【备战2012】高考化学冲刺押题热点系列 专题08 化学平衡常数解题策略

备战备战 20122012 高考化学冲刺押题 高考热点 系列高考化学冲刺押题 高考热点 系列 专题专题 0808 化学平衡常数解题策略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 可逆反应达到化学平衡状态后 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 此时 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 化学上把这一种常数称为化学平衡常数 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 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 K c C pc D q c A mc B n 说明 说明 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 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 4 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 二 有关化学平衡的计算 可逆反应在一定条件下达到化学平衡 mA g nB g pC g qD g 起始 mol L a b 0 0 转化 mol L x n m x p m x q m x 平衡 mol L a x b n m x p m x q m x 平衡时 A 的转化率 x a 100 说明 说明 1 对于同一条件下 同一时间内的可逆反应 参加反应的各物质的物质的量之比与方 程式前面的系数成正比 由于可逆反应是在一定的容器中进行的 因此 反应所消耗 或 生成 的物质的物质的浓度之比也等于方程式前面的系数比 但平衡时的物质的量或浓度 与方程式前面的系数没有关系 2 化学平衡中的反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化值 而不是平衡 时的浓度 而平衡时的平衡常数 则是指可逆反应达到平衡时 生成物的物质的量浓度的 幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积的比值 两者计算要求不同 3 可逆反应中平衡浓度 起始浓度和变化浓度之间存在以下关系 起始物的物质的量 等于该物质变化的物质的量与平衡时的物质的量之和 若在一定体积的容器中 则起始浓 度等于平衡浓度与变化浓度之和 4 平衡转化率是指达到平衡时反应物消耗的物质的量与原有总物质的量之间的比值 当反应物的起始物质的量与方程式前面的系数成正比时 各物质的转化率也相同 否则不 一样 5 平衡时的产率是指实际得到的产物的产值与理论值之间的比值 理论值是指某种反 应物完全消耗时所能得到的产物的最大值 6 由于可逆反应一段时间后达到平衡状态 因此 可逆反应不能进行完全 产物的产 值应该在 0 理论值之间 不可能为 0 同样也不可能完全转化 例 1 CO 的中毒是由于 CO 与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白 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 也可造成人的智力损伤 抽烟后 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 解析 根据平衡常数的概念和计算公式 K c C pc D q c A mc B n 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 CO OH O COH cc cc K 2b 2b 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 220 10c 10c cc cc K 6 O H 2 COH CO OH O COH 2b b 2b 2b 则有 2 2 OH COH 2bb cc 答案 答案 Hb CO 的浓度是 Hb O2的浓度的 0 022 倍 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 3 在 850 时 若设 x 5 0 和 x 6 0 其它物质的投放量不变 当上述反应达到 平衡后 测得 H2的体积分数分别为 a b 则 a b 填 大于 小于或等于 解析 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 K c CO2 c H2 c CO c H2O 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 3 可逆反应在一定条件下达到化学平衡 当 x 5 0 时 CO 气 H2O 气 CO2 气 H2 气 起始 mol L 1 3 1 5 转化 mol L x x x x 平衡 mol L 1 x 3 x 1 x 5 x 则有 x2 1 x 3 x 1 解得 x 1 5 则氢气的体积分数为 a H2 5 x 10 40 同理可得 当 x 6 0 b 52 9 答案 答案 1 K 小于 1 2 当 x 5 0 时 平衡逆向移动 x 3 时 可使平衡正向移动 3 x 5 0 时 a 40 x 6 0 b 52 9 即 a b 例 3 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 答案 答案 从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为 1 3 从合成塔出来的气体的压强是 128atm 例 4 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 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 前 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 答案 氮气的转化率为 25 考点再现考点再现 一 考查化学平衡常数表达式的书写一 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 平衡平衡 平衡平衡 BcAc DcCc nm qp 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 2 4 Hc 2 4 OHc 3 Cr2O72 l H2O l 2CrO42 l 2H l K 2 72 22 4 2 OCrc HcCrOc 4 CH3COOH l HOCH2CH3 l CH3COOCH2CH3 l H2O l K 233 2323 OHCHCHcCOOHCHc OHcCHCOOCHCHc 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 3 2 3 2 HcNc NHc 2 2NH3 g N2 g 3H2 g K 2 3 2 2 3 2 NHc HcNc 3 1 2N2 g 3 2H2 g NH3 g K 3 22 3 2 3 2 1 HcNc NHc 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 2 1 K 3 1 K 二 考查化学平衡常数的意义二 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四 考查化学平衡常数的简单计算 例例 1 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 1 8mol L c CO2 1 2mol L c H2 1 2mol L 再由此求K值 K 1 0 8 18 0 2 12 1 假设第二次平衡时 CO 的转化浓度为 x 则 CO g H2O g CO2 g H2 g 起始浓度 mol L 2 6 0 0 转化浓度 mol L x x x x 平衡浓度 nol L 2 X 6 X X X 由于温度不变 平衡常数不变 则 1 0 解得 x 1 5mol L 6 2 2 xx x 故 CO 的转化率为 100 75 Lmol Lmol 2 5 1 例例 2 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 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 K c CO2 c H2 c CO c H2O 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 答案 答案 1 K 小于 1 2 当 x 5 0 时 平衡逆向移动 x 3 时 可使平衡正向移动 例 3 CO 的中毒是由于 CO 与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白 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 也可造成人的智力损伤 抽烟后 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 答案 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 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 有 N2 3H2 2NH3 起始 L 1 3 0 转化 L x 3x 2x 平衡 L 1 x 3 3x 2x 则有 2x 4 2x 25 x 0 4 则从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为 1 x 3 3x 1 3 在一定温度和体积固定的容器中 气体的压强比等于物质的量之比 则有 P前 P后 4 4 2x 160atm P后 4 3 2 P后 128atm 答案 答案 从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为 1 3 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 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 前 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 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 3H2 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 用物质 A 表示的反应的平均速率为 0 3mol L s 1 用物质 B 表示的反应的平均速率为 0 6mol L s 1 2s 时物质 A 的转化率为 70 2s 时物质 B 的浓度为 0 7mol L 1 其中正确的是 A B C D 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