（江苏专版）高考化学一轮复习 专题五 化学反应速率和化学平衡 课时22 化学平衡常数及其计算导学案.doc

课时22 化学平衡常数及其计算(本课时对应学生用书第98101页)【课时导航】复习目标1. 理解化学平衡常数的含义。2. 能用化学平衡常数进行简单计算。知识网络问题思考问题1如何理解化学平衡常数与化学方程式的书写有关?问题2化学平衡常数有哪些应用?【自主学习】 考点1化学平衡常数【基础梳理】1. 在一定温度下，达到平衡的可逆反应，其平衡常数用生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值来表示，符号为k。对于反应aa(g)+bb(g)cc(g)+dd(g)，k=。2. 平衡常数k只与有关，与浓度和压强无关。3. 对一般的可逆反应，k越大，表示，反应物的转化率。4. 对于可逆反应aa(g)+bb(g)cc(g)+dd(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：=q，若qk，则建立平衡；若q”、“”或“=”)k2。【答案】(1) 吸热(2) 9变大(3) t1，温度升高，y的体积分数减小，平衡正向移动，k增大，所以k1”、“=”或“”或“ka=kckb(2) cr2o310-12(3) 2lg k2=lg k1+lg k3(4) 50向逆反应方向【解析】(1) 从曲线可知的温度高，升高温度，ch3oh的物质的量减小，平衡逆向移动，k减小，故kk。k只受温度影响，t2时二氧化碳的转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，故ka、kb、kc三者之间的大小关系为ka=kckb。(2) mo+com+co2，故lg值越大，k值越小，说明反应进行的程度越小，则该种金属越难被还原，故最难被还原的是cr2o3。用co还原cr2o3的化学方程式为cr2o3+3co2cr+3co2，故反应的平衡常数k=(10-4)3=10-12。(3) 由图示可知，lg k1随着温度的升高而增大，即k1随着温度的升高而增大，故升高温度时，平衡正向移动，正反应为吸热反应，h10。根据给定的化学方程式可知，将第一个和第三个化学方程式相加后再将化学计量数同除以2可得第二个化学方程式，故=k1k3，即2lg k2=lg k1+lg k3。(4) co(g)+2h2(g)ch3oh(g)起始/mol：1.210转化/mol：0.40.80.4平衡/mol：0.80.20.4平衡时，体积为2 l，所以k=50。原平衡n总=0.8+0.2+0.4=1.4 mol，体积为2 l，再充入0.35 mol co，n总=1.4+0.35=1.75 mol，此时体积为2 l=2.5 l，此时各组分的浓度为c(co)=0.46 moll-1，c(h2)=0.08 moll-1，c(ch3oh)=0.16 moll-1，qc=54k，平衡逆向移动。1. 化学平衡常数是指在一定温度下，某一具体的可逆反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数也改变；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，平衡常数也改变。2. 反应物或生成物中有固体或纯液体时，由于其浓度可看作“1”而不代入平衡常数公式。 考点2与化学平衡常数有关的计算【基础梳理】1. 反应物a的平衡转化率=。2. 可逆反应aa(g)+bb(g)cc(g)+dd(g)，平衡时，各成分的物质的量浓度都0。3. 对于可逆反应aa(g)+bb(g)cc(g)+dd(g)h=-q kjmol-1，在相同体积的甲、乙密闭容器中，恒温条件下，甲容器中加入amola、bmolb，乙容器中加入cmolc、dmold，达平衡时，a、c的转化率之和为，甲容器中释放的热量与乙容器中吸收的热量之和为kj。【举题说法】例题2(1) (2015河南焦作一模)雾霾天气严重影响人们的生活，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一，用活性炭还原法处理氮氧化物是消除氮的氧化物的常用方法之一。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和no，发生反应：c(s)+2no(g)n2(g)+co2(g)h=q kjmol-1。在t1时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下表，则tl时，该反应的平衡常数k=。时间/min浓度/moll-1 01020304050no1.000.580.400.400.480.48n200.210.300.300.360.36co200.210.300.300.360.36(2) (2015广东期末)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(nh2coonh4)分解反应平衡常数的测定。将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，使其达到分解平衡：nh2coonh4(s)2nh3(g)+co2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度/1520253035平衡总压强/kpa5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度/10-3moll-12.43.44.86.89.4根据表中数据，写出15 时的分解平衡常数计算表达式及结果(结果保留三位有效数字)： 。(3) (2014福建高考)已知t 时，反应feo(s)+co(g)fe(s)+co2(g)的平衡常数k=0.25。t 时，反应达到平衡时n(co)n(co2)=。若在1 l密闭容器中加入0.02 mol feo(s)，并通入x mol co，t 时反应达到平衡。此时feo(s)的转化率为50%，则x=。【答案】(1) (2) k=c2(nh3)c(co2)=0.810-3=2.0510-9(3) 410.05【解析】(1) 由表中数据可知，40 min后各组分的浓度不再变化，该反应达到平衡，k=。(2) 15 时的分解平衡常数计算表达式是k=c2(nh3)c(co2)，由于平衡时总浓度是2.410-3 moll-1，则c(nh3)=1.610-3 moll-1，c(co2)=0.810-3 moll-1，将数值代入上式可得：k=c2(nh3)c(co2)=0.810-3=2.0510-9。(3) 在t 时，k=0.25，则=4。 feo(s)+co(g)fe(s)+co2(g)n起始/mol：0.02x00n转化/mol：0.010.010.010.01n平衡/mol：0.01x-0.010.010.01k=0.25，求得x=0.05。变式2(2014四川高考)在10l恒容密闭容器中充入x(g)和y(g)，发生反应x(g)+y(g)m(g)+n(g)，所得实验数据如下表：实验编号温度/起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(x)n(y)n(m)7000.400.100.0908000.100.400.0808000.200.30a9000.100.15b下列说法正确的是()a. 实验中，若5min时测得n(m)=0.050mol，则05min时间内，用n表示的平均反应速率v(n)=1.010-2moll-1min-1b. 实验中，该反应的平衡常数k=2.0c. 实验中，达到平衡时，x的转化率为60%d. 实验中，达到平衡时，b0.060【答案】c【解析】根据各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(n)=v(m)=1.010-3moll-1min-1，a项错误；实验中x(g)+y(g)m(g)+n(g)c起始/moll-1：0.010.0400c转化/moll-1：0.0080.0080.0080.008c平衡/moll-1：0.0020.0320.0080.008k=1.0，b项错误；根据温度相同，则k相等，x(g)+y(g)m(g)+n(g)c起始/moll-1：0.020.0300c转化/moll-1：aaaac平衡/moll-1：0.02-a0.03-aaak=1.0，求得a=0.012，则x的转化率=100%=60%，c项正确；根据三段式求得，700时k2.6，则温度升高，k减小，该反应为放热反应，若的温度为800，此时与为等效平衡，b=0.060，但的温度为900，则平衡逆向移动，b0.060，d项错误。【题组训练】1.(2014江苏高考)一定温度下，在三个体积均为1.0l的恒容密闭容器中发生反应：2ch3oh(g)ch3och3(g)+h2o(g)容器编号温度/起始物质的量/mol平衡物质的量/molch3oh(g)ch3och3(g)h2o(g)3870.200.0800.0803870.402070.200.0900.090下列说法正确的是()a. 该反应的正反应为放热反应b. 达到平衡时，容器中的ch3oh体积分数比容器中的小c. 容器中反应达到平衡所需时间比容器中长d. 若起始时向容器中充入ch3oh0.15mol、ch3och30.15mol和h2o0.10mol，则反应将向正反应方向进行【答案】ad【解析】比较、数据可知：温度越低，平衡时ch3och3含量越高，则降温时平衡正向移动，正反应为放热反应，a项正确；由于和温度相同，且该反应前后气体分子数不变，故虽然中甲醇的起始量为中的两倍，压强不同，但ch3oh的分解率不变，达到平衡时两容器中ch3oh的体积分数相同，b项错误；温度越高反应速率越快，达平衡用的时间越短，故容器中反应达平衡的时间比容器中短，c项错误；由容器中的数据可求得387时的k=4，根据d项所给数据可知此时qc=k，故反应正向进行，d项正确。2.(2015安徽高考)汽车尾气中no产生的反应为n2(g)+o2(g)2no(g)，一定条件下，等物质的量的n2(g)和o2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度t下n2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时n2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是()a. 温度t下，该反应的平衡常数k=b. 温度t下，随着反应的进行，混合气体的密度减小c. 曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂d. 若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的h0，故d错误。3.(2015天津高考)某温度下，在2 l的密闭容器中，加入1 mol x(g)和2 mol y(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1 mol z(g)，再达到平衡后，x、y、z的体积分数不变。下列叙述不正确的是()a. m=2b. 两次平衡的平衡常数相同c. 第一次平衡时，x与y的平衡转化率之比为11d. 第二次平衡时，z的浓度为0.4 moll-1【答案】d【解析】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1 mol z(g)，再达到平衡后，x、y、z的体积分数不变，说明反应前后气体的化学计量数之和不变，所以m=2，故a正确；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，所以两次平衡的平衡常数相同，故b正确；设第一次达到平衡状态时x参加反应的物质的量为a mol，x(g)+2y(g)3z(g)开始/mol：120转化/mol：a2a3a平衡/mol：1-a2-2a3a相同条件下，气体的体积与物质的量成正比，所以其体积分数等于其物质的量分数，即(1-a)(2-2a)3a=30%60%10%，所以a=0.1，x的转化率=100%=10%，y的转化率=100%=10%，所以x和y的转化率之比为11，故c正确；投入z后，设z参加反应的物质的量为3b mol，x(g) + 2y(g)3z(g)第一次平衡/mol：0.91.80.3加入1 mol z/mol：0.91.81.3转化/mol：b2b3b第二次平衡/mol：0.9+b1.8+2b1.3-3b各物质含量不变，所以(0.9+b)(1.8+2b)(1.3-3b)=30%60%10%，b=0.3，n(z)=(1.3-0.9)mol=0.4 mol，z的物质的量浓度=0.2 moll-1，故d错误。化学平衡常数与转化率紧密相联。定性来讲，k值越大，反应物的转化率越大，反应进行的程度越大；定量来讲，转化率的计算离不开化学平衡常数，可以通过平衡常数表达式求得平衡时物质的物质的量浓度，从而求得转化率。【随堂检测】1. 高温下，某反应达平衡，平衡常数k=。恒容时，温度升高，h2浓度减小。下列说法正确的是()a. 该反应的焓变为正值b. 增大压强，h2浓度一定减小c. 升高温度，逆反应速率减小d. 该反应的化学方程式为co+h2oco2+h2【答案】a【解析】根据平衡常数表达式，可以写出反应的化学方程式为co2+h2co+h2o，温度升高，h2浓度减小，平衡正向移动，该反应是吸热反应，a项正确，d项错误；增大压强，可能是压缩体积，尽管平衡不移动，但h2浓度增大，b项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，c项错误。2. (2015重庆高考)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的物质的量为10 mol，平衡后co的物质的量为8 mol，下列说法正确的是()a. 升高温度，h2s浓度增加，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的物质的量为7 mold. co的平衡转化率为80%【答案】c【解析】升高温度，h2s浓度增加，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，故a错误；通入co后，正反应速率瞬间增大，又逐渐减小，故b错误；反应前co的物质的量为10 mol，平衡后co的物质的量为8 mol，设反应前h2s物质的量为n，co(g)+h2s(g)cos(g)+h2(g)起始/mol：10n00变化/mol：2222平衡/mol：8n-222反应前后气体分子数不变，可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数，则k=0.1，解得n=7，故c正确；根据上述数据可知，co的平衡转化率为100%=20%，故d错误。3. 已知a(g)+b(g)c(g)+d(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/7008008301 0001 200平衡常数1.71.11.00.60.4830 时，向一个2 l的密闭容器中充入0.2 mol a和0.8 mol b，反应初始4 s内a的平均反应速率v(a)=0.005 moll-1s-1。下列说法正确的是()a. 4 s时c(b)为0.76 moll-1b. 830 达平衡时，a的转化率为80%c. 反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动d. 1 200 时反应c(g)+d(g)a(g)+b(g)的平衡常数的值为0.4【答案】b【解析】根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可得：v(b)=v(a)=0.005 moll-1s-1，根据v(b)=可得c(b)=v(b)t=0.005 moll-1s-14 s=0.02 moll-1，在反应开始时，c(b)=0.8 mol2 l=0.4 moll-1，所以4 s时c(b)为0.4 moll-1-0.02 moll-1=0.38 moll-1 ，a错误；在830 时化学平衡常数k=1.0，在反应开始时，c(a)=0.1 moll-1，c(b)=0.4 moll-1，假设在反应过程中a的浓度改变x moll-1，则达平衡时，c(a)=(0.1-x) moll-1，c(b)=(0.4-x) moll-1，c(c)=c(d)=x moll-1，则根据平衡常数的定义可得=1.0，解得x=0.08，所以a的转化率为(0.08 moll-10.1 moll-1)100%=80%，b正确；升高温度，化学平衡常数减小，说明升高温度化学平衡向逆反应方向移动，c错误；1 200 时反应a(g)+b(g)c(g)+d(g)的平衡常数是0.4，则c(g)+d(g)a(g)+b(g)的平衡常数的值为=2.5，d错误。4. 氢气是一种清洁能源。可由co和水蒸气反应制备，其能量变化如下图所示。(1) 该反应为可逆反应。在800 时，若co的起始浓度为2.0 moll-1，水蒸气的起始浓度为3.0 moll-1，达到化学平衡状态后，测得co2的浓度为1.2 moll-1，则此反应的平衡常数为，随着温度升高该反应的化学平衡常数的变化趋势是。(2) 某温度下，该反应的平衡常数为k=。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入h2o(g)和co(g)，其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是(填字母)。起始浓度甲乙丙c(h2o)/moll-10.0100.0200.020c(co)/moll-10.0100.0100.020a. 反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢b. 平衡时，甲中和丙中h2o的转化率均是25%c. 平衡时，丙中c(co2)是甲中的2倍，是0.015 moll-1d. 平衡时，乙中h2o的转化率大于25%【答案】(1) 1变小(2) cd【解析】(1) co(g)+h2o(g)h2(g)+co2(g)初始/moll-1：2.03.000变化/moll-1：1.21.21.21.2平衡/moll-1：0.81.81.21.2平衡常数k=1；该反应hk，反应逆向进行；q0，在700 时，ch4与n2在不同物质的量之比n(ch4)n(n2)时ch4的平衡转化率如右下图所示。下列说法正确的是()a. n(ch4)n(n2)越大，ch4的转化率越高b. n(ch4)n(n2)不变时，若升温，nh3的体积分数会增大c. b点对应的平衡常数比a点的大d. a点对应的nh3的体积分数约为26%5. (2015湖北期末)相同温度下，容积均恒为2 l的甲、乙、丙3个密闭容器中发生反应：2so2(g)+o2(g)2so3(g)h=-197 kjmol-1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：容器起始各物质的物质的量/mol达到平衡时体系能量的变化so2o2so3ar甲2100放出热量：q1乙1.80.90.20放出热量：q2=78.8 kj丙1.80.90.20.1放出热量：q3下列叙述正确的是()a. q1q3q2=78.8 kjb. 三个容器中反应的平衡常数均为k=2c. 甲中反应达到平衡时，若升高温度，则so2的转化率将大于50%d. 若乙容器中的反应经t min达到平衡，则0t min内，v(o2)= moll-1min-16. 密闭容器中充入2molso2和1molo2发生反应：2so2(g)+o2(g)2so3(g)h容器b. 反应到达平衡时，pcl5的转化率：容器容器c. 反应到达平衡时，容器中的平均速率为v(pcl5)= moll-1s-1d. 起始时向容器中充入pcl5 0.30 mol、pcl3 0.45 mol和cl2 0.10 mol，则反应将向逆反应方向进行9. (2015常州一模)2no2(g)n2o4(g)h0，在100 时将n2o4、no2分别充入两个各为1 l的密闭容器中，反应过程中浓度变化如下：容器物质起始浓度/moll-1平衡浓度/moll-1n2o40.1000.040no200.120n2o400.014no20.1000.072下列说法正确的是()a. 平衡时，、中反应物的转化率：(n2o4)(no2)b. 平衡时，、中上述正反应的平衡常数：k()=2k()c. 平衡后，升高相同温度，以n2o4表示的反应速率：v()v(逆)d. 恒温恒容下，向容器中再充入少量g(g)，达新平衡时，g的体积分数将增大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)=0.5moll-1，c(hi)=4moll-1，则此温度下反应的平衡常数为()a. 9 b. 16 c. 20 d. 2512. 在1l密闭容器中发生反应：4nh3(g)+5o2(g)4no(g)+6h2o(g)h=-qkjmo(q0)，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：时间/浓度c(nh3)/moll-1c(o2)/moll-1c(no)/moll-1起始0.81.60第2min0.6a0.2第4min0.30.9750.5第6min0.30.9750.5第8min0.71.4750.1第10min0.71.4750.1下列说法错误的是()a. 反应在第2min到第4min时，o2的平均速率为0.1875moll-1min-1b. 反应在第2min时改变了某一条件，该条件可能是使用催化剂或升高温度c. 第4min、第8min时分别达到化学平衡，且平衡常数相同d. 在开始反应的前2min内，该反应放出0.05qkj的热量13. 二氧化硫是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。硫酸生产中，so2催化氧化生成so3：2so2(g)+o2(g)2so3(g)。某温度下，在一恒容容器中发生上述反应，so2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如右图所示。根据图示回答下列问题：(1)该反应达到平衡状态的标志是(填字母)。a. so2和so3的浓度相等b. so2百分含量保持不变c. 容器中气体的压强不变d. so3的生成速率与so2的消耗速率相等e. 容器中混合气体的密度保持不变f. 容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变(2)欲提高so2的转化率，下列措施可行的是(填字母)。a. 向装置中再充入heb. 向装置中再充入o2c. 改变反应的催化剂d. 升高温度(3)将2.0molso2和1.0molo2置于10l密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10mpa。该反应的平衡常数等于。平衡状态由a变到b时，平衡常数k(a)(填“”、“”或“=”)k(b)。14. 研究no2、so2、co等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。(1)减少汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2no(g)+2co(g)n2(g)+2co2(g)h2c1 b. c1c32c1c. c1=c2a、b、c的关系正确的为。a. c2|h| b. a+b=|h|c. c=2bp1、p2、p3的关系不正确的为。a. p1=p2 b. p2p32p21、2、3的关系不正确的为。a. 1=2 b. 3”、“”、“”、“ ”、“=”或“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)=1moll-1，c(n)=2.4moll-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的转化率将(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)=4moll-1，c(n)=amoll-1；达到平衡后，c(p)=2moll-1，a=。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(m)=c(n)=bmoll-1，达到平衡后，m的转化率为。18. 在一定温度下，将3molco2和2molh2混合于2l的密闭容器中，发生如下反应：co2(g)+h2(g)co(g)+h2o(g)(1)已知在700时，该反应的平衡常数k1=0.6，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=。(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是(填字母)。a. 容器中压强不变b. c(co2)=c(co)c. 生成amolco2的同时消耗amolh2d. 混合气体的平均相对分子质量不变(3)在1000下，该可逆反应的平衡常数为1，某时刻co2的物质的量为2.0mol，则此时v(正)(填“”、“=”或“”)v(逆)。该温度下反应达到平衡时，co2的转化率为。19. 已知a(g)+b(g)c(g)+d(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/70090083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式k=，h(填“”或“=”)0。(2)830时，向一个5l的密闭容器中充入0.20mola和0.80molb，如反应初始6s内a的平均反应速率v(a)=0.003moll-1s-1，则6s时c(a)=moll-1，c的物质的量为mol；若反应一段时间后，达到平衡时a的转化率为。(3)判断该反应是否达到平衡的依据为(填字母)。a. 压强不随时间改