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第二章化学反应速率和化学平衡第3课时化学平衡常数第二章化学反应速率和化学平衡1．知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2.应用化学平衡常数判断可逆反应进行的程度、方向以及反应的热效应。3.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。化学平衡常数1．概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到时，与的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数。2．表达式：对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时，K＝。化学平衡生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）书写时要注意以下三点：(1)物质的浓度是指平衡时的物质的量浓度。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入表达式。(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、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。3．特点：K只受影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。温度4．应用(1)判断反应进行的程度K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物的转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)判断反应的热效应①升高温度：K值增大→正反应为吸热反应；K值减小→正反应为放热反应。②降低温度：K值增大→正反应为放热反应；K值减小→正反应为吸热反应。(3)判断反应是否达到平衡或反应进行的方向利用平衡常数，可从定量的角度判断可逆反应所处的状态。对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Qc(浓度商)＝cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）表示，则当Qc＝K时，反应处于平衡状态；当QcK时，反应向正反应方向进行；当QcK时，反应向逆反应方向进行。(4)计算转化率依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。1．正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值(2)对于一个可逆反应，平衡正向移动时，平衡常数一定增大语句描述正误阐释错因或列举反例(3)K值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大(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)对于一个达到平衡的可逆反应，升高温度，化学平衡常数一定增大答案：(1)×化学平衡常数等于反应达到平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值(2)×不一定，若温度不变则平衡常数不变(3)√(4)√(5)×不一定，若正反应是放热反应，则化学平衡常数减小2．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其平衡常数K的表达式是什么？若保持其他条件不变，分别增大压强、增大N2浓度，平衡如何移动？平衡常数K如何变化？答案：K＝c2（NH3）c（N2）·c3（H2）；增大压强，增大N2的浓度，平衡均正向移动，但平衡常数K均不变。训练一化学平衡常数表达式及其关系1．对于3Fe(s)＋4H2O(g)高温Fe3O4(s)＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()A．K＝c（Fe3O4）·c（H2）c（Fe）·c（H2O）B．K＝c（Fe3O4）·c4（H2）c（Fe）·c4（H2O）C．K＝c4（H2O）c4（H2）D．K＝c4（H2）c4（H2O）解析：选D。平衡常数表达式中只表示出气体或溶液中溶质的浓度，而固体或纯液体不表示出来。2．2000K时，反应CO(g)＋12O2(g)CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)的平衡常数K′为()A.1KB．K2C.1K2D.1K12解析：选C。平衡常数与化学方程式的写法有关，对于题干中的两个反应，K＝c（CO2）c（CO）·c12（O2），K′＝c2（CO）·c（O2）c2（CO2），所以K′＝1K2。3．已知下列反应的平衡常数：①H2(g)＋S(s)H2S(g)，K1；②S(s)＋O2(g)SO2(g)，K2。则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是()A．K1＋K2B．K1－K2C．K1×K2D.K1K2解析：选D。K1＝c（H2S）c（H2），K2＝c（SO2）c（O2），所求反应的平衡常数K3＝c（H2S）·c（O2）c（H2）·c（SO2）＝c（H2S）c（H2）×1c（SO2）c（O2）＝K1×1K2＝K1K2。训练二化学平衡常数的应用4．在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是①H2＋F22HFK＝1047；②H2＋Cl22HClK＝1017；③H2＋Br22HBrK＝109；④H2＋I22HIK＝1。比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是()A．①②③④B．④②③①C．①④③②D．无法确定解析：选A。化学平衡常数越大，表示该反应的正反应进行的程度越大，故A正确。5．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/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(2)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________。(3)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__________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。解析：(1)根据题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应为吸热反应。(2)某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)。根据该反应的平衡常数表达式K＝c（CO）·c（H2O）c（CO2）·c（H2）可知，K＝35＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为700℃。(3)1200℃时，Qc＝c（CO）·c（H2O）c（CO2）·c（H2），将各物质的浓度代入可得Qc＝4，而此温度下的平衡常数为2.6，即QcK，所以该反应向逆反应方向进行。答案：(1)吸热(2)700℃(3)向逆反应方向进行平衡转化率及其计算1．熟练计算方法——三段式法(1)模式aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c（初）/（mol/L）n1n200Δc/（mol/L）n1xban1xcan1xdan1xc（平衡）/（mol/L）n1(1－x)n2－ban1xcan1xdan1x(2)解题思路(3)基本计算关系①各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。②反应物的转化率＝Δcc（初）×100%＝Δnn（初）×100%。③生成物的产率＝该物质的实际生成量该物质的理论生成量×100%。④平衡时各气体组分的体积分数＝该气体组分的物质的量分数＝n（平）n（总）×100%。2．关于平衡转化率的变化规律反应物的转化率＝Δcc（初）×100%，平衡移动会使Δc发生变化，故转化率的大小与平衡向右进行的程度和初始用量均有关系。恒容条件下，其变化规律按照反应类型有以下两种情况。(1)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)类型(反应物有两种或两种以上)，若在平衡后再增加A物质，则A的转化率减小，B的转化率增大。(2)aA(g)bB(g)＋cC(g)类型(反应物只有一种)，若在平衡后再增加A物质，恒容时应看作增大压强处理，则有如下情况：①ab＋c，α(A)增大；②a＝b＋c，α(A)不变；③ab＋c，α(A)减小。[特别提醒]若反应物的起始量之比等于化学方程式的化学计量数之比，则各反应物的转化率必相等。1．在一定温度下的密闭容器中，加入1molCO和1molH2O发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)为0.5mol。求：(1)该温度下的平衡常数。(2)CO的转化率。解析：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/mol1100转化/mol0.50.50.50.5平衡/mol0.50.50.50.5由反应方程式及以上数据可得，K＝1，CO的转化率为50%。答案：(1)1(2)50%2．将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭反应器，发生反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。某温度下反应达到平衡，平衡常数K＝27，此时测得CO的物质的量为0.10mol。求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。解析：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)起始/(mol/L)nn00转化/(mol/L)0.100.100.100.30平衡/(mol/L)n－0.10n－0.100.100.30K＝0.10×0.303（n－0.10）2＝27，解得n＝0.11，CH4的平衡转化率＝0.10mol/L0.11mol/L×100%≈91%。答案：91%训练一化学平衡常数的简单计算1．将4molSO2(g)与2molO2(g)放入4L的密闭容器中，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在一定条件下反应达到平衡，测得平衡时SO3的浓度为0.5mol/L。则此条件下该反应的平衡常数为()A．4B．0.25C．0.4D．0.2解析：选A。2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)初始/mol420转化/mol212平衡/mol212平衡时各物质的浓度为c(SO2)＝0.5mol/L，c(O2)＝0.25mol/L，c(SO3)＝0.5mol/L，则K＝c2（SO3）c2（SO2）·c（O2）＝0.520.52×0.25＝4。2．在一定温度时，4molA在2L的密闭容器中分解，达到平衡时，测得已有50%的A分解成B和C，A(g)2B(g)＋C(g)。则此温度下，该反应的平衡常数为()A．4B．3C．2D．1解析：选A。在一定温度时，4molA在2L的密闭容器中分解，达到平衡时，测得已有50%的A分解成B和C，则A的平衡物质的量浓度是c(A)＝2mol÷2L＝1mol/L，A改变的浓度是1mol/L，根据化学方程式A(g)2B(g)＋C(g)可知，反应生成的B的浓度是c(B)＝2mol/L，C的平衡浓度是c(C)＝1mol/L，因此该反应的化学平衡常数K＝c2（B）·c（C）c（A）＝22×11＝4,A项正确。训练二关于平衡转化率的计算3．在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)。在500℃时，平衡常数K＝9。若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02mol/L，则在此条件下CO的转化率为()A．25%B．50%C．75%D．80%解析：选C。依据化学平衡，设CO的转化浓度为xmol/L，列三段式：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始量/(mol/L)0.020.0200转化量/(mol/L)xxxx平衡量/(mol/L)0.02－x0.02－xxx平衡常数K＝c（H2）·c（CO2）c（CO）·c（H2O）＝x2（0.02－x）2＝9，解得x＝0.015，CO的转化率＝0.015mol/L0.02mol/L×100%＝75%。4．(2017·高考全国卷Ⅰ)H2S与CO2在高温下发生反应H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝____________。(2)在62