第09讲化学平衡常数（学生版）高二化学讲义（人教2019选择性必修1）

第09第09讲化学平衡常数知识导航知识导航课前引入在在457.6℃时，反应体系H2(g)+I2(g)2HI(g)总各物质的浓度如下表所示：起始浓度/mol•L1平衡浓度/mol•L1平衡时c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)c1.197×1026.944×10305.617×1035.936×1041.270×10248.371.228×1029.964×10303.841×1031.524×1031.687×10248.621.201×1028.403×10304.580×1039.733×1041.486×10249.54001.520×1021.696×1031.696×1031.181×10248.49001.287×1021.433×1031.433×1031.000×10248.70003.777×1024.213×1034.213×1032.934×10248.50c248.70观察上表中的已知数据，思考：化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？知识精讲知识精讲一、浓度商的概念与表达式1．浓度商的概念在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，称为浓度商，常用Q表示。2．表达式对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)浓度商Q＝_______二、化学平衡常数的概念与表达式1．化学平衡常数的概念在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，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，该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．表达式对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，化学平衡常数K＝。注意（（1）在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，都为浓度商，而化学平衡常数，则是在一定温度下，可逆反应达到平衡时的浓度商。当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明该反应已达到化学平衡状态。（2）固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。（3）关于H2O的浓度问题：当H2O为液态时，其浓度为固定常数，不能代入平衡常数表达式；当H2O的是气态时，则需要代入平衡常数表达式。及时小练写出下列反应的化学平衡常数：写出下列反应的化学平衡常数：（1）2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)K=_________________________（2）4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)K=_________________________（3）H2(g)+I2(g)2HI(g)K=_________________________（4）C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)K=_________________________三、平衡常数的影响因素及意义1．化学平衡常数的影响因素化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下只受________影响。2．化学平衡常数的意义（1）通常，K越大，说明平衡体系中________所占的比例越大，______反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。（2）一般来说，当K＞______时，该反应就进行得基本完全了。3．化学平衡常数的应用判断正在进行的可逆反应进行的方向（1）Q<K：反应向正反应方向进行，v正>v逆；（2）Q=K：反应处于化学平衡状态，v正=v逆；（3）Q>K：反应向逆反应方向进行，v正<v逆。思考与交流分别写出下列方程式的平衡常数表达式，并思考，分别写出下列方程式的平衡常数表达式，并思考，K1、K2、K3之间有何关系？H2(g)+I2(g)2HI(g)K1=_________2HI(g)H2(g)+I2(g)K2=_________2H2(g)+2I2(g)4HI(g)K3=_________四、平衡常数与方程式的关系1．对于同一可逆反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数；2．若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或eq\f(1,n)次幂。3．若干方程式相加，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积；若干方程式相减，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之商。举个例子已知方程式已知方程式A(g)C(g)K1和B(g)D(g)K2用K1、K2表示下列反应的平衡常数。（1）C(g)A(g)K3=__________（2）2B(g)2D(g)K4=__________（3）A(g)+12B(g)C(g)+12D(g)K（4）2A(g)+D(g)B(g)+2C(g)K6=__________对点训练对点训练【变12】对于可逆反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(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发生变化的是A．缩小容器体积 B．降低体系温度C．保持体积不变，充入O2 D．使用合适的催化剂【例2】对于3Fe(s)+4H2O(g)⇌Fe3O4(s)+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式为()A.K=B.K=C.K=D.K=题型二：平衡常数与方程式的关系【变31】已知下列反应的平衡常数：①S(s)＋O2(g)SO2(g)，K1；②H2(g)＋S(s)H2S(g)，K2；则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是A．K1K2 B．K2K1 C．K2/K1 D．K1/K2【变33】化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数数值如下：2NO(g)N2(g)+O2(g)K1=1×10302H2(g)+O2(g)2H2O(g)K2=2×10812CO2(g)2CO(g)+O2(g)K3=4×1092以下说法正确的是()A.常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1=B.常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的进行程度由大到小的顺序为NO>H2O>CO2C.常温下，水分解产生O2,此时平衡常数的数值约为5×1080D.以上说法都不正确题型三：平衡常数与“三段式”的计算【变41】在800℃时，体积为1升的密闭容器中，下列可逆反应达到化学平衡状态：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，已知CO和H2O(g)的初始浓度为0.01mol·L1时，H2平衡浓度为0.005mol·L1.若此时再加入0.02mol·L1的H2O(g)，重新达到平衡时，H2平衡浓度为A．0.025mol·L1 B．0.0075mol·L1 C．0.005mol·L1 D．0.015mol·L1【变43】已知可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，K为平衡常数，只与温度有关，与浓度无关。(1)830K时，若起始浓度：CO为1mol•L1，H2O为1.5mol•L1，平衡时CO转化率为60%，则H2O的转化率为：_________；K值为：_________(2)830K时，若起始浓度改为：CO为1mol•L1，H2O为3mol•L1，平衡时H2O的转化率为：_____________；题型四：化学反应速率与化学平衡综合【例5】时，将气体放入密闭容器中，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)，实验数据如图。已知与的消耗速率与各自的分压有如下关系：A．混合气体的密度始终保持不变B．a点v(正)>v(逆)C．前D．该温度下反应的平衡常数Kp与k1、k2间的关系为Kp·k2=k1【例7】(I)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1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的平衡常数K3为(Ⅱ)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/℃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)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是A.容器中压强不变B.混合气体中c(CO)不变C.v正(H2)=v逆(H2O)D.c(CO2)=c(CO)(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为℃(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2mol·L1,c(H2)为1.5mol·L1,c(CO)为1mol·L1,c(H2O)为3mol·L1,此时反应达到平衡(填“是”或“否”)。提分特训提分特训【题1】对于可逆反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(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发生变化的是A．缩小容器体积 B．降低体系温度C．保持体积不变，充入O2 D．使用合适的催化剂【题2】据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列叙述正确的是（）A．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量等于1mol氢分子所具有的能量B．当v(CO2)=2v(CH3CH2OH)时，反应一定达到平衡状态C．当平衡向正反应方向移动时，平衡常数一定增大D．增大压强，可提高CO2和H2的转化率【题3】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．10.7 B．8.5C．9.6 D．10.2【题4】某温度下，反应SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)的平衡常数K1=50,在同一温度下，反应SO3(g)SO2(g)+O2(g)的平衡常数K2的值为（）【题6】高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：FeO（固）＋CO（气）⇌Fe（固）＋CO2（气）ΔH＞0（1）则该反应中平衡常数表达式K＝_________________（2）已知1100℃时K＝0.263。温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值_______平衡常数K值___（均填增大，减小或不变）.（3）1100℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025mol·L－1，c(CO)＝0.1mol·L－1，在这种情况下，该反应是否处于平衡状态________（选填是或否），此时化学反应速率v正____v逆（选填＞，＜，＝）。【题7】I.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1/2H2(g)＋I2(g)HI(g)的平衡常数K3为____________。II.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/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）该反应的逆反应为____________(填“吸热”或“放热”)反应。（2）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是____________。A．混合气体中c(CO)不变B．c(CO2)＝c(CO)C．v正(H2)＝v逆(H2O)D．容器中压强不变（3）某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)•c(H2)＝c(CO)•c(H2O)，试判断此时的温度为____________℃，在此温度下，加入2mol的CO和3mol的H2，达到平衡时，CO的转化率为____________。（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2mol•L－1，c(H2)为1.5mol•L－1，c(CO)为1mol•L－1，c(H2O)为3mol•L－1，则下一时刻，反应将____________(填“正向”或“逆向”)进行。提分作业提分作业【练1】下列关于平衡常数K的说法正确的是（）A．加入催化剂可能会改变平衡常数KB．改变反应物浓度能改变平衡常数KC．平衡常数K与反应本身及温度有关D．K越大，反应物的转化率越小【练2】某温度时，N2+3H22NH3的平衡常数K=a，则此温度下，NH31/2N2+3/2H2的平衡常数为A．a(1/2) B．a C．(1/2)a D．a2【练3】已知下列反应的平衡常数：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)K1；②NO(g)+12O2(g)NO2(g)K则反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)的平衡常数为（）A．K1+K2 B．K2﹣K1 C．K1K2 D．K1×【练4】在一定条件下，有下列分子数相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是①H2+F22HF K＝1047②H2+Cl22HCl K＝1017③H2+Br22HBr K＝109④H2+I22HI K＝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．④②③① C．①④③② D．无法确定【练5】合成氨反应N2(g)