高考化学考点化学平衡常数及转化.docx
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高考化学考点化学平衡常数及转化
1.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),K=。
(3)应用
①判断反应进行的限度
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。
K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K
<10−5
10−5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应可接近完全
②判断反应是否达到平衡状态
化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时,浓度商均为Qc=。
Qc>K时,反应向逆反应方向进行;
Qc=K时,反应处于平衡状态;
Qc ③利用平衡常数判断反应的热效应 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。 2.转化率 对于一般的化学反应: aA+bBcC+dD,达到平衡时反应物A的转化率为 α(A)=×100%=×100% [c0(A)为起始时A的浓度,c(A)为平衡时A的浓度] 反应物平衡转化率的变化判断 判断反应物转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。 常见有以下几种情形: 反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化 有多种反应物的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 恒容时只增加反应物A的用量 反应物A的转化率减小,反应物B的转化率增大 同等倍数地增大(或减小)反应物A、B的量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 m+n>p+q 反应物A和B的转化率均增大 m+n 反应物A和B的转化率均减小 m+n=p+q 反应物A和B的转化率均不变 只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+pC(g) 增加反应物A的用量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 m>n+p 反应物A的转化率增大 m 反应物A的转化率减小 m=n+p 反应物A和B的转化率不变 考向一化学平衡常数及影响因素 典例1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 平衡浓度/(mol·L-1) 下列说法错误的是 A.反应达平衡时,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 1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1ΔH1<0(Ⅰ) 2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ) (1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K= (用K1、K2表示)。 (2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入molNO和molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。 测得10min内v(ClNO)=×10−3mol·L−1·min−1,则平衡后n(Cl2)= mol,NO的转化率α1= 。 其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2 α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2 (填“增大”“减小”或“不变”)。 若要使K2减小,可采取的措施是 。 平衡常数的几个易错点 (1)正、逆反应的平衡常数互为倒数;若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。 (2)能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质,固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数,不能代入。 考向二化学平衡常数的计算与应用 典例1 (1)(2016·高考四川卷改编)在一定条件下CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1∶5,达平衡时,CO转化了 。 若akg含Ca5(PO4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿,在上述过程中有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4,将产生的CO与H2O(g)按起始物质的量之比1∶3混合,则在相同条件下达平衡时能产生H2________kg。 [已知: 4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4] (2)(2015·高考浙江卷改编)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应: CH2CH3(g)CH==CH2(g)+H2(g) 维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。 已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K=________(用α等符号表示)。 【解析】 (1)当CO和H2O(g)的起始物质的量之比为1∶5时,设CO为1mol,则: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 起始物质的量(mol)1500 改变物质的量(mol) 平衡物质的量(mol) 故此温度下,反应的平衡常数K= =1。 由题意知,反应4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C 2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4,若akg含Ca5(PO4)3F的质量分数为10%的磷尾矿,当有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4时,产生的CO的物质的量为n=ab/mol,将产生的CO和H2O(g)按起始物质的量之比为1∶3混合,设在相同条件下达到平衡时CO转化了xmol,则 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) 起始物质的量(mol)n3n00 改变物质的量(mol)xxxx 平衡物质的量(mol)n-x3n-xxx 故 =1,得x= n,则达到平衡时产生的氢气的物质的量为 × mol= mol,氢气的质量为 g= ×10-3kg= kg。 从压强角度求Kp: 容器中氢气的物质的量为αn,苯乙烯的物质的量为αn,乙苯的物质的量为(1-α)n,气体的总物质的量为(1+α)n,所以氢气的分压为 p,苯乙烯的分压为 p,乙苯的分压为 p,因此Kp= = p。 【答案】 (1) (2) p 2.在一定体积的密闭容器中,进行化学反应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: T/℃ 700 800 830 1000 1200 K 回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式K= 。 (2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式: 3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为。 (4)若830℃时,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K (填“大于”“小于”或“等于”)。 (5)830℃时,容器中的反应已达到平衡。 在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积,平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。 (6)若1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L−1、2mol·L−1、4mol·L−1、4mol·L−1,则此时上述反应的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。 考向三转化率的计算与比较 典例1在容积相同的A、B两个密闭容器中,分别充入2molSO2和1molO2,使它们在相同温度下发生反应: 2SO2+O22SO3并达到平衡。 在反应过程中,若A容器保持体积不变,B容器保持压强不变,当A中的SO2的转化率为25%时,则B容器中SO2的转化率应是 A.25%B.>25% C.<25%D.% 【答案】B 3.在一密闭容器,aA(g)bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则 A.平衡向逆反应方向移动了 B.物质A的转化率减少了 C.物质B的质量分数增加了 D.a>b 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.某恒定温度下,在一个2L的密闭容器中充入A气体、B气体,测得其浓度为2mol·L-1和1mol·L-1;且发生如下反应: 3A(g)+2B(g)4C(? )+2D(? )已知“? ”代表C、D状态未确定;反应一段时间后达到平衡,测得生成molC,且反应前后压强比为5∶4,则下列说法中正确的是 ①该反应的化学平衡表达式: K= ②此时B的转化率为35% ③增大该体系压强,平衡向右移动,但化学平衡常数不变 ④增加C的量,A、B转化率不变 A.①②B.②③ C.①④D.③④ 3.将2molN2O5置于2L密闭容器中,在一定温度下发生反应: ①2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g);②N2O4(g)2NO2(g)。 达到平衡时,c(O2)=mol·L-1,c(NO2)=mol·L-1,下列说法正确的是 A.平衡时,c(N2O5)=mol·L-1 B.此温度下反应①的平衡常数为 C.平衡时N2O5的分解率为70% D.平衡后混合气体的平均摩尔质量为80g·mol-1 4.一定温度下,在一个容积为1L的密闭容器中,充入1molH2(g)和1molI2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),经充分反应达到平衡后,生成的HI(g)的体积分数为50%,在该温度下,在另一个容积为2L的密闭容器中充入1molHI(g)发生反应HI(g)H2(g)+I2(g),则下列判断正确的是 A.后一反应的平衡常数为1 B.后一反应的平衡常数为 C.后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为mol·L-1 D.后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度为mol·L-1 5.在容积均为1L的三个密闭容器中,分别放入镍粉并充入1molCO,控制在不同温度下发生反应: Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),当反应进行到5min时,测得Ni(CO)4的体积分数与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是 A.正反应为吸热反应,平衡常数: K(T1)>K(T2) B.反应进行到5min时,b容器中v正(CO)=v逆(CO) C.达到平衡时,a、b、c中CO的转化率为b>a>c D.减压或升温可将b中的平衡状态转变成c中的平衡状态 6.一定温度下,在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g),进行反应,2SO2+O22SO3,其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。 下列判断中正确的是 甲 乙 丙 丁 密闭容器体积/L 2 2 2 1 起始物质的量 n(SO2)/mol n(O2)/mol SO2的平衡转化率% 80 α1 α2 α3 A.甲中反应的平衡常数小于乙 B.该温度下,该反应的平衡常数K为400 C.SO2的平衡转化率: α1>α2=α3 D.容器中SO3的物质的量浓度: 丙=丁<甲 7.温度为T0时,在容积固定的密闭容器中发生反应X(g)+Y(g)Z(g)(未配平),4min时达到平衡,各物质浓度随时间变化的关系如图a所示。 其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。 下列叙述正确的是 A.发生反应时,各物质的反应速率大小关系为v(X)=v(Y)=2v(Z) B.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为% C.T0时,该反应的平衡常数为 D.该反应正反应的反应热ΔH<0 8.某温度下反应2A(g)B(g)+C(g) ΔH<0的平衡常数K=4。 此温度下,在1L的密闭容器中加入A,反应到某时刻测得A、B、C的物质的量浓度(mol·L-1)分别为、、,下列说法正确的是 A.温度升高,该反应反应速率加快,平衡常数增大 B.题目所述的某时刻正、逆反应速率的大小为v(正)>v(逆) C.经10min反应达到平衡,则该时间内反应速率v(A)为mol·L-1·min-1 D.平衡时,再加入与起始等量的A,达新平衡后A的转化率增大 9.25℃时,在体积为2L的密闭容器中,气态物质A、B、C的物质的量n随时间t的变化如图1所示,已知达平衡后,降低温度,A的转化率将增大。 t2~t3 t4~t5 t5~t6 t7~t8 K1 K2 K3 K4 (1)根据图1数据,写出该反应的化学方程式: 。 此反应的平衡常数表达式K= ,从反应开始到第一次平衡时的平均速率v(A)为 。 (2)在5~7min内,若K值不变,则此处曲线变化的原因是 。 (3)如图2表示此反应的反应速率v和时间t的关系图,各阶段的平衡常数如表所示。 K1、K2、K3、K4之间的关系为 (用“>”、“<”或“=”连接)。 A的转化率最大的一段时间是 。 10.CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造具有更高价值的化学品是目前的研究方向。 (1)250℃时,以镍合金为催化剂,涉及此研究的某反应的平衡常数K=,则此反应的化学方程式为 ;又知此反应的逆反应为放热反应,则一定能使此反应的平衡常数增大的措施是 (填选项字母);使该反应的平衡一定向正反应方向移动的措施有 (填选项字母)。 A.增大CO2的浓度 B.升高温度 C.降低温度 D.增大压强 E.减小压强 (2)用某种特殊催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸,温度超过某个值时乙酸的生成速率却减小了,原因是 。 (3)将CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l)。 ①已知一定压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率如表: 投料比[n(H2)/n(CO2)] 500K 600K 700K 45% 33% 20% x a b c 上述反应的焓变ΔH (填“>”、“<”或“=”,下同)0,ΔS 0,若a>45%,则x 。 ②在80℃时,向体积为L的密闭容器中加入2molCO2和6molH2,20min后反应达到平衡,此时CH3OCH3的物质的量为mol,则该反应的平均反应速率v(CO2)= mol·L-1·min-1,H2的转化率α(H2)= ,在80℃时该反应的化学平衡常数为 (列出计算式即可)。 1.[2018江苏]一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下: 下列说法正确的是 A.v1 C.v1 2.[2017天津]常压下羰基化法精炼镍的原理为: Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。 230℃时,该反应的平衡常数K=2×10−5。 已知: Ni(CO)4的沸点为℃,固体杂质不参与反应。 第一阶段: 将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4; 第二阶段: 将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230℃制得高纯镍。 下列判断正确的是 A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大 B.第一阶段,在30℃和50℃两者之间选择反应温度,选50℃ C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低 D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO) 3.[2017新课标Ⅰ节选]近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。 回答下列问题: (3)H2S与CO2在高温下发生反应: H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。 在610K时,将molCO2与molH2S充入L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为。 ①H2S的平衡转化率=_______%,反应平衡常数K=________。 ②在620K重复试验,平衡后水的物质的量分数为,H2S的转化率_____,该反应的H_____0。 (填“>”“<”或“=”) ③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填标号) A.H2SB.CO2C.COSD.N2 4.[2016上海]随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。 完成下列填空: (1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为: CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) 已知H2的体积分数随温度升高而增加。 若温度从300℃升至400℃,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化。 (选填“增大”、“减小”或“不变”) v正 v逆 平衡常数K 转化率α (2)相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,各物质的平衡浓度如下表: [CO2]/mol·L−1 [H2]/mol·L−1 [CH4]/mol·L−1 [H2O]/mol·L−1 平衡Ⅰ a b c d 平衡Ⅱ m n x y a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_________。 5.[2016新课标全国Ⅲ节选]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。 回答下列问题: (2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323K,NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。 反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。 离子 Cl− c/(mol·L−1) ×10−4 ×10−6 ×10−4 ×10−5 ×10−3 ①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。 增加压强,NO的转化率______(填“提高”、“不变”或“降低”)。 ②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐______(填“增大”“不变”或“减小”)。 ③由实验结果可知,脱硫反应速率______脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。 原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是___________。 (3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中,SO2和NO的平衡分压pe如图所示。 ①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________(填“增大”、“不变”或“减小”)。 ②反应ClO2−+22+Cl−的平衡常数K表达式为___________。 1.【答案】 (1) (2)×10−2 75% > 不变 升高温度 【解析】 (1)将题干中两个方程式做如下处理: (Ⅰ)×2−(Ⅱ)可得 4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),则其平衡常数K=。 (2)根据“三段式” 2NO(g) +Cl2(g) 2ClNO(g) 0 α1α1α1 −α1−α1α1 v(ClNO)==×10−3mol·L−1·min−1,得α1=75%,平衡时n(Cl2)=−α1)mol·L−1×2L=mol。 该反应为气体分子数减小的反应,恒压条件下相对于恒容条件下,压强增大,平衡右移,NO的转化率增大,即α2>α1;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数K2不变;该反应为放热反应,升高温度可使平衡常数K2减小。 2.【答案】 (1) (2)吸热(3)700℃ (4)等于(5)不 (6)逆反应方向 (5)830℃时达到平衡,扩大容器体积,由于反应前后气体的物质的量不变,则平衡不移动。 (6)该条件下Qc===4>K=,故反应向逆反应方向移动。 3.【答案】C 【解析】体积增大一倍,压强减小,假设平衡不移动,B的浓度应是原来的50%<60%,说明平衡移动,向正反应方向移动,A错误;平衡正向移动,A的转化率增大,B错误;平衡正向移动,B的质量分数增大,C正确;减小压强,平衡应向体积增大的方向移动,即a 1.【答案】D 【解析】化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压强、催化剂无关。 2.【答案】D 【解析】压强比等于物质的量之比: 3A(g)+2B(g)4C(? )+2D(? ) 起始: 4 2 0 0 变化: 平衡: 根据反应前后压强之比等于5∶4,因此反应前后气体物质的量之比也为5∶4,D为气体,C为固体或纯液体。 固体和纯液体不能写入平衡常数表达式,①错误;B的转化率为2×100%=40%,②错误;平衡常数只受温度的影响,因此增大压强化学平衡常数不变,但化学反应速率增大,③正确;C是固体或纯液体,浓度视为常数,因此改变C的量,A、B的转化率不变,④正确。 4.【答案】B 【解析】一定温度下,将H2和I2各1mol的气态混合物充入1L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后生成的HI(g)的气体占总体积的50%,设转化的氢气为xmol,依据化学平衡三段式列式为 H2 + I2 2HI 起始量(mol·L-1)110 变化量(mol·L-1)xx2x 平衡量(mol·L-1)1-x1-x2x HI(g)的体积分数为50%,则×100%=50%,解得x=。 故K==4,该温度下,在另一个容积为2L的密闭容器中充入1molHI(g)发生反应HI(g)H2(g)+I2(g),等效为充入H2和I2各mol,又该反应为气体体积不变的反应,故与原平衡成比例等效,则新平衡时氢气为mol×=mol,HI(g)为1mol×=mol。 根据平衡常数只与温度有关,结合正反应与逆反应的平衡常数成倒数关系,故2HIH2+I2的平衡常数为,又同一反应平衡常数与系数成幂次方关系,故后一反应的平衡常数为=,故A错误,B正确;根据以上计算后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为=mol·L-1,故C错误;根据以上计算后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度为=mol·L-1,
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