2020高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第2节第2课时化学平衡常数平衡转化率讲义+素养练含解析鲁科版选修4.doc

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1、第2课时化学平衡常数平衡转化率学业要求素养对接1.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的计算。2.能利用平衡常数和浓度商判断平衡和移动方向。1.模型认知：化学平衡常数模型建构。2.平衡思想：平衡的判断依据和平衡移动的方向。知 识 梳 理知识点一、化学平衡常数1.定义在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，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)，符号用“K”表示。2.表达式对反应：aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，K。例如，一定温度下，反应H2(g)I2(g)2HI(g)达平衡时的化学平衡常数K。3.意义K值越大，

2、反应进行的程度越大，反应物转化率越大。一般地，K105时，认为该反应进行得就基本完全了。4.影响因素K只受温度影响，与反应物和生成物的浓度无关。知识点二、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：aAbBcCdD，反应物A的转化率可以表示为(A)100%100%100%。自 我 检 测1.化学平衡常数表达式中，各物质的浓度是平衡浓度，还是某时刻的浓度？答案是平衡浓度。2.写出下列各可逆反应在一定温度下达到平衡时的平衡常数表达式：(1)mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)答案K(2)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)答案K

3、(3)FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)答案K3.书写下列两组可逆反应的化学平衡常数表达式，并判断其关系。(1)H2(g)I2(g)2HI(g)K12HI(g)H2(g)I2(g)K2(2)2SO2O22SO3K1SO2O2SO3K2答案(1)K1K2K1(2)K1K2K1K4.对于可逆反应在任意状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商Q，怎样根据Q与K的关系判断化学反应进行的方向？答案QK，反应向正反应方向进行；QK，反应处于化学平衡状态；QK，反应向逆反应方向进行。5.K只受温度的影响，怎样根据K的变化，判断焓变？答案(1)若升高温度，K值增大，则正反应H0，逆

4、反应H0；K值减小，则正反应H0，逆反应H0。(2)若降低温度，K值增大，则正反应H0，逆反应H0；K值减小，则正反应H0，逆反应H0。6.(1)在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L 的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)I2(g)2HI(g)，K0.25。则氢气的转化率是_。(2)在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2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_。解析(1)设氢气的转化率为x。 H2(g) I2(g)2HI(g)起始浓度(molL1) 0.01 0.01 0转化浓度(molL1)

5、 0.01x 0.01x 0.02x平衡浓度(molL1) 0.010.01x 0.010.01x 0.02xK0.25解得x20%。(2)N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始物质的量(mol) 2 8 0转化物质的量(mol) 2/3 2 4/3平衡物质的量(mol) 4/3 6 4/3所以平衡时氮气的体积分数100%15.4%。答案(1)20%(2)15.4%学习任务一、有关平衡常数的应用【合作交流】反应1：可逆反应N23H22NH3是工业上合成氨的重要反应。该反应正向为放热反应。反应过程中，反应物和产物均为气态。反应2：H2(g)I2(g)2HI(g)。该反应前后气体分子数不发生改变

6、。反应3：可逆反应：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)。这是利用碳单质制取水煤气的重要反应。1.对于反应1，若保持其他条件不变，分别升高温度、增大N2的浓度，平衡如何移动？平衡常数K如何变化？提示升高温度，平衡向逆反应方向移动，K减小；增大N2的浓度，平衡向正反应方向移动，但K保持不变。2.对于反应1，若保持其他条件不变，加入催化剂，反应速率如何变化？平衡如何移动？平衡常数K如何变化？提示加入催化剂，反应速率加快，平衡不移动，K不变。3.反应2的平衡常数是K，则反应2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数为多少？反应H2(g)I2(g)HI(g)的平衡常数为多少？提示反应2HI(g)H

7、2(g)I2(g)的平衡常数为，H2(g)I2(g)HI(g)的平衡常数为。4.反应3的平衡常数表达式是什么？对于反应3，若保持其他条件不变，升高温度，K值增大，该反应是吸热反应还是放热反应？提示K；升高温度K值增大，说明化学平衡向正反应方向移动，则该反应为吸热反应。【名师点拨】根据浓度商与K的关系，判断v正、v逆大小的方法QK，v正v逆QK，v正v逆QK，v正v逆【典例1】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/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)

8、该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为_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_。(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CO2为2 molL1，H2为1.5 molL1，CO为1 molL1，H2O为3 molL1，则正、逆反应速率的比较为v(正)_(填“”、“”或“”)v(逆)。解析(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正向为吸热反应。(3)由题意可得K1，查表可知温度为830 。(4)Q10.9，所以v(正)v(逆)。答案(1)(2)吸热(3)830

9、(4)变式训练1在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气与氢气进行如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)Ha kJmol1 ，其化学平衡常数K与温度的关系如下。温度/200300400K/mol2L21.00.860.5请回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_，a_(填“大于”、“小于”或“等于”)0。(2)400 时，2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数为_，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时，该反应的v正(N2)_(填“大于”、“小于”或“等于”)v逆(N2)。解析(1)根据平衡常数的定义可写出该反应的平衡常数表达式

10、为K。由表中数据可知，温度升高，平衡常数减小，即平衡逆向移动，故正反应为放热反应，所以a0。(2)N2(g)3H2(g)2NH3(g)与2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数互为倒数，故400 时2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数K1/0.52。当氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时，三者的浓度分别为6 molL1、4 molL1、2 molL1，此时的浓度商QK，所以反应正向进行，v正(N2)v逆(N2)。答案(1)K小于(2)2大于学习任务二、有关化学平衡常数的计算【合作交流】已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(

11、g)H0。某温度下，反应物的起始浓度分别为：M2 molL1，N4.8 molL1。1.若达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为多少？提示N的转化率100%25%。2.增大压强(缩小体积)，该反应的平衡发生移动吗？反应物的转化率变化吗？提示该反应是前后分子数不发生改变的反应。增大压强，平衡不移动，反应物的转化率也不变。3.若反应温度升高，该反应的平衡移动吗？M的转化率变化吗？若加入一定量的N，M的转化率变化吗？提示该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，M的转化率增大；若加入一定量的N，化学平衡向正反应方向移动，M的转化率增大。【名师点拨】有关化学平衡的计算模式及解题思

12、路(1)计算模式aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)起始浓度(molL1) c1 c2 0 0转化浓度(molL1) c1x c1x c1x c1x平衡浓度(molL1) c1(1x) c2c1x c1x c1x(2)解题思路巧设未知数：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。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。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。【典例2】可逆反应CO(g)H2O(g)CO2(

13、g)H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K，则：(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 molL1时，CO的转化率为_。(2)当CO的起始浓度仍为2 molL1，H2O的起始浓度为6 molL1时，CO的转化率为_。解析(1)设CO转化量为x：K解得：x1.2。CO的转化率：100%60%。(2)设CO转化量为y，CO(g) H2O(g)CO2(g)H2(g)起始(molL1) 2 6 0 0转化(molL1) y y y y平衡(molL1) 2y 6y y yK解得：y1.7CO的转化率：100%85%。答案(1)60%(2)85%变式训练2在一真空容器中，充入10 mo

14、l N2和30 mol H2，发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，在一定条件下达到平衡时，N2的转化率为25%。若在同一容器中，在相同温度下，向容器中充入NH3，欲使达到平衡时，各成分的体积分数与上述平衡相同，则起始时NH3的物质的量和达到平衡时NH3的转化率为()A.20 mol、25% B.20 mol、75%C.40 mol、30% D.10 mol、50%答案B1.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

15、一个不变的常数解析K与反应温度、表达式与方程式的书写有关，但与起始浓度、压强无关。答案B2.在相同的温度下，已知反应：N2(g)O2(g)2NO(g)的平衡常数为3.841011；2SO2O22SO3的平衡常数为3.101026( molL1)1。则在该温度下，两个化学反应的反应程度之间的关系为()A. B.C. D.不能确定解析平衡常数的大小能表示化学反应可能进行的程度(即反应限度)，平衡常数越大，表示反应进行得越彻底。各个化学反应的平衡常数的大小相差很大，如本题中给出的两个化学反应：反应进行的程度很小，而反应进行的程度很大。因此，B选项是正确的。答案B3.在一个6 L的密闭容器中放入3 m

16、ol X和2 mol Y，在一定条件下发生反应4X(g)3Y(g)2Q(g)nR(g)，达到平衡后，容器内的压强比原来增加5%，X浓度减小，则该反应方程式中的n值是()A.3 B.4 C.5 D.6解析平衡体系存在于一个恒容的容器中，据阿伏加德罗定律气体的物质的量之比等于压强之比。压强比原来增加5%，说明物质的量比原来增加5%，初态有3 mol X和2 mol Y，X浓度减小，说明反应中消耗X的物质的量为1 mol，据方程式由差量法可知当消耗4 mol X时，气体物质的量增加(2n)(43)n5(mol)，所以(23)5%，解得n6。答案D4.工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(

17、g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：(1)该条件下N2的平衡转化率为_。(2)该条件下反应2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数为_。解析设N2转化的物质的量浓度为x：N23H22NH3起始浓度(molL1) 0.3 0.8 0转化浓度(molL1) x 3x 2x平衡浓度(molL1) 0.3x 0.83x 2x所以，解得x0.2 molL1，N2的转化率为100%66.7%。反应2NH3(g)N2(g)3H2(g

18、)的平衡常数K0.005 (mol2L2)。答案(1)66.7%(2)0.005 mol2L25.已知反应SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 molL1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求在该温度下：(1)此反应的平衡常数。(2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 molL1，NO2(g)的初始浓度仍为2 molL1，试求达到新化学平衡时各物质的浓度。解析本题是已知初始浓度和平衡转化率，求平衡常数和平衡浓度。(1)设平衡时SO2的浓度为x molL1由题意可知1

19、00%50%，x1，K1。(2)设达新平衡时NO的浓度为y molL1因为温度不变，平衡常数不变，K1则1，y1.2平衡浓度：SO23 molL11.2 molL11.8 molL1NO22 molL11.2 molL10.8 molL1SO3NO1.2 molL1答案(1)1(2)SO3NO1.2 molL1，SO21.8 molL1，NO20.8 molL1课时作业基 础 练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.生成物浓度

20、幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K时，v正v逆。答案C2.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mnp，则K1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，故由mnp，无法判断K的大小。答案A3.某温度下，反应2A(g)B(g)2C(g)的平衡常数K150，在

21、同一温度下，反应2C(g)2A(g)B(g)的平衡常数K2为()A.2 500 B.50C.0.02 D.0.002解析对于反应2A(g)B(g)2C(g)的平衡常数K1，而同一温度下，反应2C(g)2A(g)B(g)的平衡常数K20.02。答案C4.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g)H2(g)I2(g)达到平衡时，H20.5 molL1，HI4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为()A.9 mol2L2 B.16 mol2L2C.20 mol2L2 D.25 mol2L2解析根据反应：2HI(g)H2(g)I2(g)

22、消耗的HI2H21 molL1，再结合反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)知NH3HI1 molL14 molL15 molL1。因此该温度下，反应的平衡常数：KNH3HI5 molL14 molL120 mol2L2。答案C5.在一定温度下，将100 mol N2、H2的混合气体充入密闭的恒压容器中反应，达平衡时，测得反应后混合气体的密度是反应前混合气体密度的1.25倍，且反应后混合气体的平均式量为15.5，则平衡时，N2转化的百分率为()A.20% B.25%C.30% D.40%解析设起始时N2物质的量为a，H2物质的量为b，反应掉N2物质的量为x，依题意：N23H22NH3起始：

23、 a b 0转化： x 3x 2x平衡： ax b3x 2x解得：(N2)100%25%。答案B6.H2和CO2在高温下发生反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)。下表是986 时，在容积不变的密闭容器中进行反应的四组数据：编号起始浓度/(molL1)平衡浓度/(molL1)H20CO20H2O0CO0H2CO2H2OCO11.01.0000.440.440.560.5621.02.0000.271.270.730.733002.02.00.880.881.121.1240. 20.40.60.80.3440.5440.4560.656下列叙述中正确的是()该温度下反应的平衡常数约

24、为1.62该反应的平衡常数与反应的起始浓度无关增大CO2的起始浓度，可使CO2的转化率增大从反应开始至达到平衡状态，混合气体的密度没有发生改变A. B.C. D.解析此温度下K1.62，平衡常数K只是温度的函数，与起始浓度无关，故正确；增大CO2起始浓度，CO2转化率降低，错误；反应体系均为气相体系，且容积不变，故从始至终密度不变，正确。答案C7.在298 K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/(molL1)0.10.20平衡浓度/(molL1)0.050.050.1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X3Y2Z

25、，其平衡常数为1 600 mol2L2C.增大压强，平衡常数增大D.改变温度可以改变此反应的平衡常数解析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(0.10.05)(0.20.05)(0.10)132推导出：X3Y2Z。答案C8.某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，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.3.2103 B.1.6103C.8.0102 D.4.0102解析2SO2(g)O2(g)2SO3(g)始/(m

26、olL1) 0 0 0.05变/(molL1) 0.01 0.005 0.01平/(molL1) 0.01 0.005 0.04K3.2103。答案A9.一定条件下，将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应：2A(g)2B(g)C(g)D(g)H0。当由M平衡到N平衡过程中，温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M到平衡N过程中B的转化率是()A.24% B.30% C.60% D.48%解析由图像知n(A)n(B)1.5 mol0.3 mol1.2 mol所以n(B)1.2 mol，B100%100%24%，故A正确。答案A10.煤化工中常需研究不同

27、温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/4005008301 000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变，升高温度，正反应速率_(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)830 时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有_(选填字母)。投料ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101

28、n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830 时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和 6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是_。解析(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830 时，化学平衡常数为1，即若CO2H2”、“”或“”)K(B)。解析(1)从图示可知，当p0.10 MPa时，0.80。K800 Lmol1。(2)平衡状态由A变到B时，温度不变，平衡常数不变，故K(A)K(B)。答案(1)800 Lmol1

29、(2)素 养 练12.温度为T 时，向某恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O(g)，发生反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2 kJmoL1，反应过程中测定的部分数据见下表(表中t10，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：M01 molL1，N02.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_。(2)若反应温度升高，M的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为M04 molL1，N0a molL1；达到平衡后，P2 molL1，a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为M0N0

30、b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。解析解答本题要把握以下两点：运用三段式求出平衡转化率。温度不变平衡常数不变。因此N的转化率为100%25%。(2)由于该反应的H0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：M0.4 molL1N1.8 molL1P0.6 molL1Q0.6 molL1因此化学平衡常数K由于温度不变，因此K不变，达到平衡后P2 molL1Q2 molL1M2 molL1N(a2) molL1K解得a6。(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为Mb(1x) molL1Nb(1x) molL1 Pbx molL1Qbx molL1K解得x41%。答案(1)25%(2)增大(3)6(4)41%- 19 -