高中化学《化学平衡常数》导学案+课后提升练习.docx
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高中化学《化学平衡常数》导学案+课后提升练习
第3课时 化学平衡常数
[明确学习目标] 1.理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
2.了解平衡转化率的含义。
一、化学平衡常数
1.定义
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K表示。
2.表达式
对于一般的可逆反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),当在一定温度下达到平衡时,K=
。
3.特点
化学平衡常数只受
温度的影响,与
压强和
浓度无关。
二、平衡转化率
1.定义:
平衡转化率是指
平衡时已转化了的某反应物的量与
转化前该反应物的量之比。
2.表达式:
对于反应:
aA+bBcC+dD,反应物A的转化率可以表示为:
1.对于一个可逆反应,平衡常数的表达式是唯一的吗?
提示:
不唯一。
化学平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。
例如:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数:
K1=
。
N2(g)+
H2(g)NH3(g)的平衡常数:
K2=
。
NH3(g)
N2(g)+
H2(g)的平衡常数:
K3=
。
它们之间的关系为:
K1=K
=
。
2.对一个反应来说,平衡向正反应方向移动,是不是各反应物的转化率都增大?
提示:
不一定,比如对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),增大N2的浓度,平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,而N2自身的转化率却是减小的。
一、化学平衡常数
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,吸热反应,T越高,K越大;放热反应,T越高,K越小,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,由于其浓度可看作常数“1”而不写入表达式。
如A(g)+B(g)2C(s),K=
。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,与反应方程式的书写有关。
(4)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度,不能用任一时刻的浓度。
(5)化学平衡常数不表示反应的快慢,即化学反应速率快,K值不一定大。
(6)使用化学平衡常数数值时,必须注明对应的温度。
(7)K的单位一般不作要求。
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;反之,该反应进行得越不完全,反应物的转化率就越小。
(2)判断反应的热效应
升高温度,K值增大,正反应为吸热反应;
升高温度,K值减小,正反应为放热反应。
(3)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mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时刻有浓度商Qc=
①当Qc ②当Qc=K时,反应处于平衡状态; ③当Qc>K时,反应向逆反应方向进行。 [即时练] 1.在容积固定的密闭容器中发生反应: Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15。 下列说法正确的是( ) A.从700℃到900℃,平衡体系中气体的密度变大 B.该反应的化学平衡常数表达式为K= C.绝热容器中进行该反应,温度不再变化,则达到化学平衡状态 D.该反应的正反应是放热反应 答案 C 解析 700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15,说明正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向进行,气体质量减小,气体体积不变,密度减小,A、D错误;平衡常数K= ,B错误;该可逆反应存在热量变化,当在绝热容器中进行该反应,温度不再变化,说明该反应正逆反应速率相等,达到化学平衡状态,C正确。 2.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/℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式为K=________。 (2)该反应的正反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。 (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________℃。 此温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g),充分反应,达到平衡时,CO2的转化率为________。 (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,则正、逆反应速率的比较为v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。 答案 (1) (2)吸热 (3)830 50% (4)< 解析 (2)温度越高,K值越大,说明升温平衡正向移动,说明正反应为吸热反应。 (3)由题意可得K=1,查表可知温度为830℃。 设反应了的CO2为xmol,则消耗掉的H2为xmol,生成的CO和H2O均是xmol(体积为VL), K=1= ,整理得x=0.5, 则CO2的转化率为50%。 (4)Qc= = =1>0.9,所以v正 规律方法 利用平衡常数K判断反应热效应的方法 二、转化率计算的思路和方法 1.化学平衡状态各反应物、生成物物质的量(浓度)与起始量、变化量的关系 反应物: n(平)=n(始)-n(变) 生成物: n(平)=n(始)+n(变) 2.模式: “三段式法” 对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后,A的消耗量为mxmol·L-1。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 起始(mol·L-1)ab00 变化(mol·L-1)mxnxpxqx 平衡(mol·L-1)a-mxb-nxpxqx 则有: (1)K= (2)A的转化率α(A)= ×100% (3)A的体积分数φ(A)= ×100% 3.转化率计算公式 转化率= ×100% [即时练] 3.在某温度下,将2molA和3molB充入一密闭容器中,发生反应aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5min后达平衡,各物质的平衡浓度的关系为ca(A)·c(B)=c(C)·c(D)。 若在温度不变的情况下将容器的体积扩大为原来的5倍,A的转化率不发生变化,则B的转化率为( ) A.60%B.40% C.24%D.4% 答案 B 解析 当体积扩大为原来的5倍时,A的转化率不发生变化,由此可知为等体积反应,即a=1,由平衡浓度关系知,某温度下,平衡常数K=1,再由“三段式”可求出B的转化率为40%,B正确。 4.已知: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=QkJ·mol-1,其平衡常数随温度变化如下表所示: 温度/℃ 400 500 850 平衡常数 9.94 9 1 请回答下列问题: (1)上述反应的化学平衡常数表达式为______________________________。 该反应的Q________0(填“>”或“<”)。 (2)850℃时在体积为10L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图所示,则0~4min时平均反应速率v(CO)=__________。 (3)若在500℃时进行,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020mol/L,该条件下,CO的最大转化率为________。 答案 (1)K= < (2)0.03mol/(L·min) (3)75% 解析 (1)可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K= 。 由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,说明平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,所以Q<0。 (2)由图像可知: CO在4min内浓度减小了0.20mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L,则v(CO)=0.12mol/L÷4min=0.03mol/(L·min)。 (3)500℃时平衡常数为9,设CO最多能转化xmol/L,则 CO(g) + H2O(g)CO2(g)+H2(g) 0.020.0200 xxxx 0.02-x0.02-xxx 则有 =9,解得x=0.015,则CO的最大转化率为 ×100%=75%。 规律方法 化学平衡的解题思路 (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: 根据平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量列出三段式。 (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,得出题目答案。 本课归纳总结 1.一定温度下,在容积为2L的密闭容器中发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),部分数据见下表(表中t2>t1)。 反应时间/min 0 t1 t2 n(CO)/mol 1.20 0.80 n(H2O)/mol 0.60 0.20 n(CO2)/mol 0 n(H2)mol 0 下列说法正确的是( ) A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)= mol·L-1·min-1 B.平衡时CO的转化率为66.67% C.该温度下反应的平衡常数为1 D.其他条件不变,若起始时n(CO)=0.60mol,n(H2O)=1.20mol,则平衡时n(CO2)=0.20mol 答案 C 解析 根据化学方程式可知在t1min内生成0.40molH2,因此在t1min内的平均速率为v(H2)= = mol·L-1·min-1,故A错误。 根据化学方程式可知t1min、t2min时均有n(CO)=0.80mol,n(H2O)=0.20mol,n(CO2)=n(H2)=0.40mol,故表格中t1min、t2min时的数据均为平衡时的物质的量。 据此可求出CO平衡时转化率为 ≈33.33%。 故B错误。 由于该反应是一个反应前后气体体积不变的反应,将平衡时的物质的量代入平衡常数表达式,可计算出反应的平衡常数为1,C正确。 根据平衡常数值可计算出D项中平衡时n(CO2)=0.40mol,故D错误。 2.将2molA与2molB混合于2L的密闭容器中,发生如下反应: 2A(g)+3B(g)2C(g)+zD(g),若2分钟后达到平衡,A的转化率为50%,测得v(D)=0.25mol/(L·min),则下列推断正确的是( ) A.v(C)=0.2mol/(L·min) B.z=3 C.B的转化率为25% D.C的体积分数约为28.6% 答案 D 解析 根据题给条件A的转化率为50%知,反应的A为1
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