版高中化学第2章化学反应速率和化学平衡第3节化学平衡第3课时化学平衡常数学案新人教版选修4Word格式.docx
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[思考探究]
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/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
问题思考:
(1)该反应的化学平衡常数K的表示式是什么?
【提示】 K=
(2)该反应ΔH>
0还是ΔH<
0?
【提示】 ΔH>
0。
该反应为吸热反应(因K随温度升高而增大)。
(3)700℃,CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K是多少?
=
该反应平衡常数与题目中反应的平衡常数互为倒数。
(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,反应向哪个方向进行?
【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,Q=
=1>
0.9,所以反应向逆反应方向进行。
[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+3H22NH3,K=a则有:
2NH3N2+3H2,K′=1/a。
N2+
H2NH3,K″=
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,即该反应进行得越完全,反应物转化率越大;
(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mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q=
表示,则:
当Q=K时,反应处于平衡状态,v正=v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<
v逆。
(4)计算转化率
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)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>
0,下列有关说法正确的是( )
A.平衡常数表达式为K=
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,平衡不移动,D项错误。
【答案】 B
2.1000℃时,FeO(s)+H2Fe(s)+H2O,K=0.52。
欲使容器中有1.0molFeO被还原,反应前容器中应充入amolH2。
则a的值最接近( )
A.1.0B.2.0
C.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。
1000℃时,水是气态。
当容器中有1.0molFeO被还原时,有1.0molH2参与反应,生成1.0molH2O。
设容器容积为VL,则平衡时c(H2O)=1/Vmol/L,c(H2)=(a-1)/Vmol/L。
K=c(H2O)/c(H2)=
=0.52,解得a≈2.9,C选项正确。
【答案】 C
3.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
H2(g)+
I2(g)HI(g)的平衡常数K3为________。
【解析】 K1=
=49,则该温度下K2=
;
K3=
=7。
【答案】
7
题组2 化学平衡常数的应用
4.下表为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH的平衡常数与温度的关系:
T/K
373
473
573
673
773
3.35×
109
1.00×
107
2.45×
105
1.88×
104
2.99×
103
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”),ΔH________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”),ΔH________0(填“>
【解析】 由K=
可知,升高温度K值减小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,由此得出规律:
升温,K值减小,正反应放热;
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
CO2(g)+
H2(g)
CO(g)+
H2O(g)的平衡常数K3=______________________________________。
(3)已知在1000℃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”),ΔH________0(填“>
(4)在1000℃下,某时刻CO2的物质的量为2mol,则此时v(正)________v(逆)(填“>
”、“=”或“<
【解析】
(1)根据化学平衡常数的概念K=
(2)K2=
=2,
(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。
(4) CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
起始/mol:
3 2 0 0
变化/mol:
1 1 1 1
某时刻/mol:
2 1 1 1
所以c(CO)=0.5mol/L,c(H2O)=0.5mol/L
c(CO2)=1mol/L,c(H2)=0.5mol/L
故
<
K1000℃=1.0
反应应向正反应方向进行,所以v(正)>
v(逆)。
【答案】
(1)
(2)2
(3)吸热 >
(4) >
化学平衡常数的有关计算
1.平衡转化率
某指定反应物的转化率=
×
100%=
100%。
其中Δn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,
Δc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)
(1)对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),初始时A、B的物质的量分别为amol、bmol,达到平衡后,有mxmol的A发生反应,则计算模式为
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始量/mol a b 0 0
变化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a-mx b-nx px qx
(2)分析三个量
起始量、变化量、平衡量。
(3)明确三个关系
①对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
②对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
已知在密闭容器中发生可逆反应:
M(g)+N(g)P(g)+Q(g) ΔH>
某温度下,反应物的起始浓度分别为:
c(M)=1mol·
L-1,c(N)=2.4mol·
L-1。
(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】 M(g)+N(g)P(g)+ Q(g)
12.400
1×
60%1×
60%
0.41.80.60.6
由三段式得N的平衡浓度为1.8mol·
(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)=4mol·
L-1,c(N)=amol·
L-1;
达到平衡后,c(P)=2mol·
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,
K=
解得a=6
即反应物N的起始浓度为6mol·
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
①化学平衡常数的有关计算;
②转化率的有关计算;
③反应中某组分的量的计算。
3.温度和压强对转化率(α)的影响
温度或压强改变后,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(α)的影响
(1)反应物不止一种时,如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
①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,α(A)减小,α(B)增大。
②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,α(A)、α(B)不变
当m+n>
p+q时,α(A)、α(B)增大
当m+n<
p+q时,α(A)、α(B)减小
(2)反应物只有一种时,如aA(g)bB(g)+cC(g)增大c(A),其影
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