1、1第 3 课时 化学平衡常数学习目标定位 1.了解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.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。一、化学平衡常数1.数据分析(1)NO2、N 2O4的相互转化是一个可逆反应：2NO 2(g)N2O4(g)。在 25 时，如果用不同起始浓度的 NO2或 N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据。请根据表中已知数据填写空格：起始浓度/molL 1 平衡浓度/molL 1 平衡浓度关系c(NO2) c(N2O4) c(NO2) c(N2O4)cN2O4cNO2 cN2O4c2NO22.00102 0 6.32103 6.84103 1.08 1.7
2、11023.00102 0 8.00103 1.10102 1.38 1.721020 2.00102 9.46103 1.53102 1.62 1.711020 0.100 2.28102 8.86102 3.89 1.70102(2)根据上表数据，判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)一定浓度下，N 2O4和 NO2的平衡浓度相等()一定浓度下，N 2O4与 NO2的平衡浓度之比相等()一定浓度下，平衡时 近似相等()cN2O4c2NO222.化学平衡常数的概念与表达式(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(简称平衡常数)
3、，用 K 表示。(2)表达式：对于一般的可逆反应， mA(g) nB(g)pC(g) qD(g)，当在一定温度下达到平衡时， K 。cpCcqDcmAcnB(3)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。例如：C(s)H 2O(g)CO(g)H 2(g)， K 。cCOcH2cH2OFeO(s)CO(g) Fe(s)CO 2(g)， K 。cCO2cCO(4)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关如：N2(g)3H 2(g)2NH3(g)的平衡常数为 K1 ；c2NH3cN2c3H2N2(g) H2(g)NH3(g)的平衡常数为 K2 312()c；12 32NH3(g) N
4、2(g) H2(g)的平衡常数为 K3322(N)H。12 32写出 K1和 K2的关系式： K1 K 。2写出 K2和 K3的关系式： K2K31。写出 K1和 K3的关系式： K1K 1。233.化学平衡常数的意义已知：25 时，卤化氢生成反应的平衡常数：化学方程式 平衡常数 KF2H 22HF 6.51095Cl2H 22HCl 2.571033Br2H 22HBr 1.911019I2H 22HI 8.671023请比较表中 K 值的相对大小，说明平衡常数的意义：平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。K 值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；K 值越小，表
5、示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。4.化学平衡常数的影响因素及应用已知：N 2(g)3H 2(g)2NH3(g) HQ，平衡向正反应方向移动，A 项正确。0.20.724例 2 在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO 2(g)H 2(g)CO(g)H 2O(g)，其化学平衡常数 K 和温度 T 的关系如表所示：T/ 700 800 830 1 000 1 200K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6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(H2
6、O)，试判断此时的温度为_。该温度下加入 1 mol CO2(g)和 1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO 2的转化率为_。(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 2 molL 1， c(H2)为 1.5 molL1 ， c(CO)为 1 molL1 ， c(H2O)为 3 molL1 ，则反应_(填“正向进行” “逆向进行”或“处于平衡状态”)。答案 (1) (2)吸热 (3)830 50% (4)逆向进行cCOcH2OcCO2cH2解析 (2)温度越高， K 值越大，说明升温
7、平衡正向移动，正反应为吸热反应。(3)由题意可得 K1，查表可知温度为 830 。设反应的 CO2为 x mol，则消耗掉的 H2为 x mol，生成的 CO 和 H2O 均是 x mol(设体积为 V L)，则K 1，整理得 x0.5。(xV)(xV)(1 xV )(1 xV )则 CO2的转化率为 50%。(4)Q 10.9，cCOcH2OcCO2cH2 1321.5则反应逆向进行。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数的影响因素及应用特别提醒 利用 Q 和 K 的相对大小判断反应进行的方向 Qv 逆 Q K 反应处于平衡 v 正 v 逆 QK 反应逆向进行 v 正 ” “ 解
8、析 对于反应H 2S(g)CO 2(g)COS(g)H 2O(g)初始(mol) 0.40 0.10 0 0转化(mol) x x x x平衡(mol) 0.40 x 0.10 x x x反应平衡后水的物质的量分数为 0.02，则 0.02， x0.01。x0.50H 2S 的平衡转化率 1 100%2.5%0.01 mol0.40 mol钢瓶的体积为 2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为 c(H2S)0.156 molL1 ， c(CO2)0.036 molL1 ， c(COS) c(H2O)0.004 molL1 ，则 K 0.002 0.0040.0040.1560.03685。根据题
9、目提供的数据可知温度由 610 K 升高到 620 K 时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由 0.02 变为 0.03，所以 H2S 的转化率增大， 2 1；根据题意可知：升高温度，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故 H0。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数的综合对点训练题组一 化学平衡常数及其影响因素1.只改变一个影响因素，平衡常数 K 与化学平衡移动的关系叙述正确的是( )A.K 值不变，平衡不可能移动B.平衡向右移动时， K 值一定增大C.K 值有变化，平衡一定移动D.相同条件下，同一个反应，其化学方程式的计量数增大 2 倍， K 值也增大两倍
10、答案 C10解析 平衡常数 K 是温度的函数，只与温度有关，温度一定，平衡常数 K 值一定，温度发生变化，平衡常数 K 值也发生变化。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数的影响因素及应用2.2 000 K 时，反应 CO(g) O2(g)CO2(g)的平衡常数为 K，则相同温度下反应 2CO2(g)122CO(g)O 2(g)的平衡常数 K为( )A. B.K2 C. D. 121K 1K2答案 C解析 平衡常数与化学方程式的写法有关，对于以上两个反应： K ， KcCO2cCOcO2，所以 K 。c2COcO2c2CO2 1K2考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数
11、表达形式3.当把晶体 N2O4放入密闭容器中气化，并建立了 N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干 N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其 值( )c2NO2cN2O4A.变大 B.不变C.变小 D.无法确定答案 B解析 温度不变， K 值不变。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数的影响因素及应用4.某可逆反应 aA bBcC 在某温度下的平衡常数为 K(K1)，反应热为 H。保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则 H 和 K 数值的相应变化为( )A.写成 2aA2 bB2cC， H 值、 K 值均扩大了一倍B.写成 2aA2 b
12、B2cC， H 值扩大了一倍， K 值保持不变C.写成 cCaA bB， H 值、 K 值变为原来的相反数D.写成 cCaA bB， H 值变为原来的相反数， K 值变为原来的倒数答案 D11解析 A 项、B 项 H 值扩大一倍， K 变为原来的平方。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数表达形式与意义题组二 化学平衡常数与转化率的基本计算5.将固体 NH4I 置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH 4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g) H2(g)I 2(g)。达到平衡时， c(H2)0.5 molL1 ， c(HI)4 molL1 ，则此温度下反应的平衡常数为(
13、 )A.9 B.16C.20 D.25答案 C解析 平衡时 c(HI)4 molL1 ，HI 分解生成 H2的浓度为 0.5 molL1 ，NH 4I 分解生成的 HI 的浓度为 4 molL1 20.5 molL1 5 molL1 ，所以 NH4I 分解生成的 NH3的浓度为 c(NH3)5 molL 1 ，所以反应的平衡常数为 K c(NH3)c(HI)5420。考点 化学平衡常数的有关计算题点 求算化学平衡常数6.在一定温度下，反应 H2(g) X2(g)HX(g)的平衡常数为 10。若将 1.0 mol 的 HX(g)通12 12入体积为 1.0 L 的密闭容器中，在该温度时 HX(g
14、)的最大分解率接近于( )A.5% B.17% C.25% D.33%答案 B解析 由题中的反应和数据可知：HX(g) H2(g) X2(g)的平衡常数 K0.1。设在该温度12 12下 HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为 x molL1 ，则平衡时 HX、H 2、X 2的浓度分别为(1.0 x) molL1 、0.5 x molL1 、0.5 x molL1 ，代入 K 的表达式有1122(0.5.0.1，解得 x0.17，故可知 HX 的分解率为 100%17%。0.17 molL 11.0 molL 1考点 化学平衡常数的有关计算题点 平衡常数与转化率计算的综合7.(2017启东
15、中学高二期中)在 2 L 的密闭容器中，起始时均投入 2 mol CO，在不同条件下发生反应：CO(g) 2H 2(g)CH3OH(g) H0。有关信息如图所示，下列说法正确的是12( )A.T1 T2B.T1时该反应的平衡常数为 4.0C.同一温度下， n(H2)/n(CO)越大，平衡常数也越大D.同条件下， n(H2)/n(CO)越大，CO 和 H2的转化率也越大答案 B解析 此反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO 的转化率增大，即T1T2，A 项错误；CO(g) 2H 2(g)CH3OH(g)起始(mol): 2 3 0变化(mol): 1 2 1平衡(mol): 1 1
16、 1根据化学平衡常数的定义， K ，代入数值，得出 K4，B 项正确；化学平衡cCH3OHcCOc2H2常数只受温度的影响，温度不变，则化学平衡常数不变，C 项错误；同条件下， n(H2)/n(CO)越大，可以认为 n(H2)增大， n(CO)不变，即氢气的转化率降低，CO 的转化率增大，D 项错误。题组三 化学平衡常数的综合考查8.化学平衡常数 K 的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：2NO(g)N2(g)O 2(g) K1110 302H2(g)O 2(g)2H2O(g) K2210 812CO2(g)2CO(g)O 2(g) K3410 92以
17、下说法正确的是( )A.常温下，NO 分解产生 O2的反应的平衡常数表达式为 K1 c(N2)c(O2)B.常温下，2H 2O(g)=2H2(g)O 2(g)，此时平衡常数的数值约为 51082C.常温下，NO、H 2O、CO 2三种物质分解放出 O2的倾向由大到小的顺序为 H2ONOCO 213D.以上说法都不正确答案 B解析 A 项， K1 ；B 项， K 510 82 ，正确；C 项，平衡常cN2cO2c2NO 1K2 121081数越大，放出 O2的倾向越大，所以大小顺序为 NOH 2OCO 2。9.温度为 T 时，在体积为 10 L 的真空容器中通入 1.00 mol 氢气和 1.0
18、0 mol 碘蒸气，20 min 后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为 0.020 molL1 。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：H 2(g)I 2(g)2HI(g)2H 2(g)2I 2(g)4HI(g)下列说法正确的是( )A.反应速率用 HI 表示时， v(HI)0.008 molL 1 min1B.两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同C.氢气在两个反应方程式中的转化率不同D.第二个反应中，增大压强 K 增大答案 A解析 H 2(g) I 2(g)2HI(g)初始浓度(molL 1 ) 0.100 0.100 0转化浓度(molL 1 )
19、0.080 0.080 0.160平衡浓度(molL 1 ) 0.020 0.020 0.160所以， v(HI)0.160 molL1 20 min0.008 molL1 min1 ，A 正确； K 64，而 K K 64 24 096，B 错；两个化学方程式表示c2HIcH2cI2 c4HIc2H2c2I22的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C 错；压强大小对化学平衡常数没有影响，D 错。10.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 X Y Z初始浓度/molL1 0.1 0.2 0平衡浓度/molL1 0.05 0.
20、05 0.1下列说法错误的是( )14A.反应达到平衡时，X 的转化率为 50%B.该反应可表示为 X(g)3Y(g) 2Z(g)，其平衡常数为 1 600C.增大压强使平衡向生成 Z 的方向移动，平衡常数增大D.改变温度可以改变该反应的平衡常数答案 C11.已知某化学反应的平衡常数表达式为 K ，在不同的温度下该反应的平衡cCO2cH2cCOcH2O常数如表所示：t/ 700 800 830 1 000 1 200K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38下列有关叙述不正确的是( )A.该反应的化学方程式是 CO(g)H 2O(g)CO2(g)H 2(g)B.上述反应的正反应是放热
21、反应C.若在 1 L 的密闭容器中通入 CO2和 H2各 1 mol,5 min 后温度升高到 830 ，此时测得 CO为 0.4 mol，则该反应达到平衡状态D.若平衡浓度符合下列关系式： ，则此时的温度为 1 000 cCO23cCO cH2O5cH2答案 C解析 由平衡常数表达式可判断反应的化学方程式是 CO(g)H 2O(g)CO2(g)H 2(g)，A 正确；分析表中数据，平衡常数随温度升高而减小，说明升温平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，B 正确；依据化学平衡三段式：CO(g) H 2O(g)CO2(g)H 2(g)起始物质的量/mol 0 0 1 1变化物质的量/
22、mol 0.4 0.4 0.4 0.45 min 末物质的量/mol 0.4 0.4 0.6 0.6反应前后气体总物质的量不变，可以用其物质的量代替浓度计算浓度商，Q 2.251.00，此时反应没有达到平衡状态，C 错误；依据平衡常数表达式0.60.60.40.4和平衡常数数值计算分析，温度为 1 000 时平衡常数 K 0.60 ，若平cCO2cH2cCOcH2O 35衡浓度符合下列关系式： ，说明反应达到平衡状态，D 正确。cCO23cCO cH2O5cH2考点 化学平衡常数的概念及其应用15题点 化学平衡常数的综合综合强化12.工业合成氨 N2(g)3H 2(g)2NH3(g)反应过程中
23、的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中 B 点_(填“升高”或“降低”)，理由是_。(2)当某时刻 _(填“”或“”) K 时，反应向右进行。c2NH3cN2c3H2答案 (1)降低 催化剂能降低反应的活化能(2)13.在一体积为 1 L 的密闭容器中，通入一定量的 CO 和 H2O，在 850 发生如下反应：CO(g)H 2O(g)CO2(g)H 2(g) H0。CO 和 H2O 浓度变化如下图：(1)04 min 的平均反应速率 v(CO)_ molL 1 min1 。(2)850 时，平衡常数 K_。(3)850 时，若向该容器中充入 1
24、.0 mol CO、3.0 mol H2O，则 CO 的平衡转化率为_。(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_(填字母)。a.v 正 (H2) v 逆 (H2O)b.c(CO2) c(CO)c.容器中气体密度不变答案 (1)0.03 (2)1 (3)75% (4)a16解析 (1)04 min 的平均反应速率 v(CO) 0.03 0.20 0.08 molL 14 minmolL1 min1 。(2)850 时，平衡时各物质的浓度为 c(CO)0.08 molL1 ， c(H2O)0.18 molL1 ， c(CO2)0.12 molL1 ， c(H2)0.12 molL1 ，所以平衡
25、常数 K1。0.120.120.180.08(3) CO(g) H 2O(g)CO2(g)H 2(g)起始/molL 1 1.0 3.0 0 0变化/molL 1 x x x x平衡/molL 1 1.0 x 3.0 x x x850 时，反应的平衡常数是 1，有(1.0 x)(3.0 x) xx，解得 x0.75，则 CO 的平衡转化率为 0.75/1100%75%。(4)该反应是在固定容积的密闭容器中进行的反应，且反应前后气体的物质的量不变，密度不变不能作为平衡的标志； c(CO2) c(CO)是一特定的状态，不一定达到平衡。14.在某温度下，将 H2和 I2各 0.1 mol 的气态混合
26、物充入 10 L 的密闭容器中，发生反应H2(g)I 2(g)2HI(g)，连续测定 c(I2)的变化，5 s 时测定 c(I2)0.008 0 molL 1 并保持不变。则：(1)反应的平衡常数的表达式是 K_。(2)此温度下，平衡常数值为_。(3)若在此温度下，在 10 L 的密闭容器中充入 0.2 mol HI 气体，达到平衡时，HI 的转化率为_。答案 (1) (2)0.25 (3)80%c2HIcH2cI2解析 (2) c(I2)0.008 0 molL 1c(H2)0.008 0 molL 1c(HI)0.004 0 molL 1K 0.25。0.004 020.008 00.00
27、8 0(3)设生成的 H2的浓度为 x molL1 ，2HI(g) H 2(g)I 2(g)起始/molL 1 0.02 0 0转化/molL 1 2x x x平衡/molL 1 0.022 x x x17K x20.02 2x2 10.25x0.008 (HI) 100%80%。0.008 molL 120.02 molL 1考点 化学平衡常数的有关计算题点 平衡常数与转化率计算的综合15.已知下列两个反应：反应 I 2I I H1 3反应 I I2I H2 3反应的化学平衡常数 K1与温度的关系如表所示。T/ 5 15 25 35 50K1 1 100 841 689 533 409请回答
28、下列问题：(1)若反应的化学平衡常数为 K2，在相同温度下， K1K2_。(2)反应的 H1_(填“” “”或“”)0，若采用升温，则 I2的溶解速率会_(填“加快” “减慢”或“不变”)。(3)能判断反应已达到平衡的依据是_(填字母)。A.容器中的压强不再改变B.溶液的颜色不再改变C.I 浓度不再变化D.正、逆反应速率均为 0(4)某温度下，反应的化学平衡常数为 800。在该温度下，向甲、乙、丙三个容积相同的容器中分别加入 I2和 I ，这两种物质的起始浓度如下。起始浓度(molL 1 ) 甲 乙 丙c(I2) 0.1 0.2 0.2c(I ) 0.2 0.1 0.2反应速率最快的是_(填“
29、甲” “乙”或“丙” ，下同)，平衡时 I2的转化率最大的是_。答案 (1)1 (2) 加快 (3)BC (4)丙 甲解析 (1)相同温度下，正、逆反应的平衡常数的乘积为 1。(2)由表格可知，升温化学平衡常数减小，则正反应为放热反应，即 H10，升温 I2的溶解速率会加快。(3)因为反应是在18溶液中进行的，故其化学平衡不受压强影响；溶液中只有 I2有颜色，故颜色不再改变时反应达到平衡；I 浓度不再变化，则为平衡状态；达到化学平衡时正、逆反应速率相等，但不等于 0，故选 BC。(4)浓度越大，化学反应速率越快，则丙最快；因为增大一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率，而自身的转化率降低，则平衡时 I2的转化率最大的是甲。考点 化学平衡常数的概念及其应用题点 化学平衡常数的综合
