高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡第4课时学案2 新人教版选修4.docx

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高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第4课时学案2新人教版选修4

4课时　化学平衡常数

[学习目标定位]　1.知道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。

一　化学平衡常数

1.NO2、N2O4的相互转化是一个可逆反应：

2NO2（g）N2O4（g）。

在25℃时，如果用不同起始浓度的NO2或N2O4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·L－1

平衡浓度关系

c（NO2）

c（N2O4）

c（NO2）

c（N2O4）

2.00×10－2

0

6.32×10－3

6.84×10－3

1.08

1.71×102

3.00×10－2

0

8.00×10－3

1.10×10－2

1.38

1.72×102

0

2.00×10－2

9.46×10－3

1.53×10－2

1.62

1.71×102

0

0.100

2.28×10－2

8.86×10－2

3.89

1.70×102

请总结归纳平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的定量关系：

在一定温度下，生成物平衡浓度与反应物平衡浓度的平方之比近似为一常数。

（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幂的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的幂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＝

。

2.下表为25℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：

化学方程式

平衡常数K

F2＋H22HF

6.5×1095

Cl2＋H22HCl

2.57×1033

Br2＋H22HBr

1.91×1019

I2＋H22HI

8.67×102

请比较表中K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）。

K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；

K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：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），在一定的温度下的任意时刻：

＝K，反应处于平衡状态；

>K，反应向逆反应方向进行。

3.下表为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的平衡常数与温度的关系：

T/K

373

473

573

673

773

K

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，则正反应为放热反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应（填“吸热”或“放热”）。

归纳总结

1.化学平衡常数表达式的书写

（1）在平衡常数表达式中，水（液态）的浓度、固体物质的浓度不写。

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）

K＝

；

FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）　K＝

。

（2）化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。

例如：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的平衡常数为K1，

N2（g）＋

H2（g）NH3（g）的平衡常数为K2，NH3（g）

N2（g）＋

H2（g）的平衡常数为K3。

写出K1和K2的关系式：

K1＝K

；

写出K2和K3的关系式：

K2·K3＝1；

写出K1和K3的关系式：

K1·K

＝1。

2.化学平衡常数的应用

（1）判断反应进行的方向

①Qc

②Qc＝K　反应处于平衡；

③Qc>K　反应逆向进行。

（2）判断反应的热效应

3.化学平衡常数的影响因素

对于给定的反应，化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

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

答案　B

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。

2.对于反应3Fe（s）＋4H2O（g）Fe3O4（s）＋4H2（g）的平衡常数，下列说法正确的是（　　）

A.K＝

B.K＝

C.增大c（H2O）或减小c（H2），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，其浓度可视为常数，在平衡常数表达式中不写，故A错误，B正确；化学平衡常数只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度变化无关，故增大c（H2O）或减小c（H2），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。

二　化学平衡常数的有关计算

1.已知可逆反应NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）　ΔH>0。

在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6，则平衡常数K是

。

解析　设NO2的物质的量为1mol，则SO2的物质的量为2mol，参加反应的NO2的物质的量为xmol。

　　　　NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）

起始量（mol）1200

转化量（mol）xxxx

平衡时（mol）1－x2－xxx

由题意可知

＝

，解得x＝0.8。

K＝

＝

＝

。

2.已知某个指定反应物的转化率为

×100%

（1）在某温度下，将H2和I2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（g）2HI（g），K＝0.25。

则氢气的转化率是20%。

解析　设氢气的转化率为x。

　　　　　　　　H2（g）　＋　I2（g）　　2HI（g）

起始浓度（mol·L－1）0.010.010

变化浓度（mol·L－1）0.01x0.01x0.02x

平衡浓度（mol·L－1）0.01－0.01x0.01－0.01x0.02x

K＝

＝

＝0.25

x＝20%。

（2）在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数是15.4%。

解析　　　　　N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

起始量（mol）280

转化量（mol）

2

平衡时（mol）

6

所以平衡时氮气的体积分数＝

×100%＝15.4%。

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）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）

c（初）（mol·L－1）n1n200

Δc（mol·L－1）n1x

n1x

n1x

n1x

c（平）（mol·L－1）n1（1－x）n2－

n1x

n1x

n1x

（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、生成物及变化量的三者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，得出题目答案。

3.某温度下，向容积为1L的密闭反应器中充入0.10molSO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）的平衡常数为（　　）

A.8.0×102B.1.6×103C.3.2×103D.4.0×102

答案　B

解析　设生成的O2的物质的量为xmol，

　　　　　2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）

起始（mol）0.1000

平衡（mol）0.10－2x2xx

×100%＝20%　x＝0.01mol

K＝

＝

＝

所以逆反应的平衡常数为1600，B正确。

4.在830K时，在密闭容器中发生下列可逆反应：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0。

试回答下列问题：

（1）若起始时c（CO）＝2mol·L－1，c（H2O）＝3mol·L－1,4s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝_____。

用H2O表示的化学反应速率为______。

（2）在相同温度下，若起始时c（CO）＝1mol·L－1，c（H2O）＝2mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态________（填“是”或“否”），此时v正________v逆（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（3）若降低温度，该反应的K值将________。

答案　

（1）1　0.3mol·L－1·s－1　

（2）否　大于　（3）增大

解析　

（1）　　　　　CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）

起始浓度（mol·L－1）　　2　　　3　　　　0　　　0

变化浓度（mol·L－1）1.21.21.21.2

平衡浓度（mol·L－1）0.81.81.21.2

该反应的平衡常数K＝

＝

＝1，

v（H2O）＝

＝0.3mol·L－1·s－1。

（2）反应进行到某时刻时，c（H2）＝c（CO2）＝0.5mol·L－1，c（CO）＝0.5mol·L－1，c（H2O）＝1.5mol·L－1，Q＝

＝

＝

（3）降低温度，平衡向正反应方向移动，K值增大。

1.关于化学平衡常数的叙述正确的是（　　）

A.化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关

B.两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变

C.化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值

D.温度一定，对于给定的化学反应，正逆反应的平衡常数互为倒数

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。

2.某温度时，反应SO2（g）＋

O2（g）SO3（g）的平衡常数K＝50。

在同一温度下，反应2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）的平衡常数K1应为（　　）

A.2500B.100C.4×10－4D.2×10－2

答案　C

解析　K＝

，K1＝

，K1＝

＝4×10－4。

3.汽车尾气净化中的一个反应如下：

NO（g）＋CO（g）

N2（g）＋CO2（g）　ΔH＝－373.4kJ·mol－1，在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是（　　）

答案　C

解析　该反应的正方向为气体分子数减小的放热反应，升高温度，平衡逆向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，平衡常数减小，A选项错误；同理升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，B选项错误；平衡常数只与温度有关，C选项正确；增加氮气的物质的量，平衡逆向移动，NO的转化率减小，D选项错误。

4.在淀粉KI溶液中存在下列平衡：

I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）。

测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：

T/℃

5

15

25

35

50

K

1100

841

689

533

409

下列说法正确的是（　　）

A.反应I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）的ΔH>0

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K＝

D.25℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K大于689

答案　B

解析　根据题中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，ΔH<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，虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D错。

5.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）　ΔH<0。

某温度下，SO2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。

根据图示回答下列问题：

（1）反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________，升高温度，K值________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）①将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10MPa。

该反应的平衡常数等于________。

②平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）________（填“>”、“<”或“＝”）K（B）。

答案　

（1）

　减小　

（2）①800　②＝

解析　

（1）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。

（2）①由图可知，0.10MPa时：

c（SO2）＝2.0mol×（1－0.80）÷10L＝0.04mol·L－1，c（O2）＝（1.0mol－1.6mol×

）÷10L＝0.02mol·L－1，c（SO3）＝1.6mol÷10L＝0.16mol·L－1，K＝

＝

＝800。

②由A到B，温度不变，只增大压强，K值不变。

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1　化学平衡常数的意义及影响因素

1.某温度下，可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g）的平衡常数为K。

下列对K的说法正确的是（　　）

A.K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K增大

C.温度越高，K一定越大

D.如果m＋n＝p，则K＝1

答案　A

解析　K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，K只是温度的函数，温度一定，K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＝

，由m＋n＝p，无法判断K的大小，D项错误。

2.当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4（g）2NO2（g）平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其

值（　　）

A.变大B.不变C.变小D.无法确定

答案　B

解析　温度不变，K值不变。

3.某可逆反应aA＋bBcC在某温度下的平衡常数为K（K≠1），反应热为ΔH。

保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为（　　）

A.写成2aA＋2bB2cC，ΔH值、K值均扩大了一倍

B.写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了一倍，K值保持不变

C.写成cCaA＋bB，ΔH值、K值变为原来的相反数

D.写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数

答案　D

解析　A项、B项ΔH值扩大一倍，K变为原来的平方。

4.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＝

B.反应③的平衡常数K＝

C.对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值

D.对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小

答案　B

解析　在书写平衡常数表达式时，纯固体不写入其中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝

，B正确；反应③中，温度升高，H2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ΔH＜0，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，H2的浓度不变，D错误。

5.高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝

，恒容时，温度升高，H2浓度减小。

下列说法正确的是（　　）

A.该反应的ΔH>0

B.恒温恒容条件下，增大压强，H2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＋H2O

CO2＋H2

答案　A

解析　根据平衡常数表达式可得出该反应的化学方程式为CO2＋H2高温,CO＋H2O；升高温度，v正、v逆均增大，升高温度，H2浓度减小，平衡正向移动，说明正反应是吸热反应，ΔH>0；在恒温恒容下，增大压强的方法有多种，H2浓度变化不确定。

题组2　化学平衡常数及转化率的计算

6.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

X

Y

Z

初始浓度/mol·L－1

0.1

0.2

0

平衡浓度/mol·L－1

0.05

0.05

0.1

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＋3Y2Z，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　平衡常数只与温度有关，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＋3Y2Z。

7.设反应①Fe（s）＋CO2（g）FeO（s）＋CO（g）平衡常数为K1；

②Fe（s）＋H2O（g）FeO（s）＋H2（g）平衡常数为K2。

测得在不同温度下，K1、K2值如下：

温度/℃

K1

K2

500

1.00

3.15

700

1.47

2.26

900

2.40

1.60

根据以上信息判断下列说法不正确的是（　　）

A.若500℃时进行反应①，则CO2转化率为50%

B.900℃进行反应③H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g），其平衡常数K3＝1.50

C.反应①的焓变ΔH>0，反应②的焓变ΔH<0

D.反应①平衡体系中通入CO2，在温度不变的条件下，平衡正向移动，达到新平衡时CO2的转化率比原平衡小

答案　D

解析　根据数据K1随着温度升高而增大可知，反应①为吸热反应，K2随着温度升高而降低，反应②为放热反应，C项正确；反应①平衡体系中通入CO2，等效于增大压强，而反应①中改变压强不影响平衡移动，则转化率不变，D项不正确；若500℃时进行反应①，平衡时

＝1，α（CO2）＝

＝

×100%＝50%，A项正确；K3＝

＝

＝

＝1.50，B项正确。

8.在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）＋Y（g）M（g）＋N（g），所得实验数据如下表：

实验编号

温度/℃

起始时物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n（X）

n（Y）

n（M）

①

700

0.40

0.10

0.090

②

800

0.10

0.40

0.080

③

800

0.20

0.30

a

④

900

0.10

0.15

b

下列说法正确的是（　　）

A.实验①中，若5min时测得n（M）＝0.050mol，则0～5min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）＝1.0×10－2mol·L－1·min－1

B.实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0

C.实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%

D.实验④中，达到平衡时，b>0.060

答案　C

解析　根据各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比，v（N）＝v（M）＝

＝1.0×10－3mol·L－1·min－1，A项错误；

实验②中　　　X（g）＋Y（g）M（g）＋N（g）

c起始/mol·L－1　　0.01　0.04　　0　　0

c转化/mol·L－10.0080.0080.0080.008

c平衡/mol·L－10.0020.0320.0080.008

求得K＝

＝

＝1.0，

B项错误；根据温度相同，则K相等；

实验③　　　　X（g）＋　Y（g）　M（g）　＋N（g）

c起始/mol·L－1　0.02　　　0.03　　　0　　　　0

c转化/mol·L－1

c平衡/mol·L－10.02－

0.03－

K＝

＝

＝1.0。

求得a＝0.120，则X的转化率＝

×100%＝60%，C项正确；实验③a＝0.12＝0.060×2，若④的温度为800℃，此时与③为等效平衡，b＝0.060，但④的温度为900℃，则平衡逆向移动，b<0.060，D项错误。

9.某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molX（g）和2molY（g）发生反应：

X（g）＋mY（g）3Z（g）。

平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。

在此平衡体系中加入1molZ（g），再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。

下列叙述不正确的是（　　）

A.m＝2

B.两次平衡的平衡常数相同

C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D.第二次平衡时，Z的浓度为0.4mol·L－1

答案　D

解析　在2L的密闭容器中，反应达平衡时，各物质的体积分数之比等于各物质的物质的量之比，即平衡时，n（X）∶n（Y）∶n（Z）＝30%∶60%∶10%＝3∶6∶1。

设第一次平衡时X消耗的物质的量为x，则

　　　X（g）　＋　mY（g）　　　3Z（g）

初始　1mol　　2mol　　　　0

转化　x　　　mx　　　3x

平衡1mol－x2mol－mx3x

则（1mol－x）∶（2mol－mx）∶3x＝3∶6∶1

解得x＝0.1mol、m＝2，由此可得，A项、C项正确；同理可得第二次平衡时，Z的浓度为0.2mol·L－1，D项不正确；平衡常数只与温度有关，两次平衡反应温度相同，故平衡常数相同，B项正确。

10.在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：

CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g）　K＝0.1，反应前CO物质的量为10mol，平衡后CO物质的量为8mol。

下列说法正确的是（　　）

A.升高温度，H2S浓度增加，表明该反应为吸热反应

B.通入CO后，正反应速率逐渐增大

C.反应前H2S物质的量为7mol

D.CO的平衡转化率为80%

答案　C

解析　CO（g）　＋　H2S（g）　　COS（g）＋H2（g）

起始　10mol　　　xmol　　　　0　　　0

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