高中化学专题2第二单元第3课时化学平衡常数学案苏教版选修4

［学习目标定位］1.了解化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。

2.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

知识・回百页区温故追本溯源推陈方可知新

1.已建立化学平衡的可逆反应，当改变条件使化学反应向正反应方向移动时，下列有关叙

述中，正确的是②

①生成物的质量分数一定增加

②生成物的产量一定增加

③反应物的转化率一定增大

④反应物的浓度一定降低

⑤正反应速率一定大于逆反应速率

⑥使用了合适的催化剂

2.一定温度下，在10L密闭容器中加入5moiSO?和3moi。2,当反应达到平衡时，有3moi

SO2发生了反应，贝IJ：

(1)生成了_molSO”SO?的转化率为.

(2)平衡时容器内气体的总物质的量为o

(3)平衡时SO2的浓度是，Oz的浓度是SO：；的浓度是一____。

答案⑴360%(2)6.5mol(3)0.2mol-L-1

0.15mol•L-10.3mol,L-1

子习•探究区基础自学落实重点互动探究

探究点一化学平衡常数

1.二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：2N02O(g),在25℃,如

果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。

(1)请根据表中已知数据填写空格：

起始浓度/mol-L-1平衡浓度/mol-r'平衡浓度关系

CN2O4CN2O4

C(N02)C(N20))C(NO2)C(N2O,)

cN02CNO2

2.00X10-206.32X1()T6.84XIO71.081.71X102

3.00X10-208.00X10-31.10X10-21.381.72X102

02.00X10-29.46X10-31.53X10-21.621.71X102

00.1002.28X1078.86XIO-23.891.70X102

(2)化学平衡常数

①概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度以化学计量数为指数

的事的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的事的乘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，用人表示)。

②表达式：对于一般的可逆反应，aA(g)+6&(g)+oD(g),当在一定温度下达到平

cd

衡时，K-~'。

cc

2.下表为25c时，卤化氢生成反应的平衡常数：

化学方程式平衡常数K

&+也2HF6.5XI。.

C12+H22HC12.57X1033

1.91X10,9

Br2+H22HBr

I2+H22H18.67X102

请比较表中/值的相对大小，说明平衡常数的意义：

(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。

4值越大，表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;

4值越小，表示反应进行得越不完全,反应物转化率越小。

(2)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行：

对于可逆反应：旃(g)+〃joC(g)+a)(g),在一定的温度下的任意时刻。

-------二-----〈K,反应向正反应方向进行

『------个——=K,反应处于平衡状态

(-------/----->K,反应向逆反应方向进行

［归纳总结］

使用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)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。

例如：C(s)+H2+H2(g)

”cCO•cFL

5

K=c1I2O

FeO(s)+告。K='/一。

cCU

(3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关

例如：N2(g)+3H23(g)的平衡常数为4

(g)的平衡常数为“

NH3小2(g)+jH?(g)的平衡常数为检

写出4和友的关系式：4=庖

写出反和质的关系式：儿•小=1。

写出4和左的关系式：4•居=1。

［活学活用］

1.对于反应3Fe(s)+4Hz3。式s)+4H?(g)的平衡常数，下列说法正确的是()

C.增大c(FW)或减小c(HD,会使该反应平衡常数减小

D.改变反应的温度，平衡常数不一定变化

答案B

解析固体反应物或生成物，其浓度可看作1,在平衡常数表达式中不写，故A错误，B正

确；化学平衡常数是反应的特性常数，只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度无关，故

增大c(HzO)或减小。(HJ,该反应的平衡常数不变，但温度改变，平衡常数一定改变，故C、

D错误。

2.在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：

物质XYZ

初始浓度/mol•L-'0.10.20

平衡浓度/mol•L-10.050.050.1

下列说法错误的是()

A.反应达到平衡时，X的转化率为50%

B.反应可表示为X+,其平衡常数为1600

C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大

D.改变温度可以改变此反应的平衡常数

答案C

解析C选项错误，增大压强不可能使平衡常数增大。其他选项均为平衡中的基础计算和基

础知识，关键是根据表中数据(0.1—0.05):(0.2-0.05):(0.1-0)=1：3：2推导出：X

+。

探究点二平衡转化率及化学平衡的有关计算

1.除化学平衡常数外，还可以用平衡转化率表示一定温度下某反应的限度。某一反应物的

转化率等于该物质在反应中已经转化的量与该物质总量的比值，可逆反应在一定条件下达到

平衡时某一反应物的平衡转化率可表示为

该反应物的起始浓度一该反应物的平衡浓度人练

"一该反应物的起始浓度

(1)在某温度下，将和L各0.10mol的气体混合物充入10L的密闭容器中，充分反应,

达到下列平衡：H2(g)+I2,4=0.25。则氢气的转化率是2维。

解析设氢气的转化率为心

H2(g)+L2HI(g)

起始浓度0.010.010

变化浓度0.0U0.OU0.02%

平衡浓度(mol・LT)0.01-0.0U0.01-0.01x0.02x

z=20%o

(2)在容积可变的密闭容器中，2molg和8mol也在一定条件下发生反应，达到平衡时，

1L的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数是15.4%o

解析N2(g)+3H23(g)

起始量(mol)280

转化量(mol)2/324/3

平衡时(mol)4/364/3

4/3

所以平衡时氮气的体积分数=/工右=15.4%。

6十8/3

2.可逆反应NO式g)+SO?3(g)+NO(g)AZ^Oo在一定条件下，将NO?与S0?以体

积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时N0?与$02的体积比为1：6,则平衡常数

4是*

解析设N0?的物质的量为1mol,则SO2的物质的量为2mol,参加反应的NOe的物质的量

为xmolo

N02(g)+S02(g)SO3(g)+NO(g)

起始量(mol)1200

转化量(mol)xxxx

平衡时(mol)1—x2~xxx

1—x1

由题意可知^—解得x=0.8

2—x6

,c3。___0.8X0.88

=~c2c~=0.2X1.2=3°

［归纳总结］

化学平衡的计算模式及解题思路

(1)计算模式

aA(g)+bcC(g)+oD(g)

c(初)(mol•Dmm00

bed

Ac(mol,L)n\X-n\X-n\X-n\x

aaa

..■*/ir-］、/\bed

c(半)(mol•L)s(l—Mm-n\x-n\x-n\x

aaa

(2)解题思路

①巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为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。

［活学活用］

3.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)

+上2(g)+H2(g)o在500℃时，平衡常数-9。若反应开始时，一氧化碳和水

蒸气的浓度都是0.02mol•L",试求此条件下C0的转化率。

答案75%

解析已知500℃时，仁9,起始时c(C0)=c(H2。)=0.02mol•「'，设平衡时CO2的浓度

为xmol,L'

C0(g)+H20(g)H2(g)+CO2(g)

起始浓度(mol•L-1)0.020.0200

平衡浓度(mol，I/')0.02—x0.02—xxx

*cH2*cCO2_______________x_____________

K=cCO~IbO=0.02-x0.02-x=9，

解得x=0.015

所以，CO的转化率=?吗1xioo%=75%。

0.Ozmol•L

⑥学习小结

自我•检测区检测学习效果体验成功快乐

1.下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是（）

A.与该反应的压强有关

B.与反应的温度有关，还与反应本身有关

C.与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响

D.只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数

答案B

解析（与反应温度有关，也与方程式有关，但与起始浓度无关。

2.高温下，某反应达到平衡，平衡常数K」----------:一＞恒容时，温度升高，Hz浓

C2C2

度减小。下列说法正确的是（）

A.该反应的焰变为正值

B.恒温恒容下，增大压强，氏浓度一定减小

C.升高温度，逆反应速率减小

D.该反应的化学方程式为CO+FLO婚皆“CO2+H2

同7ini

答案A

解析由平衡常数仁I一-,可知反应为C（）2（g）+Hz+H20（g）,D

错误；温度升高时H?浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，A分0,A正确：恒容时增大

压强，上的浓度不变，B错误；升高温度，r正和嗔都增大，C错误。

3.对于可逆反应：C（s）+C02,在一定温度下，其平衡常数为《，下列条件的

变化中，能使｛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

答案C

解析《只与体系的温度有关，与反应物、生成物的起始浓度无关。

4.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：C02（g）+Hz+HQ(g),其化

学平衡常数人和温度T的关系如下表所示：

T/℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

回答下列问题：

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=。

(2)某温度下，平衡浓度符合下式：c(COz)•c(Hj=c(CO)•。(40),试判断此时的温度为

________℃»

答案(1)(----------------(2)830

C2C2

解析(2)当c(COj•c(Hj=c(CO)•c(H2)时，芯=1.0,此时的温度由表中数据可知为

830℃。

40分钟课时作业

［基础过关］

一、化学平衡常数的含义

1.关于化学平衡常数的叙述正确的是()

A.温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数

B.两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变

C.温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数

D.当生成物浓度基之积与反应物浓度幕之积比值小于4时，逆

答案C

解析人是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平

2

衡常数互为倒数，如H2(g)+12，/正=---------------,K、逆=

C2C2

所以《正=;。当生成物浓度第之积与反应物浓度幕之积比值小于4时,

未达到化学平衡状态，此时『正＞-逆。

2.化学平衡常数可以用人来表示，下列关于化学平衡常数的说法中正确的是()

A.｛越大，反应物的转化率越小

B.4与反应物的浓度有关

C.4与生成物的浓度有关

D.4与温度有关

答案D

解析一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。

3.某温度下，可逆反应加(g)+〃况(g)的平衡常数为4,下列对A■的说法正确的是

A.4值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大

B.若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则人增大

C.温度越高，人一定越大

D.如果贝1」仁1

答案A

解析《越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A正确；对于一个确定

的化学反应，｛只是温度的函数，温度一定，/一定，与压强无关，B错误；因该反应的热

效应不确定，故C项错误；K=---------:-----，故由勿+/?=p,无法判断人的大小。

cc

4.当把晶体电0」放入密闭容器中气化，并建立了N20„2(g)平衡后，保持温度不变,

2

再通入若干NzO,气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比,其^―六值()

C

A.变大B.不变

C.变小D.无法确定

答案B

解析温度不变，人不变。

二、化学平衡常数、平衡转化率的计算

5.将4molSO2与2molO2放入4L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2s0?+

023,测得平衡时S0；,的浓度为0.5mol则此条件下的平衡常数4为()

A.4B.0.25C.0.4D.0.2

答案A

解析2so2+0z

初(mol):420

转(mol):212

平(mol):212

平衡时各自的浓度。(SO2)=0.5mol•I/',c(02)=0.25mol,Lc(S03)=0.5mol,L

K=——-•—:--------d。

0.5-XO.25

6.在一定温度下，反应gk(g)+权2

的平衡常数为10。若将1.0mol的HX(g)

通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于()

A.5%B.17%C.25%D.33%

答案B

解析由题中的反应和数据可知：/25)+32(点的平衡常数仁0.1。设在该温

度下HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为xmol则平衡时IIX、Hz、尤的浓度分

别为(1.0—才)mol,L\0.5xmol,L\0.5xmol,L-1,代入K的表达式有

11

X2-X21

--------------------=0.1,解得x=Q.17,故可知HX的转化率为二TX100%

1.0—x------------------------------------------1.0mol,LJ

=17%。

三、化学平衡常数的综合应用

7.在淀粉-KI溶液中存在下列平衡：l2(aq)+UUaq)»测得不同温度下该反应

的平衡常数/如表所示：

T/℃515253550

K1100841689533409

下列说法正确的是()

A.反应Iz(aq)+I；(aq)的AH>Q

B.其他条件不变，升高温度，溶液中c(I。减小

c.该反应的平衡常数表达式为----------

C3

D.25℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数4小于689

答案B

解析根据题中的表提供的数据知温度升高，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆

反应为吸热反应，故正反应为放热反应，△水0,A错；其他条件不变，升高温度，平衡向

逆反应方向移动，溶液中c(I])减小，B对；该反应的平衡常数表达式为K=

——-_:—，C错；平衡常数只与温度有关，25℃时，向溶液中加入少量KI固体，

C2C

虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D错。

8.已知反应①：CO(g)+2(g)+Cu(s)和反应②：Hz(g)++

HzO(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为其和左，该温度下反应③：CO(g)+

H22(g)+Hz(g)的平衡常数为左则下列说法正确的是()

A.反应①的平衡常数％----------------

CC

B.反应③的平衡常数仁/

1\2

C.对于反应③，恒容时，温度升高，也浓度减小，则该反应的焰变为正值

D.对于反应③，恒温恒容下，增大压强，上浓度一定减小

答案B

解析在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应

③二反应①一反应②，因此平衡常数B正确：反应③中，温度升高，比浓度减小，

则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此A"：。，C错误；对于反应③,

在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，上的浓度不变，D错误。

［能力提升］

9.温度为T℃时，在体积为10L的真空容器中通入1.00mol氧气和1.00mol碘蒸气，

20min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020mol-涉及的反应可以用

下面的两个化学方程式表示：

①Hz(g)+L

②2Hz(g)+2L

下列说法正确的是()

A.反应速率用HI表示时，r(HI)=0.008mol,L-1,min1

B.两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同

C.氢气在两个反应方程式中的转化率不同

D.第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动

答案A

解析H2(g)+L

初始浓度mol•L-10.1000.1000

转化浓度mol•L-10.0800.0800.160

平衡浓度

所以，y(HI)=0.160mol,L-'4-20min=0.008mol,L',min-1,A正确；K®—

《2J

——-----------=64,而K®=~--------2-----=^O=642=4096,B错；两个化学方程

C2C2C2C2

式表示的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，c错；两个

反应相同，只是表达形式不同，压强大小对平衡的移动没有影响，D错。

参考下列信息，回答10〜12题。

已知在其他条件相同时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，可以使化学平衡向着正反

应方向移动，减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，可以使化学平衡向着逆反应方向移动：

升高温度可以使化学平衡向着吸热反应方向移动，降低温度可以使化学平衡向着放热反应方

向移动；增大压强可以使化学平衡向着气体体积减小的方向移动，减小压强可以使化学平衡

向着气体体积增大的方向移动。

10.已知尿酸是一种有机酸(以HUr表示)，能溶于水。关节炎的原因归结于在关节滑液中形

成了尿酸钠晶体(NaUr)。发生的反应如下：

-+上①

Ur-(aq)+Na+

(1)关节炎大都是阴冷天气时发作，这说明反应②是反应(填“放热”或“吸

热”)。简述你得出该结论的理由：___________________________________________________

(2)当温度升高时，反应②的化学平衡常数(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)写出反应②的平衡常数表达式K=o

答案(D放热阴冷天气易发病，说明温度降低，反应②平衡右移，有利于NaUr结晶，说

明该反应为放热反应

(2)减小

⑶------二----.......-

CC

解析(1)阴冷天气易发病，说明温度降低，利于生成NaUr晶体，说明该反应为放热反应。

(2)升温，有利于平衡向着吸热方向移动，4值应减小。

(3)NaUr是固体，不写入表达式中。

11.工业合成氨Nz(g)+3Hz3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列

问题：

(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点升高还是降低,理由是

(2)该反应平衡常数表达式为K=o

(3)450℃时该反应的平衡常数500℃时的平衡常数(填“<”、或

(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施

有(填字母代号)。

a.高温高压b.加入催化剂c.增加N2的