2.2.3化学平衡常数（原卷版）

专题2化学反应速率与化学平衡第二单元化学反应的方向和限度第3课时化学平衡常数1．了解化学平衡常数的概念，会写化学平衡常数的表达式。2．了解平衡转化率的含义。3．学会运用平衡常数进行相关的计算。重点：化学平衡常数的概念及意义；化学平衡常数的计算。难点：化学平衡常数的计算。1．化学平衡常数的概念和表达式对于可逆反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在_______一定时，无论起始浓度如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度满足以下关系式：K=_____________________该结果是一个常数，此常数称为化学平衡常数，简称平衡常数，用字母_____表示。固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为_______，其浓度不列入平衡常数表达式。2．化学平衡常数的意义【交流讨论】已知：25℃时，卤化氢生成反应的平衡常数如下表：化学方程式平衡常数KF2＋H22HF6.5×1095Cl2＋H22HCl2.57×1033Br2＋H22HBr1.91×1019I2＋H22HI8.67×102平衡常数的大小能说明反应进行的_______(也叫反应的_______)。K值越大，表示反应进行得越_______，当K>105时，该反应进行得基本完全了。3．化学平衡常数的影响因素(1)内因：不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学平衡常数的______________。(2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受_______影响。已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡常数与温度的关系如下：T/K373473573673773K3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103①放热反应，温度升高，K值_______；②吸热反应，温度升高，K值_______。【名师点拨】对平衡常数的理解(1)反应物和生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。(2)平衡常数K只受温度的影响，当温度不变时，K值不变。二、平衡转化率1．平衡转化率的概念某一反应的平衡转化率α等于该物质在反应中的已转化量（如物质的量、物质的量浓度等）与该物质起始总量的比值，可表示为：α=eq\f(该反应物的起始总量该反应物的平衡量,该反应物的起始总量)×100%2．平衡转化率的意义反应的平衡转化率表示在一定_______和一定_______浓度下反应进行的限度。【名师点拨】对于可逆反应：aA＋bBcC＋dDαA＝eq\f(A的起始浓度－A的平衡浓度,A的起始浓度)×100%＝eq\f(c0(A)－c平(A),c0(A))×100%αA＝eq\f(A的起始物质的量－A的平衡物质的量,A的起始物质的量)×100%＝eq\f(n始－n平,n始)×100%平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。三、化学平衡的有关计算1．计算模型——三段式法aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c(初)(mol·L－1)xy00Δc(mol·L－1)ambmcmdmc(平)(mol·L－1)xamybmcmdm2．解题思路(1)设未知数：具体题目要具体分析，一般设某物质的转化量或转化率为x。(2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者之间的关系，代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按（1）中“模式”列表。(3)解题设问题：明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，求出题目答案。3．基本计算关系(1)各物质的物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。(2)反应物的转化率＝eq\f(Δc,c初)×100%＝eq\f(Δn,n初)×100%。(3)反应产物的产率＝eq\f(该物质的实际生成量,该物质的理论生成量)×100%。(4)平衡时B组分的体积分数＝平衡时B组分的物质的量分数＝eq\f(n平(B),n总)×100%。【观察思考】反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，计算：(1)在该温度下，此反应的平衡常数。(2)若相同条件下，SO2(g)的起始浓度增大到3mol·L－1，NO2(g)的起始浓度仍为2mol·L－1，则SO2(g)、NO2(g)的转化率变为多少？(3)对比(1)与(2)中的数据，增大SO2的浓度，SO2与NO2的平衡转化率如何变化？(4)试想，增大NO2的浓度，SO2与NO2的平衡转化率又如何变化？【特别提醒】(1)在一定温度下，一个具体的化学反应，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同。(2)多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变()(2)K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大()(3)K值越大，该可逆反应的速率越快()(4)K值越大，反应越容易进行()2．写出下表中各反应的平衡常数表达式：化学方程式平衡常数表达式2NO2(g)N2O4(g)3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO3．已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下：①C(s)＋CO2(g)2CO(g)ΔH1K1②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)ΔH2K2③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH3K3则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝_________，K1、K2、K3三者关系为K3＝________。4．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__________(填“吸热”或“放热”)反应。(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__________℃。该温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为__________。5．硫的氧化物和氮的氧化物均是大气的主要污染物质。已知，在一定条件下，硫的氧化物和氮的氧化物可以反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下：(1)该温度下，此反应的平衡常数K=_________(2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2mol·L－1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。①c(SO3)＝__________mol·L－1，c(SO2)＝__________mol·L－1。②α(SO2)＝__________，α(NO2)＝__________。►问题一化学平衡常数【典例1】对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示：编号反应平衡常数反应热反应①A(g)B(g)＋C(g)K1ΔH1反应②B(g)＋C(g)D(g)K2ΔH2反应③A(g)D(g)K3ΔH3下列说法正确的是()A．K3＝K1＋K2B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变【解题必备】平衡常数的表达式的书写(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)纯液体和固体的浓度为常数，不写入平衡常数表达式。例如：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝eq\f(c(CO)·c(H2),c(H2O))；FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)K＝eq\f(c(CO2),c(CO))。(3)书写形式与化学方程式的书写有关。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1=eq\f(c2(NH3),c(N2)·c3(H2))；eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2=eq\f(c(NH3),c1/2(N2)·c3/2(H2))；NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)的平衡常数为K3=eq\f(c1/2(N2)·c3/2(H2),c(NH3))。则K1和K2的关系式为K1=K22；K2和K3的关系式为：K2·K3=1；K1和K3的关系式为：K1=eq\f(1,K32)。【变式11】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，某些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＝4×10－92下列说法正确的是()A．常温下，反应2H2O(g)O2(g)＋2H2(g)的平衡常数为5×10－80B．常温下，最易分解放出O2的是水C．K3＝eq\f(c2CO·cO2,c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2)))D．以上都不正确【变式12】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)►问题二化学平衡的有关计算【典例2】将6molA和5molB混合于4L密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)nC(g)＋2D(g)，5s后反应达到平衡状态，生成2molD和2molC，则下列结论中不正确的是()A．该温度下反应的化学平衡常数为eq\f(4,27)B．n值等于2C．平衡时B的浓度为1mol·L－1D．平衡时B的转化率为50%【解题必备】用“三段式法”进行化学平衡的计算要注意的问题：(1)变化量的比值一定等于化学方程式中的系数之比，但是达到平衡时各组分的量的比值不一定等于方程式中的系数之比。(2)进行有关计算时，可用物质的量浓度，也可用物质的量。【变式21】在一定温度下的密闭容器中，加入1molCO和1molH2O发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)＝0.5mol，下列说法不正确的是()A．在该温度下，反应的平衡常数K＝1B．平衡常数与反应温度无关C．CO的平衡转化率为50%D．平衡时n(H2O)＝0.5mol【变式22】在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在500℃时，平衡常数K＝9。若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02mol·L－1，则在此条件下CO的转化率为()A．25%B．50%C．75%D．80%1．下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是()A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变C．化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关D．由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度2．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发生变化的是()A．将C(s)的表面积增大 B．增大体系压强C．升高体系温度 D．使用合适的催化剂3．已知下列反应的平衡常数：①H2(g)＋S(s)H2S(g)，K1；②S(s)＋O2(g)SO2(g)，K2；则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是()A．K1＋K2B．K1－K2C．K1×K2D．eq\f(K1,K2)4．下列有关平衡常数的说法正确的是()A．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数一定增大B．反应：2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，增加c(N2O4)，该反应的平衡常数增大C．对于给定的可逆反应，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(△))CO(g)＋H2O(g)－1，当放出314.624kJ热量时，SO2的转化率为()A．40%B．50%C．80%D．90%6．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%7．可逆反应：2A(g)＋3B(g)－1，C、D浓度均等于0，反应开始2s后达到平衡状态，此时D的平衡浓度为0.5mol·L－1，则下列说法不正确的是()A．v(C)＝1mol·L－1·s－1B．C的平衡浓度为4mol·L－1C．A的转化率为25%D．B的平衡浓度为1.5mol·L－18．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()A．反应①的平衡常数K1＝eq\f(c(CO2)·c(Cu),c(CO)·c(CuO))B．反应③的平衡常数K＝eq\f(K1,K2)C．对于反应②，若ΔH>0，温度升高，则该反应平衡常数减小D．对于反应③，恒温恒容下，增大H2浓度，平衡常数K一定会减小9．在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：A(g)＋2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为()A．40%B．50%C．60%D．70%10．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示：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(cCO2,3cCO)＝eq\f(cH2O,5cH2)，则此时的温度为1000℃11．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)该反应的化学平衡常数表达式K＝______________________。(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝_____________，反应eq\f(1,2)CO2(g)＋eq\f(1,2)H2(g)eq\f(1,2)CO(g)＋eq\f(1,2)H2O(g)的平衡常数K3＝__________。1．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH>0，在一定条件下，向容积为1L的密闭容器中充入1molCH4(g)和1molH2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是()A．达平衡时，CH4(g)的转化率为75%B．0～10min内，v(CO)＝0.075mol·L－1·min－1C．该反应的化学平衡常数K＝0.1875D．当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等时，反应达到平衡2．聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)，已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为正、逆反应速率常数，x为各组分的物质的量分数。已知平衡常数Kx为各生成物的物质的量分数幂之积与各反应物的物质的量分数幂之积的比，则平衡常数Kx为()A．eq\f(k正,k逆)B．eq\f(k逆,k正)C．k正D．k逆3．一定温度下，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%