2017版高考化学一轮复习 第7章 化学反应速率和化学平衡 第26讲 化学平衡常数 化学反应进行的方

1第26讲化学平衡常数化学反应进行的方向考点一化学平衡常数1．概念在一定温度下，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，用符号K表示。2．表达式对于反应mA(g)＋npC(g)＋qD(g)，K＝cpcqcmcn(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3．意义(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。深度思考1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数()(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化()答案(1)×(2)×(3)×(4)√2．对于N2(g)＋3H23(g)K12NH32(g)＋3H2(g)K2试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系_____________________________________________________________________________________________________________。2答案K1＝c23c2c32，K2＝c32c2c23，K1＝1K23．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？答案温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。4．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。答案对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也不一样，但对应物质的转化率相同。例如：①aA(g)＋bcC(g)K1＝cccacb②naA(g)＋nbncC(g)K2＝cnccnacnb＝Kn1或K1＝nK2无论①还是②，A或B的转化率是相同的。5．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。(1)Cl2＋H2＋HClO(2)C(s)＋H2＋H2(g)(3)CH3COOH＋C2H53COOC2H5＋H2O(4)CO2－3＋H2－3＋OH－(5)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)答案(1)K＝cHCl·cHClOcCl2(2)K＝cCO·cH2cH2O(3)K＝cCH3COOC2H5·cH2OcCH3COOH·cC2H5OH(4)K＝cOH－·cHCO－3cCO2－3(5)K＝c(CO2)题组一多个反应中平衡常数关系判断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)＋3(s)＋ClNO(g)K12NO(g)＋Cl2K23则4NO2(g)＋3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。答案K21K2解析K1＝cc22，K2＝c2c2c2，K＝c2c2c42，所以K＝K21K2。2．已知：①CO(g)＋2H23OH(g)②2CH33OCH3(g)＋H2O(g)③CO(g)＋H22(g)＋H2(g)某温度下三个反应的平衡常数的值依次为K1、K2、K3，则该温度下反应3CO(g)＋3H23OCH3(g)＋CO2(g)的化学平衡常数K为________________(用K1、K2、K3表示)。答案K21·K2·K3解析K1＝c3c·c22K2＝c3OCH3c2c23K3＝c2c2cc2K＝c2c3OCH3c3c32K2·K3＝c3OCH3c2c2c2c23cc2K21＝c23c2c42K21·K2·K3＝c2c3OCH3c3c32＝K题组二平衡常数的影响因素及其应用3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)K3(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。4(2)反应③的ΔH________0(填“”或“”)。(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“”、“＝”或“”)。答案(1)K1·K2(2)(3)解析(1)K1＝c3c22c，K2＝cc2c2c2，K3＝c2c3c32c2，K3＝K1·K2。(2)根据K3＝K1·K2,500℃、800℃时，反应③的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH0。Q＝0.15×0.30.83×0.12.5。所以v正v逆。4．在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为______热反应(填“吸”或“放”)，温度为T5℃时，该反应耗时40s达到平衡，则T5℃时，该反应的平衡常数数值为________。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应________(选填编号)。a．一定向逆反应方向移动b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小c．一定向正反应方向移动d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：________________________________________________________________________。(4)保持温度，体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________(填“增大”，“减小”或“不变”)。(5)在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5molN2，则最后平5衡时容器中的CaCO3的质量为________g。答案(1)吸0.2(2)bc(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变(5)10解析(1)T5℃时，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(2)K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。(5)保持体积、温度不变，充入N2，平衡不移动，c(CO2)仍等于0.20mol·L－1，其物质的量为0.4mol，所以剩余CaCO3的物质的量为0.5mol－0.4mol＝0.1mol，其质量为10g。6借助平衡常数可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态对于可逆反应aA(g)＋bcC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：cc·cdcacb＝Q，称为浓度商。QK反应向正反应方向进行，v正v逆＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆K反应向逆反应方向进行，v正v逆考点二有关化学平衡的计算1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。2．明确三个关系：(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3．计算方法：三段式法化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋npC(g)＋qD(g)，设A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)ab00变化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)a－mxb－nxpxqx则有：(1)K＝pxVpqxVqa－mxVmb－nxVn。(2)c平(A)＝a－mxV(mol·L－1)。(3)α(A)平＝mxa×100%，α(A)∶α(B)＝mxa∶nxb＝mbna。(4)φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%。7(5)p平p始＝a＋b＋p＋q－m－nxa＋b。(6)ρ(混)＝a·M＋b·MV(g·L－1)。(7)M＝a·M＋b·Ma＋b＋p＋q－m－nx(g·mol－1)。题组一有关转化率的计算及判断1．已知可逆反应：M(g)＋＋Q(g)ΔH0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝2.4mol·L－1；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c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝amol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，a＝________。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝bmol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。答案(1)25%(2)增大(3)6(4)41%解析(1)M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)始态mol·L－112.400变化量mol·L－11×60%1×60%因此N的转化率为1mol·L－1×60%2.4mol·L－1×100%＝25%。(2)由于该反应的ΔH0，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：c(M)＝0.4mol·L－1c(N)＝1.8mol·L－1c(P)＝0.6mol·L－1c(Q)＝0.6mol·L－1因此化学平衡常数K＝cccc＝0.6×0.60.4×1.8＝12由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后c(P)＝2mol·L－1c(Q)＝2mol·L－1c(M)＝2mol·L－1c(N)＝(a－2)mol·L－1K＝cccc＝2×2a－＝12解得a＝6。8(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c(M)＝b(1－x)mol·L－1c(N)＝b(1－x)mol·L－1c(P)＝bxmol·L－1c(Q)＝bxmol·L－1K＝cccc＝bx·bxb－xb－x＝12解得x≈41%。题组二化学平衡常数、转化率的相互换算2．SO2常用于制硫酸，其中一步重要的反应为2SO2(g)＋O23(g)ΔH＜0。若向一个2L的密闭容器中充入0.4molSO2、0.2molO2和0.4molSO3，发生上述反应。请回答下列问题：(1)当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是________(填字母)。A．c(SO2)＝0.3mol·L－1、c(O2)＝0.15mol·L－1B．c(SO3)＝0.4mol·L－1C．c(O2)＝0.2mol·L－1、c(SO2)＝0.4mol·L－1D．c(SO3)＝0.3mol·L－1(2)任选上述一种可能的情况，计算达到平衡时的平衡常数为________。(3)某温度时，将4molSO2和2molO2通入2L密闭容器中，10min时反应达到平衡，SO2的转化率为80%，则0～10min内的平均反应速率v(O2)＝________，该温度下反应2SO2(g)＋O23(g)的平衡常数K＝________。答案(1)AD(2)2027(或180)(3)0.08mol·L－1·min－180解析(1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)起始浓度(mol·L－1)0.20.10.2正向进行到底－1000.4逆向进行到底－10.40.20由此可知，A、D项可能。(2)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)起始浓度－10.20.10