化能Ea（正）小于Ea（逆），则ΔH（填“小于”、“等于”或“大于”）0。

（2）t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是（填曲线编号），平衡常数值K2＝；温度t1t2（填“小于”、“等于”或“大于”），判断理由是。

练习：

无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。

N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4（g）2NO2（g）　ΔH＝＋24.4kJ·mol－1。

上述反应中，正反应速率v正＝k正·p（N2O4），逆反应速率v逆＝k逆·p2（NO2），其中k正、k逆为速率常数，则Kp为（以k正、k逆表示）。

若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解（温度298K、压强100kPa），已知该条件下k正＝4.8×104s－1，当N2O4分解10%时，v正＝kPa·s－1。

题组三　压强平衡常数的相关计算

练习：

汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。

研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持。

请回答下列问题：

活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO，在1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：

活性炭/mol

NO/mol

A/mol

B/mol

p/MPa

200℃

2.000

0.0400

0.0300

3.93

335℃

2.005

0.0500

0.0250

根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：

，

判断p（用“＞”、“＜”或“＝”填空）3.93Pa。

计算反应体系在200℃时的平衡常数Kp＝（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数）。

化学反应进行的方向

1．自发过程

（1）含义：

在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。

（2）特点

①体系趋向于从状态转变为状态（体系对外部做功或释放热量）。

②在密闭条件下，体系有从转变为的倾向性（无序体系更加稳定）。

2．自发反应：

在一定条件下就能自发进行的反应称为自发反应。

3．判断化学反应方向的依据

（1）焓变与反应方向

研究表明，对于化学反应而言，绝大多数都能自发进行，且反应放出的热量，体系能量得也，反应越。

可见，是制约化学反应能否自发进行的因素之一。

（2）熵变与反应方向

①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的。

大多数自发反应有趋向于体系混乱度的倾向。

②熵和熵变的含义

a．熵的含义：

熵是衡量一个体系的物理量。

用符号S表示。

同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S（g）S（l）S（s）。

b．熵变的含义：

熵变是反应前后体系，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应。

（3）综合判断反应方向的依据

①ΔH－TΔS<0，反应能。

②ΔH－TΔS＝0，反应。

③ΔH－TΔS>0，反应。

能力提高

1．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

（1）利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：

TaS2（s）＋2I2（g）TaI4（g）＋S2（g）　ΔH＞0（Ⅰ）

如下图所示，反应（Ⅰ）在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2（g），一段时间后，

在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1T2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

上述反应体系中循环使用的物质是。

（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。

CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。

该反应ΔH0（填“＞”或“＜”）。

实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是

。

2．如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2是当前科学家研究的重要课题。

（1）科学家用H2和CO2生产甲醇燃料。

为探究该反应原理，进行如下实验：

某温度下，在容积为2L的密闭容器中充入1molCO2和3.25molH2，在一定条件下反应，测得CO2、CH3OH（g）和H2O（g）的物质的量（n）随时间的变化关系如图所示。

①从反应开始到3min时，氢气的平均反应速率v（H2）＝。

②下列措施中一定能使CO2的转化率增大的是。

A．在原容器中再充入1molCO2

B．在原容器中再充入1molH2

C．在原容器中充入1molHe

D．使用更有效的催化剂

E．缩小容器的容积

F．将水蒸气从体系中分离出

（2）科学家还利用氢气在一定条件下与二氧化碳反应生成乙醇燃料，其热化学反应方程式为2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）　ΔH＝akJ·mol－1，在一定压强下，测得该反应的实验数据如表所示。

请根据表中数据回答下列问题。

温度（K）　

CO2　转化率（%）

n（H2）/n（CO2）

500

600

700

800

1.5

①上述反应的a0（填“大于”或“小于”）。

②恒温下，向反应体系中加入固体催化剂，则反应产生的热量（填“增大”、“减小”或“不变”）。

③增大

的值，则生成乙醇的物质的量（填“增大”、“减小”、“不变”或“不能确定”）。

题组二　化工生产中蕴含化学原理的分析

3．合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，一种工业合成氨的简易流程图如下：

（1）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。

一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：

。

（2）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：

①CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）

ΔH＝＋206.4kJ·mol－1

②CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

ΔH＝－41.2kJ·mol－1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是（填字母）。

a．升高温度b．增大水蒸气浓度

c．加入催化剂d．降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。

若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为。

（3）图1表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。

根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：

。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。

（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）。

简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：

。

高考题

1．[2016·全国卷Ⅰ，27

（2）]元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr3＋（蓝紫色）、Cr（OH）

（绿色）、Cr2O

（橙红色）、CrO

（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

（2）CrO

和Cr2O

在溶液中可相互转化。

室温下，初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O

）随c（H＋）的变化如图所示。

①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：

。

②由图可知，溶液酸性增大，CrO

的平衡转化率（填“增大”“减小”或“不变”）。

根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为。

③升高温度，溶液中CrO

的平衡转化率减小，则该反应的ΔH0（填“大于”“小于”或“等于”）。

2．[2016·全国卷Ⅲ，27

（2）（3）]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：

（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323K，NaClO2溶液浓度为5×10－3mol·L－1。

反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。

离子

Cl－

mol·L－1

8.35×10－4

6.87×10－6

1.5×10－4

1.2×10－5

3.4×10－3

①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式：

。

增加压强，NO的转化率（填“提高”、“不变”或“降低”）。

②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐（填“增大”、“不变”或“减小”）。

③由实验结果可知，脱硫反应速率脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。

原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是

。

（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。

①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均（填“增大”、“不变”或“减小”）。

②反应ClO

＋2SO

2SO

＋Cl－的平衡常数K表达式为。

3．[2015·全国卷Ⅰ，28（4）]Bodensteins研究了下列反应：

2HI（g）H2（g）＋I2（g）

在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：

t/min

120

x（HI）

0.91

0.85

0.815

0.795

0.784

x（HI）

0.60

0.73

0.773

0.780

0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为。

②上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为（以K和k正表示）。

若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝min－1。

③由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。

当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为（填字母）。

课后作业

1．（2016·邢台期末）只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是（　　）

A．K值不变，平衡可能移动

B．平衡向右移动时，K值不一定变化

C．K值有变化，平衡一定移动

D．相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值也增大两倍

2．（2016·大连重点中学联考）一定温度下，在一个容积为1L的密闭容器中，充入1molH2（g）和1molI2（g），发生反应H2（g）＋I2（g）2HI（g），经充分反应达到平衡后，生成的HI（g）占气体体积的50%，该温度下，在另一个容积为2L的密闭容器中充入1molHI（g）发生反应HI（g）

H2（g）＋

I2（g），则下列判断正确的是（　　）

A．后一反应的平衡常数为1

B．后一反应的平衡常数为0.5

C．后一反应达到平衡时，H2的平衡浓度为0.25mol·L－1

D．后一反应达到平衡时，HI（g）的平衡浓度0.5mol·L－1

3．（2016·北京朝阳区高三统考）活性炭可处理大气污染物NO，反应原理：

C（s）＋2NO（g）N2（g）＋CO2（g）。

T℃时，在2L密闭容器中加入0.100molNO和2.030mol活性炭（无杂质），平衡时活性炭物质的量是2.000mol。

下列说法不合理的是（　　）

A．该温度下的平衡常数：

K＝

B．达到平衡时，NO的转化率是60%

C．3min末达到平衡，则v（NO）＝0.01mol·L－1·min－1

D．升高温度有利于活性炭处理更多的污染物NO

4．（2015·天津理综，6）某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molX（g）和2molY（g）发生反应：

X（g）＋mY（g）3Z（g）平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。

在此平衡体系中加入1molZ（g），再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。

下列叙述不正确的是（　　）

A．m＝2

B．两次平衡的平衡常数相同

C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4mol·L－1

5．（2015·四川理综，7）一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应

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