高中化学2.3化学平衡第3课时化学平衡常数导学案新人教版.docx

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()AKBKCKDK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QK时，反应处于平衡状态，v正v逆；当QK时，反应向正反应方向进行，v正v逆；当QK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。若反应方向改变，则平衡常数改变。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：N23H22NH3，Ka，则：2NH3N23H2，K，N2H2NH3，Ka。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/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6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1 mol CO2(g)和1 mol H2(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2 mol/L，c(H2)为1.5 mol/L，c(CO)为1 mol/L，c(H2O)为3 mol/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K1，查表可知温度为830 。设反应了的CO2为x mol，则消耗掉的H2为x mol，生成的CO和H2O均是x mol(体积为V L)，K1，整理得x0.5，则CO2的转化率为50%。(4)Q1K0.9，所以v正v逆。答案(1)(2)吸热(3)83050% (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 2 mol/L、2 mol/L、3 mol/L、3 mol/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)Q2.250.9，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：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()AK1K2BK1K2CK1K2 D.解析：选D。K1，K2，所求反应的平衡常数K3K1。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)K1110302H2(g)O2(g)2H2O(g)K2210812CO2(g)2CO(g)O2(g)K341092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K1c(N2)c(O2)B常温下，2H2O(g)2H2(g)O2(g)，此时平衡常数的数值约为51082C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H2ONOCO2D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NOH2OCO2，错误。4850 时，可逆反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0，K1。(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1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，则：当x5.0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：(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KK1，说明v逆v正，反应向逆反应方向进行。由题意得QK1，即x3.0。答案：(1)小于(2)逆反应xbc，(A)增大abc，(A)不变abc，(A)减小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()A正反应为吸热反应B降低温度，正反应速率增大Cabcd，错误；D项，增大压强，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，正确。答案D(1)若将图像中纵坐标改为A的转化率，则正反应是吸热反应还是放热反应？说明理由。(2)若将图像中纵坐标改为B的体积分数，则该反应的化学计量数又是何种关系？说明理由。答案：(1)放热反应。因为升高温度，反应物的转化率减小，即平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应。(2)abcd。温度一定，增大压强，B的体积分数增大，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，则气体反应物的化学计量数之和小于气体生成物的化学计量数之和，即ab2B若增大该体系的压强，平衡向左移动，化学平衡常数变小C若增大该体系的压强，平衡向右移动，化学平衡常数不变D反应的平衡常数表达式为K解析：选D。由题意假设平衡不移动，则c(A)0.20 molL1，而实际c(A)0.18 molL1，故减小压强，平衡向正反应方向移动，正反应为气体总体积增大的反应，x1，A错误；增大该体系的压强，平衡向左移动，C错误；压强对化学平衡常数不影响，化学平衡常数不变，B错误；反应的化学平衡常数表达式是K，D正确。9已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g)H0。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)1 molL1，c(N)2.4 molL1，达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_；该温度时的平衡常数K_。(2)若升高反应温度，则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)4 molL1，c(N)a molL1，达到平衡后，c(P)2 molL1，则a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。解析：(1)N的转化率为100%25%；平衡时c(M)0.4 molL1，c(N)1.8 molL1，c(P)c(Q)0.6 molL1，则该温度时的平衡常数K0.5。(2)升高温度，平衡正向移动，M的转化率增大。(3)达到平衡时，c(P)2 molL1，则c(Q)2 molL1，c(M)2 molL1，c(N)(a2) molL1，因此0.5，a6。(4)设M的转化率为，则平衡时c(M)c(N)b(1)molL1，c(P)c(Q)b molL1，故有0.5，41%。答案：(1)25%0.5(2)增大(3)6(4)41%10乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：2CO2(g)6H2(g)C2H5OH(g)3H2O(g)，298 K时，K12.951011。2CO(g)4H2(g)C2H5OH(g)H2O(g)，298 K时，K21.711022。(1)写出反应的平衡常数表达式：K_。(2)条件相同时，反应与反应相比，进行程度更大的是反应_。以CO2为原料合成乙醇的优点是_(写出一点即可)。(3)在一定压强下，测得反应的实验数据如下表：温度(K)转化率(%)n(H2)/n(CO2)5006007008001.545332012260432815383623722根据表中数据分析：温度升高，K值_(填“增大”“减小”或“不变”)；提高氢碳比，对生成乙醇_(填“不利”或“有利”)。解析：(1)K。(2)K2K1，故反应进行的程度大。由反应可知，由CO2合成乙醇使用的原料无毒，不会对环境造成污染；且K12.951011，反应进行的程度大，反应物的转化率高。(3)当相同时，升高温度反应物的转化率降低，说明平衡逆向移动，K值减小；当温度相同时，提高的值，反应物的转化率增大，故提高氢碳比对生成乙醇有利。答案：(1)(2)原料无毒，不会对环境造成污染(合理即可)(3)减小有利能力提升11将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)2HI(g)H2(g)I2(g)达到平衡时，c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为()A9B16C20 D25解析：选C。由c(H2)0.5 molL1，知反应分解的c(HI)1 molL1，由知c(NH3)c总(HI)1 molL14 molL15 molL1，则反应的化学平衡常数为K5420。12(2017北京朝阳高二检测)N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生以下反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H0。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：时间/s05001 0001 500c(N2O5)/molL15.003.522.502.50下列说法中不正确的是()A500 s内N2O5的分解速率为2.96103 molL1s1BT1温度下的平衡常数K1125，平衡时N2O5的转化率为50%CT1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1T2，则K15.00 molL1解析：选C。A项，500 s内N2O5的浓度变化量为(5.003.52) molL11.48 molL1，v(N2O5)1.48 molL1500 s0.002 96 molL1s12.96103 molL1s1；B项，分析如下：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)起始浓度(molL1) 5.0000转化浓度(molL1) 2.50 5.00 1.25平衡浓度(molL1) 2.50 5.00 1.25K1125，平衡时N2O5的转化率为50%；C项，该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，故K1K2；D项，达到平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的1/2，相当于增大压强，平衡左移，则c(N2O5)5.00 molL1。13已知(HF)2(g)2HF(g)H0，平衡体系的总质量(m总)与总物质的量(n总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A温度：T1T2B平衡常数：K(a)K(b)vaD当30 g/mol时，n(HF)n(HF)221解析：选C。温度升高，(HF)2(g)2HF(g)H0，平衡向右移动，则减小，所以T1T2，A错误；由图知，TaTcTb，温度升高，平衡常数K增大，则K(a)K(c)va，C正确；设(HF)2的物质的量分数为x，当30 g/mol时，则有40x20(1x)30，解得x0.5，即n(HF)n(HF)20.50.511，D错误。14(2017沈阳高二测试)合成氨原料气H2可通过CO和水蒸气在一定条件下反应制得。(1)已知CO和H2的燃烧热分别是283.0 kJmol1、285.8 kJmol1，1 g液态水变成水蒸气时要吸收2.44 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为_。(2)该反应随温度升高正、逆反应平衡常数的变化曲线如图所示，表示K正的曲线为_(填“A”或“B”)，理由是_。(3)T1 时，向容积固定为5 L的容器中充入2 mol水蒸气和3 mol CO，发生上述反应并达到平衡，则平衡时水蒸气的转化率是_。(4)保持温度为T1 ，改变水蒸气和CO的初始物质的量之比，充入恒容容器进行反应，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是_(填字母)。a容器内压强不随时间改变b混合气体的密度不随时间改变c单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a mol H2d混合气体中n(CO)n(H2O)n(CO2)n(H2)9466(5)某工业合成氨的原料气组成为H2 40%、N2 20%、CO 30%、CO2 10%(均为体积分数)。向上述原料气中加入水蒸气，以除去其中的CO。已知不同温度下的反应物投料比n(H2O)/n(CO)，平衡时混合气体中CO的体积分数如表所示：温度/CO的体积分数/%投料比200T2T3T411.702.736.007.8530.210.300.841.5250.020.060.430.80T2、T3、T4的大小关系为_，判断的理由是_。维持温度不变，若要使CO的转化率升高，可以改变的条件是_。(写出两种)温度为T3 、n(H2O)/n(CO)1时，变换后的平衡混合气体中H2的体积分数是_。解析：(1)根据题意可知：CO(g)O2(g)=CO2(g)H283.0 kJmol1；H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1；H2O(g)=H2O(l)H2.4418 kJmol1。根据盖斯定律，由得：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.12 kJmol1。(2)该反应的正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以曲线B是正反应平衡常数的变化曲线。(3)设达到平衡时，转化的H2O(g)的物质的量为x mol。则： CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g)起始/mol 3 2 0 0转化/mol x x x x平衡/mol 3x 2x x x该反应是反应前后气体分子数不变的反应，各物质的化学计量数均为1，且容器容积固定，故可将物质的量直接代入平衡常数表达式中进行计算。已知K正K逆1，结合题图可得，T1 时，K正K逆1，故1，解得x1.2，故平衡时水蒸气的转化率为100%