2020高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度 第3课时 化学平衡

-1-EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第3课时化学平衡常数[明确学习目标]1.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。2.了解平衡转化率的含义。1.化学平衡常数(1)化学平衡常数的定义对于可逆反应aA＋bBcC＋dD，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，K＝ccC·cdDcaA·cbB是一个定值。我们把这个常数称作该反应的化学平衡常数，简称平衡常数。(2)化学平衡常数的意义平衡常数K的大小能说明反应进行的程度(也叫反应的□01限度)。K值越大，表示反应进行得越□02完全；K值越小，表示反应进行得越□03不完全。2．平衡转化率(1)平衡转化率的表达式α＝□04该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度×100%(2)平衡转化率的意义表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。对控制□05化学工艺的条件、提高□06化工生产的效益有直接的指导意义。若N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K12NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K2，K1与K2是什么关系？提示：K1·K2＝1。一、化学平衡常数1．使用化学平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数只与温度有关，使用化学平衡常数数值时，必须注明对应的温度。(2)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度。(3)化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率快，K值不一定大。(4)K的单位一般不作要求。(5)书写平衡常数表达式时，固体、纯液体(如水、乙醇等)的浓度视为1，可以不写。如Cr2O2－7(aq)＋H2O(l)2CrO2－4(aq)＋2H＋(aq)，平衡常数K＝c2CrO2－4·c2H＋cCr2O2－7；-2-Fe3O4(s)＋4H2(g)3Fe(s)＋4H2O(g)，平衡常数K＝c4H2Oc4H2。(6)对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即K正＝1K逆。(7)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，同一个化学反应，书写的方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数也不同，但这些平衡常数可以相互换算。如合成氨反应，若写成N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，则K＝c2NH3cN2·c3H2；若写成12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)，则K′＝cNH3c12N2·c32H2。这里K≠K′，显然K＝K′2。2．化学平衡常数的应用(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，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)判断反应的热效应升高温度，K值增大，正反应为吸热反应；升高温度，K值减小，正反应为放热反应。(3)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意时刻有浓度商Qc＝cpC·cqDcmA·cnB①当QcK时，反应向正反应方向进行；②当Qc＝K时，反应处于平衡状态；③当QcK时，反应向逆反应方向进行。[对点练习]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/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝__________。(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。(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c(CO2)为2mol·L－1，c(H2)为1.5mol·L－1，c(CO)为1mol·L－1，c(H2O)为3mol·L－1，则反应________(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。答案(1)cCO·cH2OcCO2·cH2(2)吸热(3)830-3-(4)逆向进行解析(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。(3)由题意可得K＝1，查表可知温度为830℃。(4)Q＝cCO·cH2OcCO2·cH2＝1×32×1.5＝10.9，则反应逆向进行。规律方法利用平衡常数K判断反应热效应的方法二、平衡常数和平衡转化率的相关计算1．计算思路(1)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。(2)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2中“模型”列表。(3)解题设问题：明确“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。2．计算模型——三段式法化学平衡状态各反应物、生成物物质的量(浓度)与起始量、变化量的关系反应物：n(平)＝n(始)－n(变)生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后，A的消耗量为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol·L－1)ab00变化(mol·L－1)mxnxpxqx平衡(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx则有：(1)K＝pxp·qxqa－mxm·b－nxn(2)A的转化率α(A)＝mxa×100%-4-(3)A的体积分数φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%[对点练习]2．在一定温度下，将等物质的量的A和B充入一密闭容器中，发生反应A(g)＋2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若A和B的物质的量之和与C相等，则此时A的平衡转化率为()A．50%B．60%C．40%D．70%答案C解析设A、B的初始物质的量均为1mol，反应达到平衡时，有xmolA发生转化，则A(g)＋2B(g)2C(g)起始量(mol)110转化量(mol)x2x2x平衡量(mol)1－x1－2x2x由题意可知，1－x＋1－2x＝2x，则x＝25，即A的平衡转化率为40%。3．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60molN2(g)和1.60molH2(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47。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________。答案(1)66.7%(2)0.005解析设N2转化的物质的量浓度为xmol·L－1。N2＋3H22NH3起始浓度(mol·L－1)0.30.80转化浓度(mol·L－1)x3x2x平衡浓度(mol·L－1)0.3－x0.8－3x2x所以2x0.3－x＋0.8－3x＋2x＝47，解得x＝0.2，N2的平衡转化率为0.2mol·L－10.3mol·L－1×100%≈66.7%。反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数K＝c3H2·cN2c2NH3＝0.8－3×0.23×0.3－0.22×0.22＝0.005。规律方法理解平衡转化率与平衡常数的关系虽然平衡转化率与平衡常数在某种程度上都可以表示化学反应正向进行的程度，但两者-5-的表达方式上有差异，平衡常数仅与温度有关，而平衡转化率与温度、浓度、压强等其他外界因素有关。本课归纳总结1．下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是()A．在任何条件下，化学平衡常数都是—个定值B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变C．化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关D．由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度答案D解析化学平衡常数是在一定温度下，当可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积和反应物浓度幂之积的比值。对于一个确定的化学反应，平衡常数只与温度有关，所以选项A、B、C都错误，选项D正确。2．已知下列反应的平衡常数：H2(g)＋S(s)H2S(g)K1S(s)＋O2(g)SO2(g)K2则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为()A．K1＋K2B．K1－K2C．K1K2D．K1K2答案D解析由平衡常数的定义可知：K1＝cH2ScH2，K2＝cSO2cO2，反应H2＋SO2O2＋H2S的平衡常数K＝cO2·cH2ScH2·cSO2，可知K＝K1K2。3．已知在450℃时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的K为50，由此推断出在450℃时，反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的化学平衡常数为()A．50B．0.02C．100D．无法确定答案B解析依据化学平衡常数的表达方式可知，2HI(g)H2(g)＋I2(g)的化学平衡常数为-6-K′＝1K＝150＝0.02。故选B。4．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%答案B解析12H2(g)＋12X2(g)HX(g)c(起)/(mol/L):001c(转)/(mol/L):aa2ac(平)/(mol/L):aa1－2a由K＝1－2aa12·a12＝10知，a＝112，所以HX(g)的分解率为2a1＝16≈17%。5．现有反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，523K时，将10molPCl5注入容积为2L的密闭容器中，平衡时压强为原来的1.5倍。(1)该温度下该反应的平衡常数K为________；(2)PCl5的平衡转化率为________。答案(1)2.5(2)50%解析设达到平衡时PCl5的转化浓度为x，则PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)起始浓度5mol·L－100变化浓度xxx平衡浓度5mol·L－1－xxx由题意可知，(5mol·L－1＋x)÷5mol·L－1＝1.5，解得x＝2.5mol·L－1。K＝cPCl3·cCl2cPCl5＝2.5×2.5÷2.5＝2.5；PCl5的平衡转化率为2.5mol·L－1÷5mol·L－1×100%＝50%。