化学选修4第三课时化学平衡常数

第三课时化学平衡常数eq\a\vs4\al(化学平衡常数)1．概念在一定温度下，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，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)，在一定温度下，K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。3．特点K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，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正向反应进行的程度越大，反应进行得越完全，反应物转化率越高；反之，就越不完全，转化率就越低。一般来说，当K＞105时，该反应进行得就基本完全了。5．转化率的计算公式某个指定反应物的转化率＝eq\f(指定反应物的起始浓度－指定反应物的平衡浓度,指定反应物的起始浓度)×100%。[特别提醒]代入平衡常数表达式进行计算的是物质的平衡浓度而不是初始浓度和变化浓度。1．对于可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其平衡常数K的表达式是什么？若保持其他条件不变，分别增大压强、增大N2浓度，平衡如何移动？平衡常数K如何变化？提示：K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)；增大压强，增大N2的浓度，平衡均向正反应方向移动，但平衡常数K不变。2．已知反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数是K，则反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数是什么？反应eq\f(1,2)H2(g)＋eq\f(1,2)I2(g)HI(g)的平衡常数是什么？提示：eq\f(1,K)，Keq\f(1,2)。3．催化剂能够改变化学反应速率，对化学平衡常数有什么影响？提示：不能改变化学平衡常数。对化学平衡常数的理解(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和纯液体存在时，由于其浓度可看做常数“1”而不代入表达式。(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。如N2＋3H22NH3K＝a，则有2NH3N2＋3H2K′＝eq\f(1,a)eq\f(1,2)N2＋eq\f(3,2)H2NH3K″＝aeq\f(1,2)1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度()(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，则正反应为放热反应()(4)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()(5)从平衡常数的大小可以推断一个反应的进行程度()2．某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2为()A．2500 B．50C．0.02 D．0.002eq\a\vs4\al(化学平衡常数的应用)1．判断可逆反应进行程度的大小2．判断反应的热效应(1)升高温度eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(K值增大→正反应为吸热反应,K值减小→正反应为放热反应))(2)降低温度eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(K值增大→正反应为放热反应,K值减小→正反应为吸热反应))3．判断可逆反应是否平衡及不平衡时的反应方向对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：Qc＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Qc＜K，反应向正反应方向进行,Qc＝K，反应处于平衡状态,Qc＞K，反应向逆反应方向进行))4．计算反应物的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．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/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6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________反应(填“吸热”或“放热”)。解析：(1)依据反应的化学方程式可知K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)。(2)从表格中数据可知，升高温度，K值增大，故该反应为吸热反应。[方法技巧]“始、变、平”三部曲解题模式①写出化学反应方程式(配平)。②根据题意，依次列出各反应物和生成物的物质的量浓度(或物质的量)的起始量、变化量、平衡量，未知量可以设未知数表示。变化量＝起始量－平衡量③根据变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，列关系式，计算出未知量。④把平衡量(物质的量浓度)代入化学平衡常数公式求解。[三级训练·节节过关]1．t℃时，某平衡体系中含有X、Y、Z、W四种物质，此温度下发生反应的平衡常数表达式为K＝eq\f(c2Y,cZ·cW)。有关该平衡体系的说法正确的是()A．当混合气体的平均相对分子质量保持不变时，反应达平衡B．增大压强，各物质的浓度不变C．升高温度，平衡常数K增大D．增加X的量，平衡既可能正向移动，也可能逆向移动2．下列有关平衡常数的说法中，正确的是()A．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数也一定增大B．反应2NO2(g)=N2O4(g)ΔH＜0，升高温度该反应平衡常数增大C．对于给定可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数相等D．平衡常数为K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)的反应，化学方程式为CO2(g)＋H2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热))CO(g)＋H2O(g)3．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为()A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和eq\f(1,K2)4．有科学家正在研究用碳与一氧化氮反应处理环境问题：C(s)＋2NO(g)CO2(g)＋N2(g)ΔH(1)实验方案中有下列措施：①采用加热提高反应速率②使用催化剂提高反应速率③使用加压提高NO的转化率④使CO2转化成干冰从体系中脱离提高NO的转化率；其中你认为可行的是________________。(2)这个反应的平衡常数表达式是________________。(3)在恒容恒温密闭容器中，科学家得到下列实验数据：eq\a\vs4\al(物质)浓度(mol·L－1)eq\a\vs4\al(时间min)NON2CO200.10000100.0580.0210.021200.0400.0300.030300.0400.0300.030求出该反应在该温度下的平衡常数K＝____________。(4)若在(3)的实验中，30min时开始升温，36min时达到平衡，测得NO的转化率变为50%，则该反应的ΔH____0(填“＞”“＜”或“＝”)，判断的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)若科学家在30min后改变了某一条件，反应进行到40min时达到平衡，浓度分别为c(NO)＝0.032mol·L－1，c(N2)＝0.034mol·L－1，c(CO2)＝0.017mol·L－1，则改变的条件可能是________________________________________________________________________，判断的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。1．下列关于平衡常数K的说法中，正确的是()①平衡常数K只与反应本身及温度有关②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K③加入催化剂不改变平衡常数K④平衡常数K只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关A．①② B．②③C．③④ D．①③2．可逆反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在t℃下达到平衡，其平衡常数可表示为()A．K＝eq\f(cC·cH2O,cCO·cH2) B．K＝eq\f(cCO·cH2,cC·cH2O)C．K＝eq\f(cH2O,cCO·cH2) D．K＝eq\f(cCO·cH2,cH2O)3．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值分别是①H2＋F22HFK＝1047②H2＋Cl22HClK＝1017③H2＋Br22HBrK＝109④H2＋I22HIK＝1比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是()A．①②③④ B．④②③①C．①④③② D．无法确定4．对于可逆反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，在一定温度下其平衡常数为K。下列条件的变化中，能使K值发生变化的是()A．将C(s)的表面积增大 B．增大体系的压强C．升高体系的温度 D．使用合适的催化剂5．某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝eq\f(cA·c2B,c2E·cF)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加。下列说法中正确的是()A．增大c(A)、c(B)，K增大B．降低温度，正反应速率增大C．该反应的焓变为负值D．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)6．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为()A．9 B．16C．20 D．257．高温、催化剂条件下，某反应达到平衡，平衡常数K＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)。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．恒温恒容下，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＋H2Oeq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(高温))CO2＋H28．已知反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数K值与温度的关系如表所示。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.20molA和0.20molB,10s时达到平衡。下列说法不正确的是()温度/℃7008301200K值1.71.00.4A．达到平衡后，B的转化率为50%B．增大压强，正、逆反应速率均加快C．该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动D．反应初始至平衡，A的平均反应速率v(A)＝0.005mol·L－1·s－19．某校课外活动小组利用NO2与N2O4的反应来探究温度对化学平衡的影响。已知：2NO2(g)N2O4(g)ΔH(298K)＝－52.7kJ·mol－1(1)该化学反应的平衡常数表达式为_______________________________________。(2)该小组的同学取了两个水槽A和B，分别加入相同浓度的NO2与N2O4的混合气体，中间用夹子夹紧，并将A和B浸入到已盛有水的两个水槽中(如下图所示)，然后分别向两个水槽中加入浓硫酸和NH4NO3固体。请回答：①A中的现象为________________。②由上述实验现象可知，降低温度，该反应化学平衡向____________(填“正”或“逆”)反应方向移动。③升高温度，该反应的化学平衡常数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。10．在一定温度下，发生反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：温度/℃100011501300平衡常数64.050.742.9请回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式K＝______，ΔH______0(填“＜”“＞”或“＝”)。(2)在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol，反应经过10min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v(CO2)＝________，CO的平衡转化率为________。(3)1000℃时，在(2)的平衡体系中，各加0.5molCO和0.5molCO2，v正________v逆(填“＜”“＞”或“＝”)，平衡向________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。化学反应速率和化学平衡图像1．“渐变”类v­t图——浓度对化学反应速率的影响图像Ⅰ中，v′(正)突变，而v′(逆)渐变，t1时刻图像中有一条线是连续的，且v′(正)＞v′(逆)，说明t1时刻改变的条件是增大了反应物的浓度，使v′(正)突变，平衡正向移动。图像Ⅱ中，v′(正)渐变，v′(逆)突变，t1时刻图像中有一条线是连续的，且v′(正)＞v′(逆)，说明t1时刻改变的条件是减小了生成物的浓度，使v′(逆)突变，平衡正向移动。2．“断点”类v­t图——温度(或压强)对化学反应速率的影响图像Ⅰ中，v′(正)、v′(逆)都是突然增大的，t1时刻，图像中出现了“断点”，且v′(正)＞v′(逆)，平衡正向移动，说明该反应的正反应可能是吸热反应(或气体总体积减小的反应)，改变的外界条件是升高温度(或增大压强)。图像Ⅱ中，v′(正)、v′(逆)都是突变小的，t1时刻，图像中出现了“断点”，且v′(正)＞v′(逆)，平衡正向移动，说明该反应的正反应可能是放热反应(或气体总体积增大的反应)，改变的条件是降低温度(或减小压强)。3．“平台”类v­t图——催化剂(或压强)对化学反应速率的影响图像中v′(正)、v′(逆)都是突然增大，且增大的程度相同，t1时刻，图像中出现了“平台”，化学平衡不发生移动，改变的条件可能是使用了催化剂也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应增大了压强。1．某密闭容器中发生如下反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)ΔH＜0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是()A．t2时一定加入了催化剂B．t3时减小了压强C．t5时可能升高了温度D．t4～t5时间内转化率最低2．下图为反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1，在某段时间t0～t6中反应速率与反应过程的曲线图，则氨的百分含量最高的一段时间是()A．t0～t1 B．t2～t3C．t3～t4 D．t5～t6eq\a\vs4\al(化学平衡图像)1．百分含量(或转化率)－时间－温度(或压强)图像(1)图像展示(2)解题原则——“先拐先平数值大”。在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较