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1、 1 第 25 讲化学平衡常数及转化率的计算 考纲要求1 了解化学平衡常数 K 的含义 2 能利用化学平衡常数进行相关计算 考点一化学平衡常数的概念及应用 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 nB g pC g qD g K c p C c q D c m A c n B 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 意义及影响因素 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
2、体反应的平衡常数 4 应用 1 判断可逆反应进行的程度 2 利用化学平衡常数 判断反应是否达到平衡或向何方向进行 对于化学反应aA g bB g cC g dD g 的任意状态 浓度商 Q c c C c d D c a A c b B Q K 反应向正反应方向进行 Q K 反应处于平衡状态 Q K 反应向逆反应方向进行 3 利用K可判断反应的热效应 若升高温度 K值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 K 值减小 则正反应为放热反应 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
3、平衡常数不一定发生变化 5 平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度 2 6 化学平衡常数只受温度的影响 温度升高 化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热 答案 1 2 3 4 5 6 书写下列反应的平衡常数表达式 1 Cl 2 H2O HCl HClO 2 C s H2O g CO g H2 g 3 CH3COOH C2H5OH CH3COOC2H5 H2O 4 CO 2 3 H2O HCO 3 OH 5 CaCO3 s CaO s CO2 g 答案 1 K cHCl cHClO cCl2 2 K c CO cH2 cH2O 3 K cCH3COOC 2H5 cH2O cCH3COOH c
4、C2H5OH 4 K c OH cHCO 3 cCO 2 3 5 K c CO2 题组一化学平衡常数表达式的书写 1 写出下列反应的平衡常数表达式 1 4NO2 g 2NaCl s 2NaNO 3 s 2NO g Cl2 g K 2 人体中肌红蛋白 Mb 与血红蛋白 Hb 的主要功能为运输氧气与二氧化碳 肌红蛋白 Mb 可以 与小分子X 如氧气或一氧化碳 结合 反应方程式为Mb aq X g MbX aq 反应的平衡常数表 达式K 答案 1 c 2 NO cCl2 c 4 NO 2 2 cMbX cMb cX 2 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
5、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 3 化学反应平衡常数 温度 500 800 2H2 g CO g CH3OH g K12 5 0 15 H2 g CO2 g H2O g CO g K21 0 2 50 3H2 g CO2 g CH3OH g H2O g K3 1 据反应 与 可推导出K1 K2与K3之间的关系 则K3 用K1 K2表示 2 反应 的 H 填 或 0 答案 1 K1 K2 2 解析 1 K1 cCH3OH c 2 H2 cCO K2 cCO cH2O cH2 cCO2 K3 cH2O cCH3OH c 3 H2 cCO 2 K3 K1
6、 K2 2 根据K3 K1 K2 500 800 时 反应 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 H 0 1 化学平衡常数与具体的化学反应方程式有关 同一类型的化学方程式 化学计量数不同 则K 不同 2 在水溶液中进行的可逆反应 水可视为纯液体 不要写入化学平衡常数表达式中 固体也不 能写入化学平衡常数表达式中 题组二影响化学平衡常数的因素 3 2018 西安市铁一中学质检 O3是一种很好的消毒剂 具有高效 洁净 方便 经济等优点 O3可溶于水 在水中易分解 产生的 O 为游离氧原子 有很强的杀菌消毒能力 常温常压下发生 的反应如下 反应 O3
7、O2 O H 0 平衡常数为K1 反应 O O3 2O2 H 0 平衡常数为K2 总反应 2O3 3O2 H 0 平衡常数为K 下列叙述正确的是 A 降低温度 总反应K减小 B K K1 K2 4 C 适当升温 可提高消毒效率 D 压强增大 K2减小 答案C 解析降温 总反应平衡向右移动 K增大 A项错误 K1 cO2 c O cO3 K2 c 2 O 2 c O cO3 K c 3 O2 c 2 O 3 K1 K2 B项错误 升高温度 反应 平衡向右移动 c O 增大 可提高消毒效率 C 项正确 对于给定的反应 平衡常数只与温度有关 D项错误 4 在一个体积为2L 的真空密闭容器中加入0 5
8、molCaCO3 发生反应CaCO 3 s CaO s 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 填 吸 或 放 热反应 温度为T5时 该反应耗时40s 达到平衡 则此温度下 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 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
9、线 A逼近的原因 4 保持温度 体积不变 充入CO2气体 则 CaCO 3的质量 CaO的质量 CO2的 浓度 填 增大 减小 或 不变 答案 1 吸0 20 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 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 注意浓度 压强引起化学平衡发生移动时 平衡常数不变 只有温度变化引起的化学平衡移动 平衡常数才发生变
10、化 5 5 2017 山西八校联考 将一定量的SO2 g 和 O2 g 分别通入体积为2L 的恒容密闭容器中 在 不同温度下进行反应 得到如下表中的两组数据 实验 编号 温度 平衡常数 起始量 mol 平衡量 mol 达到平衡所需 时间 min SO2O2SO2O2 1 T1K14 2 x0 8 6 2 T2K24 2 0 4 yt 下列说法中不正确的是 A x 2 4 B T1 T2的关系 T1 T2 C K1 K2的关系 K2 K1 D 实验 1 在前 6min 的反应速率v SO2 0 2mol L 1 min 1 答案A 解析根据题中信息可列 三段式 2SO2 g O2 g 2SO3
11、g n 起始 mol 4 2 n 转化 mol 4 x 2 0 8 n 平衡 mol x 0 8 4 x 2 0 8 2 1 解得 x 1 6 同理 解得y 0 2 由于 2SO2 g O2 g 2SO3 g 是放热反应 温度越高 反应正向进行的程度越小 根据x y可 以判断出T1 T2 K1 K2 实验 1 在前 6 min 的反应速率v SO2 4 mol 1 6 mol 2 L 6 min 0 2 mol L 1 min 1 故本题选 A 题组三化学平衡常数的应用 6 2018 合肥高三模拟 在体积为1L 的密闭容器中 进行如下化学反应 CO2 g H2 g CO g H2O g 化学平
12、衡常数K与温度T的关系如下表 T 700 800 850 1000 1200 K0 6 0 9 1 0 1 7 2 6 6 回答下列问题 1 升高温度 化学平衡向 填 正反应 或 逆反应 方向移动 2 若某温度下 平衡浓度符合下列关系 c CO2 c H2 c CO c H2O 此时的温度为 在此温度下 若该容器中含有1molCO2 1 2molH2 0 75molCO 1 5molH2O 则此时反应所处的状 态为 填 向正反应方向进行中 向逆反应方向进行中 或 平衡状态 答案 1 正反应 2 850 向正反应方向进行中 解析 1 由表格数据 可知随着温度升高 平衡常数增大 说明化学平衡向正反
13、应方向移动 2 c CO2 c H2 c CO c H2O 则计算出K 1 0 即此时温度为850 此温度下 cCO cH2O cCO2 cH2 0 75 1 5 1 1 2 B 解析 设平衡时H2S转化的物质的量为x H2S g CO2 g COS g H2O g 初始 mol 0 40 0 100 0 转化 mol xxxx 平衡 mol 0 40 x 0 10 xxx 由题意得 x 0 40 mol x 0 10 mol x x x 0 02 解得 x 0 01 mol H2S的平衡转化率 1 0 01 mol 0 40 mol 100 2 5 K cCOS cH2O cH2S cCO2
14、 0 01 2 5 0 01 2 5 0 40 0 01 2 5 0 10 0 01 2 5 1 351 2 8 10 3 温度升高 水的平衡物质的量分数增大 平衡右移 则H2S的转化率增大 故 2 1 温度升 高 平衡向吸热反应方向移动 故 H 0 A 项 充入H2S H2S 的转化率反而减小 B 项 充入CO2 增大了一种反应物的浓度 能够提 高另一种反应物的转化率 故H2S的转化率增大 C项 充入 COS 平衡左移 H2S的转化率减小 D项 充入 N2 对平衡无影响 不改变H2S的转化率 10 题组三有关化学平衡常数的另类计算 4 2016 海南 16 顺 1 2 二甲基环丙烷和反 1
15、2 二甲基环丙烷可发生如下转化 该反应的速率方程可表示为v 正 k 正 c 顺 和v 逆 k 逆 c 反 k 正 和k 逆 在一定温 度时为常数 分别称作正 逆反应速率常数 回答下列问题 1 已知 t1温度下 k 正 0 006s 1 k 逆 0 002s 1 该温度下反应的平衡常数值K1 该反应的活化能Ea 正 小于Ea 逆 则 H 填 小于 等于 或 大于 0 2 t2温度下 图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是 填曲线编号 平 衡常数值K2 温度t1 填 小于 等于 或 大于 t2 判断理由是 答案 1 3 小于 2 B 7 3 小于该反应是放热反应 升高温度平衡向逆反应方向
16、移动 解析 1 根据v 正 k 正 c 顺 k 正 0 006s 1 则 v 正 0 006c 顺 v 逆 k 逆 c 反 k 逆 0 002s 1 则 v 逆 0 002c 反 化学平衡状态时正 逆反应速率相等 则 0 006c 顺 0 002c 反 该温度下反应的平衡常数K1 c 反 c顺 0 006 0 002 3 该反应的活化能 Ea 正 小于Ea 逆 说明断键吸收的能量小于成键释放的能量 即该反应为放热反应 则 H小 于 0 2 随着时间的推移 顺式异构体的质量分数不断减少 则符合条件的曲线是B 设顺式异 构体的起始浓度为x 可逆反应左右物质的化学计量数相等 均为1 则平衡时 顺式异构体为 0 3x 反式异构体为0 7x 所以平衡常数为K2 0 7x 0 3x 7 3 因为 K1 K2 放热反应升高温度时平 衡逆向移动 所以温度t2 t1 5 一定量的CO2与足量的C 在恒压密闭容器中发生反应 C s CO2 g 2CO g H 173kJ mol 1 若压强为 pkPa 平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示 回答下列问 题 11 1 650 时 CO2的平衡转化率为
