2020版高中化学第2章化学反应速率和化学平衡第3节化学平衡课时3化学平衡常数导学案 .doc

课时3化学平衡常数目标与素养：1.知道化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行简单计算。(证据推理与模型认知)2.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。(科学精神与社会责任)3.了解平衡图像及应用。(宏观辨识与平衡思想)一、化学平衡常数1定义在一定温度下，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，通常用符号K表示。2表达式对于一般的可逆反应，mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，平衡常数的表达式为K。3特点K值只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。4意义K值越大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。当K>105时，该反应进行得就基本完全了。二、平衡转化率()1表达式对于反应：aAbBcCdD，反应物A的转化率可以表示为(A)100%100%100%。2影响因素(以N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0为例)(1)增大N2浓度，(N2)减小，(H2)增大。(2)升高温度，(N2)减小。(3)增大压强，(N2)增大。平衡向正反应方向移动，反应物的转化率是否一定增大？答案不一定。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度。()(2)对于一个可逆反应，平衡正向移动时，平衡常数一定增大。 ()(3)某反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)，其平衡常数表达式为K。()(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。()答案(1)(2)(3)(4)2高温下，某反应达到平衡，平衡常数K。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是()A该反应的焓变为正值B恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 C升高温度，逆反应速率减小 D该反应的化学方程式为COH2O(g)CO2H2答案A3T ，将H2和I2(g)各0.20 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应后，测得c(H2)0.016 molL1，则该反应H2(g)I2(g)2HI(g)的K为_，H2的转化率为_。答案0.2520%化学平衡常数及其应用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，与反应物或生成物的浓度无关。(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”而不代入公式。(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，则平衡常数改变，二者互为倒数。若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。如N23H22NH3，Ka则有：2NH3N23H2，K1/a。N2H2NH3，K。2化学平衡常数的应用(1)判断平衡移动的方向对于一般的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在任意状态时，生成物与反应物的浓度幂之积的比值称为浓度商Qc，即Qc，则：(2)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。【典例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/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)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_。(3)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 molL1，c(H2)为1.5 molL1，c(CO)为1 molL1，c(H2O)为3 molL1，则下一时刻，反应将_(填“正向”或“逆向”)进行，此时v正_v逆(填“>”“<”或“”)。解析(1)通过表中K和t的关系可知，温度越高，K值越大，反应正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热反应。(2)当c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)时，K1，此时温度由表中数据可知为830 。(3)判断反应进行的方向时，可根据Qc与K的大小关系判断，此时刻下Qc1>0.9，所以反应向逆反应方向进行，v正<v逆。答案(1)吸热(2)830(3)逆向<700 时，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的K_。答案1.671对于反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H>0，下列有关说法正确的是()A平衡常数表达式为KB增大体系压强，平衡常数K不发生变化C升高体系温度，平衡常数K减小D增加C(s)的量，平衡正向移动B固态浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；K只与温度有关，因此增大体系压强，平衡常数K不发生变化，B项正确；升温该反应正向进行，K增大，C项错误；增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。2已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()A反应的平衡常数K1B反应的平衡常数KC对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小B在书写平衡常数表达式时，纯固体不写，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B正确；反应中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H<0，C错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。3已知400 时，N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0的K。则400 时，2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数为_，测得0.5 L的密闭容器中氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时，该反应的v正(N2)_(填“大于”“小于”或“等于”)v逆(N2)。答案2大于化学平衡常数和转化率的综合计算证据推理与模型认知：化学平衡的计算模板对以下反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令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V L。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始/mola b 0 0变化/molmx nx px qx平衡/molamx bnx px qx则有：(1)K。(2)c平(A) molL1。(3)(A)平100%。(4)(A)100%。(5)。【典例2】工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(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。试计算：(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_。解析设N2转化的物质的量浓度为x molL1， N23H22NH3起始浓度/molL10.30.80转化浓度/molL1x3x2x平衡浓度/molL10.3x 0.83x2x所以，解得x0.2，N2的转化率为100%66.7%。反应2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数K0.005。答案(1)66.7%(2)0.005该条件下，H2的转化率为_，H2的物质的量分数为_。答案75%(或0.286)4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见下表：物质XYZ初始浓度/(molL1)0.10.20平衡浓度/(molL1)0.050.050.1下列说法错误的是()A反应达到平衡时，X的转化率为50%B反应可表示为X3Y2Z，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改变温度可以改变此反应的平衡常数CC选项错误，增大压强不可能使平衡常数增大。其他选项均为平衡中的基础计算和基础知识，关键是根据表中数据(0.10.05)(0.20.05)(0.10)132推导出：X3Y2Z。5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)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于()A5%B17%C25% D33%B考查“始、变、平”模式和平衡常数。设氢气的转化浓度为x mol/L。 H2(g)X2(g)HX(g)c始(mol/L)001c变(mol/L)xx2xc平(mol/L)xx12x10解得x，得出HX的分解率为17%。系列微专题3：化学平衡图像的分类突破一、思路分析二、分类突破1速率压强(或温度)图像曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强或温度增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。2百分含量(或转化率)时间温度(或压强)图像 解题原则“先拐先平数值大”。在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图中T2>T1)、压强较大(如图中p2>p1)或使用了催化剂(如图中a使用了催化剂)。.表示T2>T1，正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动。.表示p2>p1，A的转化率减小，说明正反应是气体总体积增大的反应，压强增大，平衡逆向移动。.生成物C的百分含量不变，说明平衡不发生移动，但反应速率a>b，故a使用了催化剂；也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应，a增大了压强(压缩体积)。3百分含量(或转化率)压强温度图像解题原则“定一议二”。在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量，分析方法是确定其中一个变量，讨论另外两个变量之间的关系。如上图中确定压强为105 Pa或107 Pa，则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小，说明正反应是放热反应；再确定温度T不变，作横坐标的垂线，与压强线出现两个交点，分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现，压强增大，生成物C的百分含量增大，说明正反应是气体总体积减小的反应。4非平衡点与平衡点的v正、v逆分析对于化学反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正<v逆。5反应过程中某组分含量与温度的关系图像对于化学反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在相同时间段内，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正>v逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，H<0。1在密闭容器中进行反应：A(g)3B(g)2C(g)。下列有关图像的说法不正确的是()ab cdA依据图a可判断正反应为放热反应B在图b中，虚线可表示使用了催化剂C若正反应的H<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动D由图d中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应的H>0D由图d可知，混合气体的平均相对分子质量随温度的升高而降低，即温度升高，平衡向逆反应方向移动，故正反应的H0。2密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是()AT1<T2，p1<p2，ab>c，正反应为吸热反应BT1>T2，p1<p2，ab<c，正反应为吸热反应CT1<T2，p1>p2，ab<c，正反应为吸热反应DT1>T2，p1>p2，ab>c，正反应为放热反应B由(T1，p1)和(T1，p2)两条曲线可以看出：温度相同(T1)，但压强为p2时先出现“拐点”，达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以p2>p1；压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大，说明增大压强平衡逆向移动，则ab<c。由(T1，p2)和(T2，p2)两条曲线可以看出：压强相同(p2)，但温度为T1时先出现“拐点”，达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以T1>T2；温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应。3在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y，发生反应：2X(g)Y(g)3Z(g)，反应过程持续升高温度，测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是()AQ点时，Y的转化率最大B升高温度，平衡常数增大CW点X的正反应速率等于M点X的正反应速率D平衡时，再充入Y，达到平衡时Z的体积分数一定增大A从开始到Q点是正向建立平衡的过程，转化率逐渐增大，从Q点到M点升高温度，平衡向左移动，X的转化率降低，Q点最大，A正确；分析图像，X的体积分数先减小到最低，这是化学平衡的建立过程，后增大，这是平衡的移动过程，升高温度，X的体积分数增大，说明升温平衡左移，平衡常数减小，B错误；M点温度高，故反应速率快，C错误；平衡时再充入Y，平衡右移，n(Z)增大但n(Y)也增大，故Z的体积分数不一定增大，D错误。4在两个容积均为1 L的密闭容器中以不同的氢碳比n(H2)/n(CO2)充入H2和CO2，在一定条件下发生反应：2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)H。CO2的平衡转化率(CO2)与温度的关系如下图所示。(1)此反应的平衡常数表达式K_，P点对应温度下，K的值为_。(2)该反应的H_0(填“>”“<”或“”)，判断的理由是_。(3)氢碳比：X_2.0(填“>”“<”或“”)。(4)在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)_P点的v(逆)(填“>”“<”或“”)。解析(1)由图可知，P点平衡时二氧化碳的转化率为0.50，2.0，设起始时氢气的浓度为2 molL1、二氧化碳的浓度为1 molL1，则二氧化碳的浓度变化量为0.5 molL1，则：2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)起始浓度/(molL1)：12 0 0变化浓度/(molL1): 0.5 1.5 0.25 1平衡浓度/(molL1): 0.5 0.5 0.25 1平衡常数K64。(2)由题图可知，氢碳比不变时，温度升高CO2的平衡转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，则正反应为放热反应，H<0。(3)氢碳比越大，二氧化碳的转化率越大，故X>2.0。(4)相同温度下，Q点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率，说明Q点未到达平衡，反应向正反应方向进行，逆反应速率增大，到P点平衡状态时不变，故在氢碳比为2.0时，Q点v(逆)小于P点的v(逆)。答案(1)64(2)<温度升高CO2的平衡转化率减小，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，正反应为放热反应(3)>(4)<1下列关于平衡常数K的说法中，正确的是()平衡常数K只与反应本身及温度有关改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K加入催化剂不改变平衡常数K平衡常数K只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关ABCDD平衡常数K是一个温度常数，只与反应本身及温度有关，催化剂不能改变化学平衡，故加入催化剂不改变平衡常数K。2某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)2B(g)4C(s)2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，则下列说法正确的是()A该反应的化学平衡常数表达式是KB此时，B的平衡转化率是40%C增大该体系的压强，化学平衡常数增大D增加B，B的平衡转化率增大BA项，C是固体，浓度视为常数，不能写入平衡常数表达式，错误；B项，B的转化率为1.6 2/(42)100%40%，正确；C项，化学平衡常数只受温度的影响，温度不变，平衡常数不变，错误；D项，增加B，虽然平衡右移，但B的总量也增加，B的转化率降低，错误。3已知下列反应的平衡常数：H2(g)S(s)H2S(g)，K1；S(s)O2(g)SO2(g)，K2；则反应H2(g)SO2(g)O2(g)H2S(g)的平衡常数是()AK1K2 BK1K2 CK1K2 DDK1，K2，所求反应的平衡常数K3K1。4对于反应：2A(g)B(g)2C(g)H<0，下列图像正确的是() AB CDA首先分析该反应的特点是反应前后气体分子数减小的放热反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B的物质的量分数减小，C的物质的量分数增大；升高温度，平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，B的物质的量分数增大，C的物质的量分数减小。A项图像表示B的物质的量分数随温度升高而增加，符合此反应，另外，从反应开始到建立平衡，温度越高，达到平衡的时间越短，A项正确；同理推知B、C、D项图像不符合题意。5对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。(1)343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常数K343 K_(保留2位小数)。(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。解析(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a molL1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a molL1、0.11a molL1、0.11a molL1，化学平衡常数K0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。 答案(1)220.02(2)及时移去产物改进催化剂提高反应物压