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文档简介

1、第3课时化学平衡常数学习目标导航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)rnr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,生成物浓度哥之积与反应物浓度逆之区的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数,通常用符号k表示。4 .表达式对于一般的可逆反应mA(g) + nH (芸)pC(g) + qD(g),平衡常数的表达式为K=cp ,cq Dcm A cn E °5 .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。6 .意义K值越大一

2、平衡体系中生成物所占的比例越大?正面反应进行的程度越大一反应进行 得越完全一反应物的转化率越大;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:CO(g) +等尻)+ H2O(g),其化学平衡常数(忖和温度(t)的关系如下表所示:t / C7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6问题思考:18(1)该反应的化学平衡常数 K的表示式是什么?【提示】c ,c 11<1 c 1O2 tc lb(2)该反应A H>0还是A H<0?【提示】A H>0o该反应为吸

3、热反应(因K随温度升高而增大)。700 C, CO(g)+HO(:()2(g) +H2(g)的平衡常数 K是多少?15 【提足 "诏=3。该反应平衡常数与题目中反应的平衡常数互为倒数。 在800 c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(CQ)为2mol L , c(H2)为 1.5 mol ”,c(CO)为 1 mol L , c(H2。)为-13 mol L ,则下一时刻,反应向哪个万向进行?【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,1=1>0.9 ,所以反应向逆反应方向进行。c CO c 1121 mol - L 1 x

4、3 molQ= c CO2 I c lb 2 mol - L 1x 1.5 mol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。(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 N2+3H22N1L K= a则有:2NH 上+3建,K' =1/a。132N2+2HNH, < =而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

5、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 nA(g) + nB4)pC(g) + qD(g)在任意状态下,生成物的浓度和反应物cp,cq的浓度之间的关系用 Q= cm A . cn j表示,则:当Q= K时,反应处于平衡状态,Y正=Y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<7逆。(4)计

6、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) + H2Q信)Ot"g)+Hb(g)A H>0,下列有关说法正确的是 (),c仃ic 2A.平衡常数表达式为 K=c厂cc2l|B.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

7、,平衡不移动,D项错误。【答案】B2. 1 000 C时,FeO(s) + H2FelsJ + H2O, K= 0.52。欲使容器中有 1.0 mol FeO 被还原,反应前容器中应充入a mol H 2。则a的值最接近()A. 1.0B, 2.0C. 3.0D. 4.0【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 C时,水是气态。当容器中有1.0 mol FeO被还原时,有1.0 mol H 2参与反应,生成1.0 mol H 2O。设容器容积为 V L,则平衡时c(HzO)=1/V mol/L ,1Vc(H2) =(a

8、1)/V mol/L。K= c(HzO)/c(H2)=0.52,解得 a=2.9 , C选项正确。V【答案】C3.已知在448 C时,反应Hk(g) + 122111M的平衡常数 K为49,则该温度下反11应2111 (g:12(g) + 12(g)的平衡吊数 K为;反应2H2(g) +-I 2/HI遭,的平衡常数&为。【导学号:29910027】【解析K= ni =49, 则该温度下 K = L(ri- = Jc 2 1c 2cKi 4<c(Hl)"7l -T=d (乩)浮(%)=平=7。-1【答案】-7题组2化学平衡常数的应用4.下表为M(g) +3代同2Nll3(

9、g)A H的平衡常数与温度的关系:T/K373473573673773K93.35 X 101.00 X 10752.45 X 10_ 41.88 x 1032.99 X 10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”),A 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”),A H 0(填“ >"或“ <”)。【解析】由K=-. 世 |可知,升高温度 K值减小,说明平衡逆向移动,则c '.2 I C 2正反应为放热反应,由此得出规律:升温,K值减小,正

10、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 CO2和2 mol H 2混合于2 L的密闭容器中,发生如下反应:CO(g) +H2(g)CO(g)+HO(g)(1)该反应的化学平衡常数表达式K=。(2)已知在700 C时,该反应的平衡常数Ki =0.5,则该温度下反应CO(g) +11.11片)d)2(g) + Hb(g)的平衡常数K2=,反应CO(g) +qHA苧2CO(g)+-H2O(g)的平衡常数 &=。(3)已知在1 000 C时,该反应的平衡常数K4=1.0 ,则该反应为 反应(填“吸热”或“放热”),A H

11、 0(填“>”或“ <”)。(4)在1 000 C下,某时刻 CO的物质的量为 2 mol ,则此时v(正)v(逆)(填“>”c c fl【解析】(1)根据化学平衡常数的概念K= c Q c I2(2) K2=cLO2f c 112CO *c 112=K1=0T=2&=学3誓=师=而高=?c2 (C(X) * c2 (H0)o(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。CO(g) +HH出:COg)+ H2Q(g)起始/mol :3变化/mol :1某时刻/mol:2所以 c(CQ) = 0.5 mol/L200111111c(H2Q)=0.5 mo

12、l/Lc(CQ2) = 1 mol/L , c(H2) = 0.5 mol/L40.5X0.51故 1X0.5 =2<K000 c = 1.0反应应向正反应方向进行,所以v(正)>v(逆)。c n , c ii2i2【答案】c 12 1ch222吸热>(4) >rm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=n X 1。*萨X 1。其中An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,A 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)a mol、(1)对于反应nA(g)+nBCGpC(g)+qD(

13、g),初始时A、B的物质的量分别为b mol ,达到平衡后,有 mxmol的A发生反应,则计算模式为nA(g) + nBpC(g) + qD(g)起始里/molab00变化量/molmxnxpxqx平衡量/mola mxb nxpxqx(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)+、W)l1*)+Q(g)AH>0。某温度下,反应物的起始浓度分别为:c(M) = 1 mol L 1, c(N) =2.4

14、 mol L 一。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】初始1浓度M(g) +*或2.4 00【"/+ Q(g)1 x 60%1 x 60% 1 x 60% 1 x 60%平衡浓度0.41.80.60.6由三段式得N的平衡浓度为1.8 mol L(2)若反应温度升高,该反应的平衡移动吗?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 L 1, c(N) = a mol Lt;达到平衡后,c(P) =2

15、mol - L 1,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,0.6 X0.62X2K= 0.4 x 1.8 = 4-2 x a-2=2解得a= 6即反应物N的起始浓度为6 mol L 1o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(a )的影响温度或压强改变后

16、,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(a )的影响 反应物不止一种时,如mA(g) +nB&。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 (A)减小,a (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 m+ n=p+q 时,a (A)、a (B)不变当 mi+ n>p+ q 时,a (A)、a (B)增大bB(g) +cC(g)增大c(A),其影响结果相当于增大100%产物的量包括物质的量、质量、气体体积、当 mun

17、<p+ q 时,a (A)、a (B)减小(2)反应物只有一种时,如a.岂苗压强,当a = b+c时,a (A)不变当a>b+c时,a (A)增大当a<b+c时,/(A)减小+实际生成产物的量5,广物的广率: 理论可得产物的量 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:2SO+ Q测得平衡时SO的浓度为0.5 mol L -1。则此条件下的平衡常数K为()A. 4B. 0.25C. 0.4D. 0.2【解析】 2SO 2+ Q! 找出初(mol L I : 10.5 0转(mol L b : 0.5 0.25

18、0.5平(mol L b : 0.5 0.25 0.5c2 5a0.5 2K= c2 S:|c。2 = 0.5 2X 0.25 = 4°2.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)+HaO(力2(g) +Hz(g)达到平衡时,水蒸气的体积分数与Ha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土相对分子质量为24【解析】设达到平衡时,反应掉 CO的体积为X。CO(g) + HO(g)CO(g) + H2(g)起始:30 mL 2

19、0 mL 00变化: x x x x平衡:30 mL-x20 mL x xx由题意知:20 mL x = x,故 x=10 mL故平衡后co的体积分数为30 mL 10 mLxi00%=40%, co的转化率为10mL50 mL30 mL10 mLX100K33.3%, H2O的转化率为 -X100%= 50%平衡后混合气体的平均相对分子质量不20 mL变,仍为30X28+20X1850= 24。【答案】B3.默基硫(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 com HS混合加热并达到下列平衡:CO(g)+由COS(g)+H2(g) K= 0.1

20、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,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HaS物质的量为7 molD. CO的平衡转化率为 80%【解析】A.升高温度,HbS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HaS的物质的量为a mol ,容器的容积为1 L ,列“三段式”

21、进行解题:CO(g) + Hb-C优 +Hb(g)起始物质的量浓度 mol , L 110 a转化物质的量.2222浓度mol , L平衡物质的量浓度明|*|8 a 2 2X2. .化学平衡常数 2 A, q "1,解得a=7,故正确。 由凡 a4D. CO的平衡转化率为10 mol 8 mo1 X100%r 20% 故不正确。10 mol【答案】C4.对可逆反应aA(g) +bE斡)cC(g) +dD(g),达到平衡时,各物质的物质的量浓度cccd应满足以下关系:一Cjj-=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)+闺匕)(:02(g)+H

22、2(g)AH<0,在850c时,K=1。(1)若升高温度到950 C,达到平衡时K(填“大于”、“小于”或“等于" )1。(2)850 C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 molCO和 x mol H 2,则:当x=5.0时,上述平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。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)对于放热反应,升高温度,平衡左移,K值变小。c(2) 0= c口2 f c 112CO,c 1团=1.05.0.XVV3.01.0 .XVV5.030>1此时,v逆>v

23、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.1. . . 一 一、1 . 2 000 K 时,反应 CO(g) + 2Qm(乩 的平衡常数为 K,则相同温度下反应2CO旧 式+O(g)的平衡常数 K'为()1 A.KC.K2D.2(,)2(g)的平衡常数为K2,那么2 000Kh【解析】2 000 K时,可逆反应2CO(g)+Q(£)K时,可逆反应2CO(U 2(:。+Q(g)的平衡常数K'为(,C项正确。【答案】C2

24、 .放热反应 CO(g)+H:C()2(g) + Ha(g)在温度 ti 时达到平衡,Ci(C0)=Ci(H2。)= 1.0 mol L 1,其平衡常数为 Ki。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),平衡常数为则()A. K2和K的单位均为mol L 1B. K2<KC. C2(CO)>C2(H2O)D. ci(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 - L 1, A项错误;该反应是放热反应,升高温度平衡左移,所以K2<K, B是正确的;本反应是等摩尔的 CO

25、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Ci(CO)大,D项错误。【答案】B3 .已知298.15 K时,可逆反应:Pb2 (aq) + Si乂上) Ph +Sn2 (aq)的平衡常数 K = 2.2 ,若溶液中Pb2+和Sn"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】Q=5T2+z: r =1<K= 2.2 , 故反应未达至U平衡,反应向右c Pb 0.10 mol进行。【答案】A4 . 298 K时,各反应

26、的平衡常数如下:N2(g) +Q 2N()(gJ K= 1 X 10 30; 2H2(g) +Q(g)2 HO(g)K= 2X1081;92 2CO(g)2CO(g) + Q(g) K= 4X10 ,则常温下,NO H2。CO这三个化合物分解放氧的倾向最大的是()A.B.C.D.无法判断【解析】 要判断NOCO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:"NMg)%(g) +Q(g) K= 1X103°2H2。如2(g) +Q(g)K= 5X10 822CO 出口+Q(g) K= 4X10 92平衡常数越大,表示反应进行得越彻

27、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) + CuOs;O(g) +Cu(s)和反应:HKg) + CulMs)CW+ HO(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为 K和该温度下反应:CO(g) +加器)(X)2(g) 十代的平衡常数为(则下列说法正确的是()A.反应的平衡常数K=c期该反应平衡常数表达式为K= '当某时刻c h: Ic3 H2K(填“<”、">”或“=")时,反应向右进行。 J c 株c I U , c I J1.1B.反应的平衡常数K= K1K2C.对于反应,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的始变

28、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H2浓度减小,则平衡左移,即应,因此平衡常数 K=捻,B正确;反应中,温度升高,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此增大压强,如充入惰性气体,则平衡不移动,【答案】 B11、6 .在一定温度下,反应2H2(g) +3X2(图通入体积为1.0 L的密闭容器中,在该温度时51182010】A. 5%AH<0, C错误;对于反应,在恒温恒容下,Hk的浓度不变,D错误。HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)HX(g)的最大分解率接近于()【导学

29、号:B. 17%C. 25%D. 33%【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 。2H2(g)+2X2(g)HX(g)c 始(mol/L)001c 变(mol/L)xx2xc 平(mol/L)xx1 2x111 2x12x 110解得x=12,得出HX的分解率为 彳=6=17%C. 15%【解析】达到平衡时,Hk转化的物质的量为 8 molX25%R 2 mol。在一定条件下,N2与H2发生反应:N2+3H一定条件2NH3起始物质的量/mol28024转化物质的量/mol323平衡物质的量/mol46433同温同压下,气体的体积比等于其物质的量之比,故平

30、衡时氮气的体积分数为4一 mol344X 100险 15%-mol + 6 mol+ - mol33【答案】C8.工业合成氨Nb(g) +3屋(a2Mll3(g)反应过程中的能量变化如图所示,据图回答下列问题:反应过程(2)反应向右进行,说明C2此C 52 Ic* 2 3 4112<K(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(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 c时反应正向进行的程度大,即450 c对应的平衡常数 K大。(4)高温使化学平衡逆向移动,Hb转化率降低,a不合理;催化剂对平衡无影响,b不合理;增加

31、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 NH,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)cc2 Mb.2C32(3)>(4)ce9.已知可逆反应C8 H2O(g)局温c 门CO+Hk,达到平衡时,K= c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(H 2O) = 3 mol/L ,平衡时 CO的转化率为 60%水蒸气的转化率为(2)830 K时,若只将起始时,c(H2O)改为6 mol/L ,则水蒸气的转化率为(3)若 830 K时,起始浓度 c(CO) = a mol/L , c(HzO)=b mol/L , Hk的平衡浓度 c(H2) =c mol/L。当a= b时,a=a、b、c之间的关系式是【解析】(1)CO+ H2O(g)CO+H2起始浓度(mol/L)2300转化浓度(mol/L)1.21.21.21.2平衡浓度(mol/L)0.81.81.21.21.2 X 1.21.2= 0.8 X1.8 = 1,a (H2O)= X100* 40%

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