1、第第 3 课时课时 化学平衡常数化学平衡常数 记一记 1.在一定温度下，当一个可逆反应 mA(g)nB(gpC(g)qD(g)达到化学平衡时，其化 学平衡常数的表达式为 Kc pC cqD cmA cnB。 2化学平衡常数 K 只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 3K 值越大，正向反应进行的程度越大，反应进行的越完全，反应物的转化率越离。 4升高温度，若 K 值增大，则正反应为吸热反应，反之为放热反应；降低温度，若 K 值 增大，则正反应为放热反应，反之为吸热反应。 探一探 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
2、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。 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
3、 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1 2H2(g) 1 2I2(g) HI(g)的平衡常数为多少？ 提示 反应 2HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数为1 K， 1 2H2(g) 1 2I2(g) HI(g)的平衡常数 为 K。 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 KcCO cH2 cH2O ；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。 判一判 判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)在平衡常数表达式中，反应物浓
4、度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度。() (2)对于一个可逆反应，平衡正向移动时，平衡常数一定增大。 () (3)升高温度，K 值增大，则正反应为放热反应。() (4)平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关。() (5)从平衡常数的大小可以推断一个反应的进行程度。() (6)升高温度，K 值减小，逆反应为吸热反应。() (7)K 值越大，反应物的转化率越小。() (8)对于反应 N23H22NH3一定温度下某一时刻 QCK，反应处于平衡状态。() (9)反应物的转化率一定等于生成物的产率。() (10)任何化学反应都存在某一温度下的化学平衡常数。() 练一练 1.2019 郑
5、州高二月考下列对化学平衡常数(K)的叙述正确的是( ) A仅升高温度，K 可能增大，也可能减小 B仅加入催化剂，K 可能增大 C仅增大压强，K 可能减小 D仅减小浓度，K 值可能减小 答案：A 22019 济南高二检测已知下列反应的平衡常数：H2(g)S(s)H2S(g) K1；S(s) O2(g)SO2(g) K2。则反应 H2(g)SO2(g)O2(g)H2S(g)的平衡常数为 ( ) AK1K2 BK1K2 CK1 K2 DK1/K2 答案：D 32019 石家庄高二月考某温度下，反应 2A(g)B(g)2C(g)的平衡常数 K150，在 同一温度下，反应 2C(g)2A(g)B(g)的
6、平衡常数 K2为( ) A2 500 B50 C0.02 D0.002 答案：C 42019 衡水中学高二检测已知某化学反应的平衡常数表达式为 K cCO2 cH2 cCO cH2O，在 不同的温度下该反应的平衡常数如表所示： t/ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是 ( ) A该反应的化学方程式是 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) B上述反应的正反应是放热反应 C若在 1 L 的密闭容器中通入 CO2和 H2各 1 mol,5 min 后温度升高到 830 ，此时测得 CO 为 0.4 mo
7、l，则该反应达到平衡状态 D若平衡浓度符合关系式：cCO2 3cCO cH2O 5cH2，则此时的温度为 1 000 答案：C 知识点一 化学平衡常数的概念 1.下列叙述中不正确的是 ( ) A某特定反应的平衡常数仅是温度的函数 B化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化 C平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡 D催化剂不能改变平衡常数的大小 解析：化学平衡常数仅是温度的函数，温度改变平衡常数改变，温度不变平衡常数不变， 因此平衡常数变化时，化学平衡发生移动，但化学平衡发生移动时，平衡常数未必变化，催 化剂不能使平衡移动，平衡常数不变。 答案：B 2可逆反应：C(s)H2O(g)CO
8、(g)H2(g)在 t 下达到平衡，其平衡常数可表示为 ( ) AKcC cH2O cCO cH2 BK cCO cH2 cC cH2O CK cH2O cCO cH2 DK cCO cH2 cH2O 解析：C 是固体，它的浓度视为“1”，在平衡常数表达式中不出现。 答案：D 知识点二 过滤和蒸发 3.汽车尾气净化中的一个反应如下： NO(g)CO(g) 1 2N2(g)CO2(g) H373.4 kJ mol 1 在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是 ( ) 解析：该反应为气体体积减小的放热反应，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
9、数减小，A 项错误；同理，升高温度，平衡逆向移动，CO 的转化率 减小，B 项错误；平衡常数只与温度有关，与物质的量无关，C 项正确；增加 N2的物质的量， 平衡逆向移动，NO 的转化率减小，D 项错误。 答案：C 4 2019 黑龙江鹤岗一中高二月考可逆反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时， 在恒温恒容条件下向容器中加入一定量的 O2。 下列说法正确的是(K 为平衡常数， Qc为浓度商) ( ) AQc不变，K 变大，O2的转化率增大 BQc不变，K 变大，SO2的转化率减小 CQc变小，K 不变，O2的转化率减小 DQc增大，K 不变，SO2的转化率增大 解析：当可逆
10、反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时，在恒温恒容条件下向容 器中加入一定量的 O2，氧气的浓度增大，浓度商 Qc c2SO3 cO2 c2SO2的值变小，平衡向右移动， O2的转化率减小，SO2的转化率增大；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变； 故 C 正确。 答案：C 知识点三 SO2 4离子检验 5.已知某化学反应的平衡常数 K cCO2 cH2 cCO cH2O，在不同的温度下该反应的平衡常数如表 所示： t/ 700 800 830 1 000 1 200 K 1. 67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是 ( ) A该反应的
11、化学方程式是 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) B上述反应的正反应是放热反应 C若在 1 L 的密闭容器中通入 CO2和 H2各 1 mol,5 min 后温度升高到 830 ，此时测得 CO 为 0.4 mol，则该反应达到平衡状态 D若平衡浓度符合下列关系式：cCO2 3cCO cH2O 5cH2，则此时的温度为 1 000 解析：由平衡常数表达式可判断该反应的化学方程式是 CO(g)H2O(g)CO2(g) H2(g)，A 正确；分析表中数据，平衡常数随温度的升高而减小，说明升温平衡逆向移动，逆 反应是吸热反应，正反应是放热反应，B 正确；依据化学平衡三段式列式计算浓度商，并
12、与该 温度下的平衡常数进行比较： CO(g) H2O(g)CO2(g) H2(g) 起始量/mol 0 0 1 1 变化量/mol 0.4 0.4 0.4 0.4 5 min 末量/mol 0.4 0.4 0.6 0.6 反应前后气体总物质的量不变，可以用其物质的量代替浓度计算浓度商，Q0.60.6 0.40.4 2.251.00，此时反应没有达到平衡状态，故 C 错误；依据平衡常数表达式和平衡常数数值计 算分析，若平衡浓度符合cCO2 3cCO cH2O 5cH2，则 cCO2 cH2 cH2O cCO 3 50.6，结合表中数据可知，此 时温度为 1 000 ，故 D 正确。 答案：C 6
13、已知反应 A(g)B(g)C(g)D(g)的平衡常数 K 值与温度的关系如表所示。830 时，向一个 2 L 的密闭容器中充人 0.20 mol A 和 0.20 mol B,10 s 时达到平衡。下列说法不正确 的是 ( ) 温度/ 700 830 1 200 K 值 1.7 1.0 0.4 A.达到平衡后，B 的转化率为 50% B增大压强，正、逆反应速率均加快 C该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动 D反应初始至平衡，A 的平均反应速率 v(A)0.005 mol L 1 s1 解析：设平衡时 B 减少的物质的量浓度为 x mol L 1，则： A(g) B(g)C(g)D(g) 开
14、始/(mol L 1) 0.1 0.1 0 0 变化/(mol L 1) x x x x 平衡/(mol L 1) 0.1x 0.1x x x 故 K x2 0.1x21.0，解得 x0.05，则平衡时 B 的转化率 0.05 0.1 100%50%，A 项正 确；增大压强，正、逆反应速率都增大，B 项正确；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越 小， 说明升温平衡向逆反应方向移动， 故正反应是放热反应， C 项错误； 反应初始至平衡， v(A) 0.05 mol L 1 10 s 0.005 mol L 1 s1，D 项正确。 答案：C 综合考查 化学平衡常数计算与判断 7.将固体 NH4I
15、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，c(H2)0.5 mol L 1，c(HI)4 mol L1，则此 温度下反应的平衡常数为 ( ) A9 B16 C20 D25 解析： 由H2和HI的平衡浓度可推算出反应生成的HI和NH3的浓度都为0.5 mol L 12 4 mol L 15 mol L1，由于 NH 3没有转化，其平衡浓度仍为 5 mol L 1，而 HI 的平衡浓度 由题意可知为 4 mol L 1，则的平衡常数 K 1c(NH3) c(HI)5420。 答案：C 82019 江西南昌二中高二
16、月考在一定温度下，改变起始时 n(SO2)对反应 2SO2(g) O2(g)2SO3(g) HKcKa 解析：题图中横坐标为起始时 SO2的物质的量，纵坐标勾平衡时 SO3的体积分数，曲线 上的点对应的状态为平衡状态，A 错误；改变的只有起始时 n(SO2)，n(O2)不变，当起始 n(SO2) 越小时，SO2的转化率越大，故 a 点 SO2的转化率最大，B 正确，C 错误；温度不变，则平衡 常数不变，D 错误。 答案：B 9在一定温度下，发生反应：Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)3CO2(g)。已知该反应在不同 温度下的平衡常数如下表： 温度/ 1 000 1150 1 300 平衡
17、常数 64.0 50.7 42.9 请回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式 K_，H_0(填“”或“”)。 (2)在一个容积为 10 L 的密闭容器中，1000 时加入 Fe、Fe2O3、CO、CO2各 1.0 mol， 反应经过 10 min 后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率 v(CO2)_，CO 的平衡转化率为_。 (3)1 000 时，在(2)的平衡体系中，各加 0.5 mol CO 和 0.5 mol CO2，v正_v逆(填 “”或“”)，平衡向_移动(填“正向”“逆向”或“不”)。 解析：(1)反应 Fe2O3(s)3CO(g)2Fe(s)十 3CO2(g)的平衡
18、常数 Kc 3CO 2 c3CO，由表中数 据可知，温度越高平衡常数越小，故升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，H0 D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 解析：A 项，固体物质不列入平衡常数表达式，反应的平衡常数 K1c(CO2)/c(CO)，错 误；B 项，反应的平衡常数 K1c(CO2)/c(CO)，反应的平衡常数 K2c(H2O)/c(H2)，反应 的平衡常数 K3c(CO2) c(H2)/c(CO) c(H2O)K1/K2，正确；C 项，对于反应温度升高， H2浓度减小，说明平衡逆向移动，该反应的 H0，该反应 的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，NH3的
19、体积分数会增大，故 B 正确；a、b 两 点的温度相同，平衡常数只与温度有关，则平衡常数相同，故 C 错误；b 点对应的甲烷转化率 为 22%，nCH4 nN2 0.75，则设甲烷为 3 mol，氮气为 4 mol， 3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g) H0 起始量/mol 3 4 0 转化量/mol 0.66 0.44 0.88 平衡量/mol 2.34 3.56 0.88 则 NH3的体积分数为数为 0.88 2.343.560.88100%13%，故 D 错误。 答案：B 11 2019 河北衡水中学月考， “变化观念与平衡思想”素养在一容积恒定的密闭容器中 发生反应：
20、CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H0。(3)在该反应中，反应前后气体分子数不变，所以增大压强(缩小容器体积)，化学平 衡不移动。A、B 的转化率都不会发生变化。化学平衡常数只与温度有关，所以 K1K3。(4) 当反应达到化学平衡时，各物质的浓度不变，用同一物质表示的正反应速率和逆反应速率相 等，各物质的体积分数不变。在该反应中，由于容器的体积不变，且该反应是反应前后气体 分子数不变的反应，所以任何时刻的压强不变，气体的密度也不变。本题选 B。 答案： (1)0.4 mol L 1 20% 0.2 mol L1 min1 (2)c 2C c2D c3A cB 0.5 (3)不变反应
21、前后气体分子数不变，所以增大压强平衡不移动 K 只与温度有关 (4)B 能力达标 13.甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应 合成甲醇。 反应：CO(g)2H2(g)CH30H(g) H1 反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H2 下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)： 温度 250 300 350 K 2.0 0.27 0.012 (1)在一定条件下将 2 mol CO 和 6 mol H2充入 2 L 的密闭容器中发生反应，5 min 后测 得 c(CO)0.4 mol L 1，计算可得此段时间的反应速率(用 H
22、2表示)为_mol L 1 min1。 (2)由表中数据判断 H1_(填“”“”或“”)0； 反应 CO2(g)H2(g)CO(g) H2O(g) H3_(用 H1和 H2表示)。 (3)若容器容积不变，则下列措施可提高反应中 CO 转化率的是_(填序号)。 a充入 CO，使体系总压强增大 b将 CH3OH(g)从体系中分离 c充入 He，使体系总压强增大 d使用高效催化剂 (4)写出反应的化学平衡常数表达式：K_；保持恒温恒容，将反应的平衡 体系中各物质浓度均增大为原来的 2 倍，则化学平衡_(填“正向”“逆向”或“不”) 移动，平衡常数 K_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (5)比较这
23、两种合成甲醇的方法，原子利用率较高的是_(填“”或“”)。 解析：(1)CO 浓度变化量为2 mol 2 L 0.4 mol L 10.6 mol L1，v(CO)0.6 mol L 1 5 min 0.12 mol L 1 min1，不同物质的速率之比等于化学计量数之比，故 v(H 2)2v(CO)20.12 mol L 1 min10.24 mol L1 min1。(2)由表中数据可知，随温度升高，平衡常数 K 减小，说明温 度升高，平衡逆向移动，所以正反应是放热反应，即 H10；根据盖斯定律，由反应反 应得 CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H3H2H1。 (3)充入 CO，
24、 使体系总压强增大， 平衡向正反应方向移动，但 CO 的转化率降低，a 项错误；将 CH3OH(g)从体系中分离，平衡 向正反应方向移动，CO 转化率增大，b 项正确；充入 He，体系总压强增大，但各物质的浓度 不变，平衡不移动，CO 转化率不变，c 项错误；使用高效催化剂，平衡不移动，d 项错误。(4) 反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)的平衡常数 KcCH3OH cH2O cCO2 c3H2 ；保持恒温 恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的 2 倍，相当于增大压强，则平衡正 向移动，因为温度不变，所以平衡常数不变。 答案： (1)0.24 (2) H2H
25、1 (3)b (4)cCH3OH cH2O cCO2 c3H2 正向 不变 (5) 14在 1.0 L 密闭容器中放入 0.10 mol A(g)，在一定温度进行如下反应： A(g)B(g)C(g) H85.1 kJ mol 1 反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据如表： 时间 t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强p 100 kPa 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题： (1)欲提高 A 的平衡转化率，应采取的措施为 _ _。 (2)由总压强 p 和起始压强 p0，计算反应物 A 的转化率 (A)
26、的表达式为_，平 衡时 A 的转化率为_，列式并计算反应的平衡常数 K： _ _。 (3)由总压强 p 和起始压强 p0表示达到平衡时反应体系的总物质的量 n总和反应物 A 的 物质的量 n(A)n总_mol，n(A)_mol。 下表为反应物 A 的浓度与反应时间的数据，计算：a_。 反应时间 t/h 0 4 8 16 c(A)/(mol L 1) 0.10 a 0.026 0.006 5 分析该反应中反应物的浓度 c(A)变化与时间间隔(t)的规律，得出的结论是 _ _； 由此规律推出反应在 12 h 时反应物的浓度 c(A)为_mol L 1。 解析： (1)该反应是一个气体体积增加的吸热
27、反应，升温、减压均有利于平衡正向移动，提高 A 的转化率。 (2)结合 pVnRT，该反应消耗 A 的物质的量即是体系增加的物质的量，(A)n 转A n初A 100% n变 n初A100% pV RT p0V RT p0V RT 100%pp0 p0 100%；(A)9.534.91 4.91 100%94.1%。 (3)结合在等温、等容下物质的量之比等于压强之比，那么 n总 n起A p p0，n 总0.10 mol p p0； n(A)0.10 mol(n总0.10 mol)0.10 mol(0.10 p p00.10)mol0.10 mol(2 p p0)。结合 ，4 h 时 n(A)0.
28、10 mol(27.31 4.91)0.051 mol，c(A)0.051 mol L 1。由表格数据可知，达 到平衡前每 4 h，c(A)减小约一半，那么 12 h 时，c(A)约为 0.013 mol L 1。 答案： (1)升高温度、减小压强 (2)( p p01)100% 94.1% A(g) B(g) C(g) 起始量/mol 0.10 0 0 平衡量/mol 0.10(194.1%) 0.1094.1% 0.1094.1% KcC cB cA 0.094 1 2 0.005 91.5 (3)0.10 p p0 0.10(2 p p0) 0.051 达到平衡前每间隔 4 h，c(A)减少约一半 0013
