专题03化学平衡常数转化率等的分析与计算（重难点讲义）化学人教版2019选择性必修1（原卷版）

专题03化学平衡常数、转化率等的分析与计算1.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。3.从变化的视角依据Q与K的关系判断反应进行的方向。4.根据外界条件对平衡的影响，结合勒夏特列原理，构建K的计算及应用(如转化率)分析思维模型。一、平衡常数1.平衡常数的定义及表达式对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)(1)浓度商：在任意时刻的eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)称为浓度商，常用Q表示，Q是个变量。(2)化学平衡常数：当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时，浓度商是一个常数，把平衡时的浓度商称为化学平衡常数，用K表示，即K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。(3)Q与K的关系当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。【特别提醒】①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。②在确定的化学反应中，K只受温度影响。2．化学平衡常数的意义化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的程度，K越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行的越完全。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。3.平衡常数的计算(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。(2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则：①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝eq\f(K1,K2)。(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。二、化学平衡的相关计算可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为VL的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为amol、bmol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mxmol。1．计算模型——“三段式”法mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量/molab00转化量/molmxnxpxqx平衡量/mola－mxb－nxpxqx2．思维模型——三步骤(1)巧设未知量，列全三段式：找已知量，设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。(2)抽提关键量，找准关系式：依据转化量之比等于化学计量数之比或关键量列等式关系。(3)解答设问题，求解问题项：根据求解量，计算问题项。3．常见的计算量(1)平衡常数K＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(px,V)))p·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(qx,V)))q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a－mx,V)))m·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b－nx,V)))n)。(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝eq\f(a－mx,V)mol·L－1。(3)平衡时A的转化率：α＝eq\f(mx,a)×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)。(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋(p＋q－m－n)x)×100%。(5)平衡时和开始时的压强之比：eq\f(p(平),p(始))＝eq\f(a＋b＋(p＋q－m－n)x,a＋b)。(6)生成物产率＝eq\f(该物质实际产量,该物质理论产量)×100%。【特别提醒】由浓度商Q与平衡常数K的关系判断反应进行的方向若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆；若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆；若Q＝K，反应处于平衡状态，v正＝v逆。三、压强平衡常数(Kp)、速率常数(k正、k逆)及其应用1．压强平衡常数(Kp)(1)含义在化学平衡体系中，由各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数，用符号Kp表示，其单位与表达式有关。(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下，达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝eq\f(pp(C)·pq(D),pm(A)·pn(B))。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示对应物质的分压。注意①混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×eq\f(nB,n总)。②混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…。2．速率常数(k正、k逆)(1)表达式：若基元反应为mA＋nBpC，则：v正＝k正cm(A)·cn(B)、v逆＝k逆cp(C)上式中的k为速率常数，是化学反应速率的量化表示方式。(2)表示意义：其数值相当于参加反应的物质都处于单位浓度(1mol·L－1)时的反应速率。(3)影响因素：不同的反应有不同的速率常数，速率常数与反应温度、反应溶剂、催化剂等有关，与浓度无关。(4)当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正cm(A)·cn(B)＝k逆cp(C)，则化学平衡常数K＝eq\f(k正,k逆)。四、平衡转化率的分析1．反应物的转化率分析当可逆反应达到平衡后，反应物的初始浓度不变，只改变体系的温度、压强或减小生成物的量可使平衡正向移动，这时反应物的转化率一定增大。2．反应物用量的改变对转化率的影响(1)若反应物一侧只有一种气体，如aA(g)bB(g)＋cC(g)或C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)等，在恒温恒容条件时，增大A的浓度，平衡正向移动，但A的转化率变化等效为压强对平衡的影响。气体计量数关系A的转化率a＝b＋c不变a>b＋c增大a<b＋c减小(2)若反应物不只一种物质，如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在恒温恒容条件下，若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B，平衡正向移动，但反应物(A或B)的转化率等效为压强对平衡的影响。气体计量数关系A(或B)的转化率a＋b＝c＋d不变a＋b>c＋d增大a＋b<c＋d减小题型01化学平衡常数及其意义【典例01】（2425高二·河北衡水·期中）在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K分别是①H2＋F22HFK＝1047；②H2＋Cl22HClK＝1017；③H2＋Br22HBrK＝109；④H2＋I22HIK＝1。比较K的大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是()A．①②③④B．④②③①C．①④③②D．无法确定题型02化学平衡常数的影响因素【典例02】（2425高二·辽宁省辽阳·期中）反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡后，保持温度不变，再通入O2，重新达到平衡，则新平衡与旧平衡相比，eq\f(cNO2·cSO2,cSO3·cNO)的值()A．变小B．变大C．不变D．无法确定题型03化学平衡常数的相关计算【典例03】（2425高二·山西省朔州·期末）加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2L密闭容器中充入8molN2O5，加热到t℃，达到平衡状态后O2为9mol，N2O3为3.4mol，则t℃时反应①的平衡常数为()A．10.7B．8.5C．9.6D．10.2题型04化学平衡常数的应用【典例04】（2425高二·湖南省怀化·期中）已知在25℃时，下列反应的平衡常数如下：①N2(g)＋O2(g)2NO(g)K1＝1×10－30②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×1081③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92下列说法正确的是()A．NO分解反应NO(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)的平衡常数为1×10－30B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2OC．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大题型05转化率的相关计算【典例05】（2425高二·江苏省泰州·期末）在773K时，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是()A．60%B．50%C．75%D．25%题型06转化率的影响因素【典例06】（2425高二·黑龙江省鹤岗·质检）反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)ΔH＞0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施不能提高乙烷平衡转化率的是()A．增大容器容积B．升高反应温度C．分离出部分氢气D．等容下通入惰性气体【巩固练】1.（2425高二·湖北省十堰·期中）在温度为T时，将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得总压强为p，则该反应的压强平衡常数Kp为()A.eq\f(1,4)pB.eqB.\f(1,2)p2C.eqC.\f(1,4)p2D.eqD.\f(1,2)p2.（2425高二·浙江省金华·期末）常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)ΔH<0。230℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。下列判断错误的是()A．第一阶段，选择反应温度应高于42.2℃B．第一阶段增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数不变C．第二阶段，Ni(CO)4几乎完全分解D．第二阶段，及时分离出Ni，有利于平衡移动3.（2425高二·吉林省白城·期中）反应X(g)＋Y(g)2Z(g)ΔH＜0，在密闭容器中充入0.1molX和0.1molY，达到平衡时，下列说法不正确的是()A．减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变B．增大c(X)，X的转化率减小C．保持容器体积不变，同时充入0.1molX和0.2molY，X的转化率增大D．加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大4.（2425高二·福建省厦门·期末）已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197.8kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表：温度/K压强/(×105Pa)1.015.0710.125.350.767399.299.699.799.899.972397.598.999.299.599.677393.596.997.898.699.0下列说法不正确的是()A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间D．工业生产通常不采取加压措施，是因为常压下SO2的转化率已相当高5.（2425高二·湖北省鄂州·期末）已知反应：A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数与温度的关系如下表。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molA和0.8molB，反应至4s时c(C)＝0.02mol·L－1。下列说法正确的是()温度/℃70080083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4A.1200℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝0.4B．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动C．4s内，用A表示的该反应的平均反应速率v(A)＝0.01mol·L－1·s－1D．830℃下反应达平衡时，B的转化率为20%6.（2425高二·江西省南昌·期中）一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O，700℃条件下开始反应，达到平衡时，下列说法正确的是()A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和大于17.（2425高二·安徽省淮北·期末）在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)ΔH＜0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是()A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＞ⅡB．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质CC．O～t2时，v正＞v逆D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)8.（2425高二·福建省三明·期中）已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝eq\f(c(CO2)·c(H2),c(CO)·c(H2O))，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示：t/℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是()A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)B．温度越高，反应进行的程度越小C．若在1L的密闭容器中通入CO2和H2各1mol，5min后温度升高到830℃，此时测得CO为0.4mol，则该反应达到平衡状态D．若平衡浓度符合下列关系式：eq\f(c(CO2),3c(CO))＝eq\f(c(H2O),5c(H2))，则此时的温度为1000℃9.（2425高二·广东省韶关·期末）已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下：①2NO(g)N2O2(g)(快)ΔH1＜0K1②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(慢)ΔH2＜0K2下列说法正确的是()A．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2B．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝eq\f(K1,K2)C．反应①的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率D．反应过程中的能量变化如图所示2425高二·山东省青岛·期末）NO2、0.2molNO和0.1molCl2，发生两个反应：①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)ΔH1<0K1②2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)ΔH2<0K210min时反应达到平衡测得容器内体系的压强减少20%,10min内用NOCl(g)表示的平均反应速率v(NOCl)＝7.5×10－3mol·L－1·min－1。下列说法不正确的是()A．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为eq\f(K\o\al(2,1),K2)B．平衡后ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl2))＝2.5×10－2mol·L－1C．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大D．平衡时NO2的转化率为50%【强化练】11.（2425高二·广东省茂名·期中）在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示：物质XYZ初始浓度/(mol·L－1)0.10.20平衡浓度/(mol·L－1)0.050.050.1下列说法错误的是()A．反应达到平衡时，X的转化率为50%B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1600C．反应前后压强之比为2∶3D．改变温度可以改变此反应的平衡常数12.（2425高二·江西省鹰潭·期中）一定温度下，向一容积为5L的恒容密闭容器中充入0.4molSO2和0.2molO2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的eq\f(7,10)，下列说法错误的是()A．当容器内气体的压强不变时说明该反应达到化学平衡状态B．SO2的转化率为90%C．达到平衡时反应放出的热量为196kJD．此温度下该反应的平衡常数K＝2025013.（2425高二·广西柳州·期末）某温度下，向三个容积相等的恒容密闭容器中分别加入：①2molHI，②3molHI，③1molH2与1molI2，发生反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，均达到平衡时，下列关系正确的是()A．各容器的压强：①＝②＝③B．I2的浓度：②>①>③C．I2的体积分数：①＝②＝③D．达到平衡所需时间：②>③14.（2425高二·陕西省咸阳·期末）向体积均为1L的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A．ΔH>0B．气体的总物质的量：na<ncC．a点平衡常数：K<12D．反应速率：va正<vb正15.（2425高二·四川省自贡·期末）温度为T1时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中按如表三种投料进行反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)ΔH＞0。结果如表，实验测得：v正＝k正c2(SO3)，v逆＝k逆c2(SO2)·c(O2)，k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是()容器编号物质的起始浓度/(mol·L－1)物质的平衡浓度/(mol·L－1)c(SO3)c(SO2)c(O2)c(SO2)Ⅰ0.3000.2Ⅱ0.10.30.2Ⅲ0.300.1A.温度为T1时，该反应的平衡常数为0.2B．容器Ⅱ中起始时，v逆＞v正C．达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50%D．容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1＞T216.（2425高二·内蒙赤峰·期末）已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1，向密闭容器中加入2molSO2(g)和1molO2，一定条件下反应达到平衡，在t2和t4时刻分别只改变一个条件(温度或压强)，反应过程中正反应速率如图所示，下列说法正确的是()注：t1～t2、t3～t4、t5之后各时间段表示达到平衡状态①、②、③。A．t2～t3时间段平衡向逆反应方向移动B．平衡状态①和②的平衡常数K相同C．平衡状态①和②时SO2转化率相同D．t4时刻改变的条件是减小压强17.（2425高二·甘肃省天水·期末）用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在密闭容器中1molNO2和足量C发生上述反应，反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示；维持温度不变，反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。下列说法错误的是()A．图1中的A、B、C三点中只有C点达平衡状态B．图2中E点的v逆小于