高考化学平衡常数的几种考查形式

化学平衡常数的几种考查形式河北省宣化县第一中学栾春武邮编075131新教材中增加了化学平衡常数的计算，实施新课标的省几乎年年都考，现将化学平衡常数的理解、应用与注意事项以及化学平衡常数计算的几种形式总结如下，供同学们参考：一、化学平衡常数的定义化学平衡常数是在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，也无论反应物起始浓度是大还是小，最后都能达到平衡，这时各生成物浓度幂的乘积除以各反应物浓度幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示。例如：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，K＝cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)（式中个浓度均为平衡浓度）。化学平衡常数是一个常数，只要温度不变，对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值。二、应用平衡常数应注意的问题（1）化学平衡常数只与温度有关，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和纯液体存在时，其浓度可看做“1”，因而不用代入公式（类似化学反应速率中固体和纯液体的处理）。（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若化学方程式中各物质的化学计量系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，化学平衡常数也会改变。三、化学平衡常数的应用（1）化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。它能够表示出可逆反应进行的完全程度。一个可逆反应的K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物转化率也越大。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个可逆反应本身固有的内在性质的定量体现。（2）可以利用平衡常数的值作标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。如对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：Qc＝cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)，Qc叫该反应的浓度熵。若Qc＞K，反应向逆向进行；若Qc＝K，反应处于平衡状态；若Qc＜K，反应向正向进行。（3）利用K值可判断反应的热效应：若温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应；若温度升高，K值减小，则正反应为放热反应；四、具体应用举例分析1.平衡常数的变化趋势的判断化学平衡常数只是温度的函数，不随浓度的变化而变化。因此根据反应的热效应，即可判断平衡常数的变化趋势。【例题1】汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)+CO(g)12N2(g)+CO2(g)；△H＝－373.4kJ/mol，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：温度平衡常数KAN2的物质的量NO转化率D温度CO转化率BNO的物质的量平衡常数KC解析：该反应为气体计量数减小的放热反应，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；平衡常数只与热效应有关，与物质的量无关，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。答案：C【例题2】在一定条件下，Na2CO3溶液存在水解平衡：CO32－+H2OHCO3－+OH－。下列说法正确的是A.稀释溶液，水解平衡常数增大B.通入CO2，平衡朝正反应方向移动C.升高温度，c(HCO3－)c(CO32－)减小D.加入NaOH固体，溶液PH减小解析：平衡常数仅与温度有关，故稀释时是不变的，A项错；CO2通入水中，相当于生成H2CO3，可以与OH－反应，而促进平衡正向移动，B项正确；升温，促进水解，平衡正向移动，故表达式的结果是增大的，C项错；D项，加入NaOH,碱性肯定增强，pH增大，故错。答案：B【例题3】氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。右图是N2和H2反应生成2molNH3过程中能量变化示意图，在一定的密闭容器中，进行如下化学反应：N2(g)+H2(g)催化剂高温高压2NH3(g)其化学平衡常数K与T得关系如下：T/K298398488……K/（mol/L）4.1×106K1K2试比较K1、K2的大小，K1_____K2（填写“＞”“＜”或“＝”）。解析：从图可以看出，正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆向移动，达到新平衡时，N2和H2的浓度增大，NH3的浓度减小。根据化学平衡常数表达式知：平衡常数K减小，因此K1＜K2。答案：K1＜K22.化学反应进行方向的判断对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，任意给出浓度代入下式：Qc＝cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)；若Qc＞K，反应向逆向进行；若Qc＝K，反应处于平衡状态；若Qc＜K，反应向正向进行。【例题4】有一反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)；△H＜0，在850℃时K＝1。（1）若温度升高到950℃，达到平衡时K_____1（填写“＞”“＜”或“＝”）。（2）在850℃时，固定容积的密闭容器中，放入混合物，起始浓度c(CO)＝0.01mol/L，c[H2O(g)]＝0.03mol/L，c(CO2)＝0.02mol/L，c(H2)＝0.05mol/L，则反应开始时，H2O(g)的消耗速率比生成速率_____（填写“大”“小”或“不能确定”）。（3）保持温度、容器的体积不变，若往容器中存入适量的H2，则重新达到平衡，CO的反应速率比充H2之前_____（填写“大”“小”或“不能确定”），理由是________。解析：（1）K＜1（2）Qc＝c(H2)·c(CO2)c(H2O)·c(CO)＝0.02×0.050.01×0.03＝103＞1，即反应逆向进行，v（逆）＞v（正）。所以H2O(g)的消耗速率小于生成速率。E1E2能量生成物反应进程kJ/mol（3）增大，理由是增大H2的浓度，平衡向逆向移动，CO的量比充入H2之前多，因此CO的反应速率增大。答案：见解析【例题5】I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)+I－(aq)I3－(aq)某I2、、KI混合溶液中，I3－的物质的量浓度c(I3－)与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是A.反应I2(aq)+I－(aq)I3－(aq)的△H＞0B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2C．若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆D．状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大解析：随着温度的不断升高，I3－的浓度逐渐的减小，说明反应向逆方向移动，也就意味着该反应是放热反应，所以△H＜0，所以A项错；因为K＝I3－I2·I－，T2＞T1，所以当温度升高时，反应向逆方向移动，即K1＞K2；C项，从图中可以看出D点并没有达到平衡状态，所以它要向A点移动，这时I3－的浓度在增加，所以v正＞v逆，C项正确；D项，从状态A到状态B，I3－的浓度在减小，那么I2的浓度就在增加。答案：BC3.有关化学平衡常数的计算（1）求平衡常数【例题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XYZ初始浓度/mol·L－10.10.20平衡浓度/mol·L－10.050.050.1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X+3Y2Z，其平衡常数为1600C．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【例题7】在一定温度下，反应12H2(g)+12X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0mol的HX(g)通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于A.5%B.17%C.25%D.33%解析：12H2(g)+12X2(g)HX(g)的平衡常数K1为10，那么HX(g)12H2(g)+12X2(g)的平衡常数K2为110，2HX(g)H2(g)+X2(g)的平衡常数K3为(110)2＝0.01，设HX(g)分解xmol/L有,2HX(g)H2(g)+X2(g)100xxx1－xxxK3＝x·x(1－x)2＝0.01,得到x＝0.17，所以该温度时HX(g)的最大分解率接近于B为17%。ABDC····0T1T2T3TC(I3－)答案：B（2）平衡常数的综合应用【例题8】运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。（1）合成氨反应反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，平衡移动（填“向左”、“向右”或“不”）；使用催化剂反应的ΔH（填“增大”、“减小”或“不改变”）。（2）O2(g)＝O+2(g)+e－；H1＝1175.7kJ·mol－1，PtF6(g)+e－PtF6－(g)；H2＝－771.1kJ·mol－1，O2+PtF6－(s)＝O2+(g)+PtF6－；H3＝482.2kJ·mol－1，则反应O2（g）+PtF6(g)===O2+PtF6－(s)的H＝_____________kJ·mol－1。（3）在25℃下，向浓度均为0.1mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_______沉淀（填化学式），生成该沉淀的离子方程式为________。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10-11，KsP[Cu(OH)2]＝2.2×10-20。（4）在25℃下，将amol·L-1的氨水与0.01mol·L-1的盐酸等体积混合，反应平衡时溶液中c(NH4+)＝c(Cl-)，则溶液显_____性（填“酸”“碱”或“中”）；用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb＝______。解析：（1）在恒压条件下加入氩气，则容积增大，导致原平衡中各物质的浓度同等比例减小，所以平衡向气体体积增大的方向即向左移动；催化剂仅是改变化学反应速率，不会影响焓变。（2）根据盖斯定律，将化学方程式①+②－③叠加。（3）Cu(OH)2的Ksp小于Mg(OH)2的，所以离子的浓度商首先大于Cu(OH)2的而先沉淀；由于氨水是弱碱，书写离子方程式时不能拆开。（4）由溶液的电荷守恒可得:c(H+)+c(NH4+)===c(Cl-)+c(OH-)，已知c(NH4+)＝c(Cl-)，则有c(H+)=c(OH-)，溶液显中性；电离常数只与温度有关，则此时NH3·H2O的电离常数：Kb＝c(NH4+)·c(OH-)c(NH3·H2O)＝0.01mol·L-1×10-7mol·L-1amol·L-1－0.01mol·L-1＝10-9a－0.01mol·L-1.答案：（1）向左不改变（2）－77.6（3）Cu(OH)2Cu2++2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+2NH4+（4）中Kb＝10-9/(a－0.01)mol·L－1【例题9】（2011江苏高考）700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2＋H2(g)反应过程中测定的部分数据见下表（表中t1＞t2）:反应时间/minn(CO)/molH2O/mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝0.40/t1mol·L－1·min－1B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O，到达平衡时，n(CO2)＝0.40mol。C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D.温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应解析：A.反应在t1min内的平均速率应该是t1min内H2浓度变化与t1的比值，而不是H2物质的量的变化与t1的比值。B.因为反应前后物质的量保持不变，保持其他条件不变，平衡常数不会改变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O，与起始时向容器中充入0.60molH2O和1.20molCO效果是一致的，到达平衡时，n(CO2)＝0.40mol。C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20