第2章 第3节 第3课时 化学平衡常数

1、教育精选第3课时化学平衡常数1理解化学平衡常数的概念。(重点)2理解化学平衡常数对化学反应进行的程度判断。(重难点)3掌握有关化学平衡常数的计算。(难点)化 学 平 衡 常 数基础·初探教材整理1定义在一定温度下，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，通常用符号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特点K值只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。4意义K值越大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反应进行得越完全反应物的转化率

2、越大；反之，就越不完全，转化率就越小。当K>105时，该反应进行得就基本完全了。探究·升华思考探究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)的关系如下表所示：t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6问题思考：(1)该反应的化学平衡常数K的表示式是什么？【提示】K(2)该反应H>0还是H<0?【提示】H>0。该反应为吸热反应(因K随温度升高而增大)。(3)700 ，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K是多少？【提示】K。该反应平衡常数

3、与题目中反应的平衡常数互为倒数。(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·L1，c(H2)为1.5 mol·L1，c(CO)为1 mol·L1，c(H2O)为3 mol·L1，则下一时刻，反应向哪个方向进行？【提示】逆向。判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系判断，此时刻下，Q1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。认知升华1使用化学平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(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“1”而不代入公式。

4、(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，由于化学方程式的书写不同，平衡常数的表达式不同，如N23H22NH3，Ka则有：2NH3N23H2，K1/a。N2H2NH3，K。2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)

5、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Q表示，则：当QK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。题组·冲关题组1化学平衡常数的概念1对于反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H>0，下列有关说法正确的是()A平衡常数表达式为KB增大体系压强，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增加C(s)的量，平衡正向移动【解析】固态浓

6、度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；K只与温度有关，因此增大体系压强，平衡常数K不发生变化，B项正确；升温该反应正向进行，K增大，C项错误；增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。【答案】B21 000 时，FeO(s)H2Fe(s)H2O，K0.52。欲使容器中有1.0 mol FeO被还原，反应前容器中应充入a mol H2。则a的值最接近()A1.0B2.0C3.0D4.0【解析】本题考查化学反应分析，涉及化学平衡常数、化学计算等知识，意在考查考生的分析能力与计算能力。1 000 时，水是气态。当容器中有1.0 mol FeO被还原时，有1.0 mol H2参与反

7、应，生成1.0 mol H2O。设容器容积为V L，则平衡时c(H2O)1/V mol/L，c(H2)(a1)/V mol/L。Kc(H2O)/c(H2)0.52，解得a2.9，C选项正确。【答案】C3已知在448 时，反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数K2为_；反应H2(g)I2(g)HI(g)的平衡常数K3为_。 【导学号：29910027】【解析】K149，则该温度下K2；K37。【答案】7题组2化学平衡常数的应用4下表为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H的平衡常数与温度的关系：T/K3734735736

8、73773K3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103由上表数据分析可知：(1)温度升高，K值减小，则正反应为_反应(填“吸热”或“放热”)，H_0(填“>”或“<”)。(2)温度升高，K值增大，则正反应为_反应(填“吸热”或“放热”)，H_0(填“>”或“<”)。【解析】由K可知，升高温度K值减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，由此得出规律：升温，K值减小，正反应放热；降温，K值增大，正反应吸热。【答案】(1)放热<(2)吸热>5在一定温度下，将3 mol CO

9、2和2 mol H2混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)(1)该反应的化学平衡常数表达式K_。(2)已知在700 时，该反应的平衡常数K10.5，则该温度下反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K2_，反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)的平衡常数K3_。(3)已知在1 000 时，该反应的平衡常数K41.0，则该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)，H_0(填“>”或“<”)。(4)在1 000 下，某时刻CO2的物质的量为2 mol，则此时v(正)_v(逆)(填“>”、“”或“<”)。【

10、解析】(1)根据化学平衡常数的概念K。(2)K22，。(3)由于升高温度，该反应的平衡常数增大，故该反应为吸热反应。(4)CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)起始/mol：3200变化/mol：1111某时刻/mol：2111所以c(CO)0.5 mol/L，c(H2O)0.5 mol/Lc(CO2)1 mol/L，c(H2)0.5 mol/L故<K1000 1.0反应应向正反应方向进行，所以v(正)>v(逆)。【答案】(1)(2)2(3)吸热>(4)>化 学 平 衡 常 数 的 有 关 计 算基础·初探教材整理1平衡转化率某指定反应物的转化率

11、5;100%×100%。其中n表示已转化的物质的量，n始表示该物质起始时的物质的量，c表示消耗的该物质的浓度，c始表示起始时该物质的浓度。2计算方法(三段式法)(1)对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，初始时A、B的物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，有mx mol的A发生反应，则计算模式为 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始量/mola b0 0变化量/molmx nxpxqx平衡量/molamxbnxpxqx(2)分析三个量起始量、变化量、平衡量。(3)明确三个关系对于同一反应物，起始量变化量平衡量。对于同一生成物，起始量变化量平衡量。各转化

12、量之比等于各反应物的化学计量数之比。探究·升华思考探究已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g)H>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)1 mol·L1，c(N)2.4 mol·L1。问题思考：(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的平衡浓度是多少？【提示】M(g) N(g)P(g)Q(g) 1 2.4 0 0 1×60% 1×60% 1×60% 1×60% 0.4 1.8 0.6 0.6由三段式得N的平衡浓度为1.8 mol·L1。(2)若反应温度升高，该反应的平衡移动

13、吗？M的转化率变化吗？化学平衡常数如何变化？【提示】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)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)4 mol·L1，c(N)a mol·L1；达到平衡后，c(P)2 mol·L1，则反应物N的起始浓度为多少？【提示】温度不变，平衡常数不变，K解得a6即反应物N的起始浓度为6 mol·L1。认知升华化学平衡的有关计算1有关化学平衡的计算，可采用“三段式法”求解所谓“三段式”就是“起始”、“转化”、“平衡”三个阶段。在解题时，给每一种反应物或生成物填上或计算出这三个阶段的物质的量

14、或浓度。未知的量可设为未知数，最后根据题目要求列出方程求解。2主要计算类型化学平衡常数的有关计算；转化率的有关计算；反应中某组分的量的计算。3温度和压强对转化率()的影响温度或压强改变后，若引起平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大。4改变反应物用量对转化率()的影响(1)反应物不止一种时，如mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)只增大一种反应物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。如增大c(A)，则平衡正向移动，(A)减小，(B)增大。若同等比例同倍数增大c(A)、c(B)，其影响结果相当于增大压强，当mnpq时，(A)、(B)不变当mn>pq时，(A)、(B)

15、增大当mn<pq时，(A)、(B)减小(2)反应物只有一种时，如aA(g)bB(g)cC(g)增大c(A)，其影响结果相当于增大压强，当abc时，(A)不变当a>bc时，(A)增大当a<bc时，(A)减小5产物的产率×100%(产物的量包括物质的量、质量、气体体积、浓度)题组·冲关1将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L1。则此条件下的平衡常数K为 ()A4B0.25C0.4D0.2【解析】 2SO2O2,2SO3初(mol·

16、;L1)： 1 0.5 0 转(mol·L1)： 0.5 0.25 0.5平(mol·L1)： 0.5 0.25 0.5K4。【答案】A2在一定条件下，向密闭容器中充入30 mL CO和20 mL水蒸气，使其反应，当反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)达到平衡时，水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则下列叙述错误的是()A平衡后CO的体积分数为40%B平衡后CO的转化率为25%C平衡后水的转化率为50%D平衡后混合气体的平均相对分子质量为24【解析】设达到平衡时，反应掉CO的体积为x。CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始： 30 mL 20 mL

17、0 0变化： x x x x平衡：30 mLx20 mLx x x由题意知：20 mLxx，故x10 mL故平衡后CO的体积分数为×100%40%，CO的转化率为×100%33.3%，H2O的转化率为×100%50%，平衡后混合气体的平均相对分子质量不变，仍为24。【答案】B3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)K0.1反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是()A升高温度，H2S浓度增加

18、，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7 molDCO的平衡转化率为80%【解析】A升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，故不正确。B.通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减少，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，故不正确。C.设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为1 L，列“三段式”进行解题：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)10a2 2 228a2 2 2化学平衡常数K0.1，解得a7，故正确。DCO的平

19、衡转化率为×100%20%，故不正确。【答案】C4对可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，达到平衡时，各物质的物质的量浓度应满足以下关系：K，K为一常数，称为化学平衡常数，其反应的K值只与温度有关，现有反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H<0，在850 时，K1。(1)若升高温度到950 ，达到平衡时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，上述平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。若

20、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)对于放热反应，升高温度，平衡左移，K值变小。(2)Q>1此时，v逆>v正，平衡向逆反应方向移动，Q<K时，v正>v逆，根据上式，当x<3.0时，Q<K。【答案】(1)小于(2)逆反应x<3.0学业分层测评(九)(建议用时：45分钟)学业达标12 000 K时，反应CO(g)O2(g)CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应2CO2(g)2CO(g)O2(g)的平衡常数K为()A.BK2C. D.【解析】2 000 K时，可逆反应2CO(g)O2(g)2CO2(g)的平衡常数为K

21、2，那么2 000 K时，可逆反应2CO2(g)2CO(g)O2(g)的平衡常数K为，C项正确。【答案】C2放热反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)在温度t1时达到平衡，c1(CO)c1(H2O)1.0 mol·L1，其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O)，平衡常数为K2，则()AK2和K1的单位均为mol·L1BK2<K1Cc2(CO)>c2(H2O)Dc1(CO)>c2(CO)【解析】平衡常数数学表达式的分子和分母分别为两个浓度的乘积，因此K的单位不可能为mol·L1，A项

22、错误；该反应是放热反应，升高温度平衡左移，所以K2<K1，B是正确的；本反应是等摩尔的CO和H2O(g)起反应，因此无论温度升降、压强变化，c(CO)c(H2O)，选项C也不正确；升高温度平衡左移，因此c2(CO)比c1(CO)大，D项错误。【答案】B3已知298.15 K时，可逆反应：Pb2(aq)Sn(s)Pb(s)Sn2(aq)的平衡常数K2.2，若溶液中Pb2和Sn2的浓度均为0.10 mol·L1，则反应进行的方向是 ()A向右进行B向左进行C处于平衡状态 D无法判断【解析】Q1<K2.2，故反应未达到平衡，反应向右进行。【答案】A4298 K时，各反应的平衡常

23、数如下：N2(g)O2(g)2NO(g)K1×1030；2H2(g)O2(g)2H2O(g)K2×1081；2CO2(g)2CO(g)O2(g)K4×1092，则常温下，NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是 () 【导学号：29910028】ABCD无法判断【解析】要判断NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向，则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数，然后比较大小。由计算可知：2NO(g)N2(g)O2(g)K1×10302H2O(g)2H2(g)O2(g)K5×10822CO2(g)2CO(g)O2(g)K4×

24、1092平衡常数越大，表示反应进行得越彻底，因此反应即NO分解放氧的倾向最大。【答案】A5已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()A反应的平衡常数K1B反应的平衡常数KC对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小【解析】在书写平衡常数表达式时，纯固体不写，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B正确；反应中，温度升高

25、，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H<0，C错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。【答案】B6在一定温度下，反应H2(g)X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于() 【导学号：51182010】A5%B17%C25%D33%【解析】考查“始、变、平”模式和平衡常数。设氢气的转化浓度为x mol/L。H2(g)X2(g)HX(g)c始(mol/L)001c变(mol/L)xx2xc平(mol/L)x

26、x12x10解得x，得出HX的分解率为17%。【答案】B7在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于()A5%B10%C15%D20%【解析】达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应：N23H22NH3起始物质的量/mol2 8 0转化物质的量/mol 2平衡物质的量/mol 6同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为×100%15%。【答案】C8工业合成氨N2(g)3H2(g)2NH3(g)反

27、应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点_(填“升高”或“降低”)，理由是_。(2)该反应平衡常数表达式为K_，当某时刻_K(填“<”、“>”或“”)时，反应向右进行。(3)450 时该反应的平衡常数_(填“<”、“>”或“”)500 时的平衡常数。(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有_(填字母代号)。a高温高压b加入催化剂c增加N2的浓度d增加H2的浓度e分离出NH3【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能。(2)反应向右进行，说明<K。(3)由图知该反应的正反应为放热反应，低温利于平衡正向移动，450 时反应正向进行的程度大，即450 对应的平衡常数K大。(4)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c合理；d降低H2的转化率，不合理；分离出NH3，有利于平衡右移，e合理。 【答案】(1)降低催化剂能降低反应的活化能(2)<(3)>(4)ce9已知可逆反应COH2O(g)CO2H2，达到平衡时，K，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。(1)830 K时，若起始时：c(CO)2 mol/L，c(H2O)3 mol/L，平衡时CO的转化率为60%，水