第2章 第3节 第4课时 化学平衡常数(学案)

第4课时 化学平衡常数

[核心素养发展目标] 1.证据推理：通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.模型认知：构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。

一、化学平衡常数

1．化学平衡常数的概念

在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物 与反应物 的比值是一个常数(简称 )，用符号K 表示。 2．化学平衡常数的表达式

对于一般的可逆反应，m A(g)＋n B(g)?p C(g)＋q D(g)，当在一定温度下达到平衡时，K ＝ 。

注意：化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。

3．化学平衡常数的意义

平衡常数的大小反映了化学反应进行的 (也叫 )。 K 值越大，表示反应进行得越 ，反应物转化率越 ； K 值越小，表示反应进行得越 ，反应物转化率越 。 4．化学平衡常数的影响因素

在化学方程式一定的情况下，K 只受温度影响。

(1)对于可逆反应，改变外界条件使平衡向正反应方向移动，平衡常数一定增大( ) (2)K 值越大，表明可逆反应正向进行的程度越大( ) (3)K 值越大，该可逆反应的速率越快( )

(4)对于一个可逆反应达到平衡状态后，改变条件使K 值改变，平衡一定发生移动( ) (5)化学方程式中的固态或纯液态物质的浓度不能代入平衡常数表达式( )

1．写出下列反应的化学平衡常数表达式。 N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) K 1＝______________；

12N 2(g)＋3

2H 2(g)NH 3(g) K 2＝_____________________________________________；

2NH 3(g)

N 2(g)＋3H 2(g) K 3＝______________；

由K 1、K 3可知，同一可逆反应的正向反应和逆向反应的平衡常数________________，由K 1、

K 2可知化学方程式的化学计量数变为原来的1

2倍，化学平衡常数__________________。

2．某温度下：已知

①CH 4(g)＋H 2O(g)?CO(g)＋3H 2(g)，K 1； ②CH 4(g)＋CO 2(g) ?2CO(g)＋2H 2(g)，K 2； ③CH 4(g)＋2H 2O(g) ?CO 2(g)＋4H 2(g)，K 3。 则K 3＝________(用含K 1、K 2的式子表示)。

3．改变温度可以使化学平衡发生移动，化学平衡常数也会发生改变，通过分析以下两个反应，总结出温度对化学平衡常数的影响规律。 ①N 2(g)＋3H 2(g) ?2NH 3(g)

化学平衡常数K 1＝_______，升温化学平衡向逆向移动，K 1______(填“增大”或“减小”，下同)，ΔH ____0(填“>”或“<”，下同)。 ②CO 2(g)＋H 2(g) ?CO(g)＋H 2O(g)

化学平衡常数K 2＝________，升温化学平衡向正向移动，K 2________，ΔH ________0。

化学平衡常数的关系和应用

(1)同一可逆反应，正向反应、逆向反应的平衡常数互为倒数，方程式系数变为原来的n 倍，平衡常数变为原来的n 次方。

方程式相加，平衡常数相乘，方程式相减，平衡常数相除。 (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。

二、化学平衡的有关计算

“三段式”法进行化学平衡的有关计算

可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：m A(g)＋n B(g)

p C(g)＋q D(g)，

在体积为V 的恒容密闭容器中，反应物A 、B 的初始加入量分别为a mol 、b mol ，达到化学平衡时，设A 物质转化的物质的量为mx mol 。 (1)模式

m A(g)＋n B(g)

p C(g)＋q D(g)

起始量/mol a b 0 0 转化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a －mx b －nx px qx

对于反应物：n (平)＝n (始)－n (转) 对于生成物：n (平)＝n (始)＋n (转)

则有①平衡常数K ＝ 。

②平衡时A 的物质的量浓度：c (A)＝ mol·L －

1。

③平衡时A 的转化率：α＝ ，A 、B 的转化率之比为α(A)∶α(B)＝ 。 ④平衡时A 的体积分数：φ(A)＝ 。 ⑤平衡时和开始时的压强比：p (平)p (始)＝ 。

⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L －

1。

⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：M ＝ g·mol －

1。 (2)基本步骤

①确定反应物和生成物的初始加入量； ②确定反应过程的转化量； ③确定平衡量。

1．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO 和H 2S 混合加热并达到下列平衡： CO(g)＋H 2S(g)

COS(g)＋H 2(g) K ＝0.1

反应前CO 物质的量为10 mol ，平衡后CO 物质的量为8 mol 。 (1)反应前H 2S 的物质的量是多少？ (2)CO 的平衡转化率是多少？

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 的关系如下表所示：

t /℃ 700 800 830 1 000 1 200 K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题：

(1)该反应为____________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c (CO 2)·c (H 2)＝5c (CO)·c (H 2O)，试判断此时的温度为______。

(3)在1 200 ℃时，某时刻平衡体系中CO 2、H 2、CO 、H 2O 的浓度分别为2 mol·L －1、2 mol·L －

1、4 mol·L －

1、4 mol·L －

1，则此时上述反应的平衡____________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。

判断平衡移动方向

利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。 对于可逆反应m A(g)＋n B(g)

p C(g)＋q D(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Q (浓度商)＝c p (C )·c q (D )c m (A )·c n (B )表示，则：

当Q ＝K 时：反应处于平衡状态； 当Q ＜K 时：反应向正反应方向进行； 当Q ＞K 时：反应向逆反应方向进行。

1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是( ) A ．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关

B ．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变

C ．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

D ．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数

2．在某温度下，可逆反应：m A(g)＋n B(g) ?p C(g)＋q D(g)的平衡常数为K ，下列说法正确的是( )

A ．K 越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大

B ．K 越小，达到平衡时，反应物的转化率越大

C ．K 随反应物浓度的改变而改变

D ．K 随温度和压强的改变而改变

3．在高温、催化剂条件下，某反应达到平衡，平衡常数K ＝c (CO )·c (H 2O )

c (CO 2)·c (H 2)。恒容时，升高温

度，H 2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，H 2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CO(g)＋H 2O(g)

催化剂高温

CO 2(g)＋H 2(g)

4．在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO 和1 mol H 2O 发生反应：CO(g)＋H 2O(g) ?CO 2(g)＋H 2(g)，达到平衡时测得n (H 2)＝0.5 mol ，下列说法不正确的是( ) A ．在该温度下，反应的平衡常数K ＝1 B ．平衡常数与反应温度无关 C ．CO 的平衡转化率为50% D ．平衡时n (H 2O)＝0.5 mol

5．H 2S 与CO 2在高温下发生反应：H 2S(g)＋CO 2(g) ?COS(g)＋H 2O(g)。在610 K 时，将0.10 mol CO 2与0.40 mol H 2S 充入2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)H 2S 的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K ＝________。

(2)在620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H 2S 的转化率α2______α1，该反应的ΔH ______0。(填“>”“<”或“＝”)

(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H 2S 转化率增大的是________(填字母)。 A. H 2S B. CO 2 C ．COS D ．N 2

题组一 化学平衡常数及其影响因素

1．下列关于平衡常数K 的说法中，正确的是( )

①平衡常数K 只与反应本身及温度有关 ②改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K ③加入催化剂不改变平衡常数K ④平衡常数K 只与温度有关，与反应的本身及浓度、压强无关

A ．①②

B ．②③

C ．③④

D ．①③

2．对于反应3Fe(s)＋4H 2O(g) ?Fe 3O 4(s)＋4H 2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( ) A ．K ＝c 4(H 2)·c (Fe 3O 4)c 3(Fe )·c 4(H 2O )

B ．K ＝c 4(H 2)

c 4(H 2O )

C ．增大c (H 2O)或减小c (H 2)，会使该反应平衡常数增大

D ．改变反应的温度，平衡常数不一定变化

3．已知下列反应的平衡常数：H 2(g)＋S(s) ?H 2S(g) K 1；S(s)＋O 2(g) ?SO 2(g) K 2。则反应H 2(g)＋SO 2(g)

O 2(g)＋H 2S(g)的平衡常数为( )

A ．K 1＋K 2

B ．K 1－K 2

C ．K 1·K 2

D ．K 1/K 2

4．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错误的是( ) A ．K 值不变，平衡可能移动 B ．K 值变化，平衡一定移动

C ．平衡移动，K 值可能不变

D ．平衡移动，K 值一定变化

5．下列有关平衡常数的说法中，正确的是( ) A ．改变条件，反应物的转化率增大，平衡常数一定增大

B ．反应：2NO 2(g) ?N 2O 4(g) ΔH <0，升高温度该反应的平衡常数增大

C ．对于给定的可逆反应，温度一定时，其正、逆反应的平衡常数相等

D ．平衡常数为K ＝c (CO 2)·c (NO )

c (CO )·c (NO 2)的反应，化学方程式为CO(g)＋NO 2(g)

CO 2(g)＋NO(g)

题组二 化学平衡常数的简单计算与大小比较

6．将4 mol SO 2与2 mol O 2放入4 L 的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO 2＋O 2?2SO 3，测得平衡时SO 3的浓度为0.5 mol·L －

1。则此条件下的平衡常数K 为( ) A ．4 B ．0.25 C ．0.4 D ．0.2 7．在773 K 时，CO(g)＋H 2O(g)

CO 2(g)＋H 2(g)的平衡常数K ＝9，若CO 、H 2O 的起始浓

度均为0.020 mol·L －

1，则在此条件下CO 的转化率是( ) A ．60% B ．50% C ．75% D ．25%

8．在某密闭容器中把CO 和H 2O 的混合物加热到800 ℃，存在平衡CO(g)＋H 2O(g) ?CO 2(g)＋H 2(g)，且平衡常数K ＝1。若在2 L 的密闭容器中充入1 mol CO 和1 mol H 2O 的混合物并加热到800 ℃，则平衡时CO 的转化率为( ) A ．40% B ．50% C ．60% D ．83.3%

9．在一定温度下，下列反应的化学平衡常数数值如下： ①2NO(g) ?N 2(g)＋O 2(g) K 1＝1×1030 ②2H 2(g)＋O 2(g) ?2H 2O(g) K 2＝2×1081 ③2CO 2(g) ?2CO(g)＋O 2(g) K 3＝4×10－92

以下说法正确的是( )

A ．该温度下，反应①的平衡常数表达式为K 1＝c (N 2)·c (O 2)

B ．该温度下，反应2H 2O(g) ?2H 2(g)＋O 2(g)的平衡常数的数值约为5×10

－80

C ．该温度下，反应①、②的逆反应、反应③产生O 2的倾向由大到小的顺序为NO ＞H 2O ＞CO 2

D ．以上说法都不正确

题组三 化学平衡常数的相关综合

10．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K ＝c 4(C )·c 2(D )

c 3(A )·c 2(B )

B．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

11．在20 ℃、5.05×105 Pa条件下，密闭容器中进行反应2A(g)＋x B(g) ?4C(g)，达到平衡时c(A)＝1.00 mol·L－1，现将压强减小到1.01×105 Pa，建立平衡后，c(A)＝0.18 mol·L－1，则下列说法正确的是()

A．x＞2

B．若增大该体系的压强，平衡向左移动，化学平衡常数变小

C．若增大该体系的压强，平衡向右移动，化学平衡常数不变

D．反应的平衡常数表达式为K＝c4(C)

c2(A)·c(B)

12．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生以下反应：2N2O5(g) ?4NO2(g)＋O2(g)ΔH>0。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：

A．500 s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1

B．T1温度下的平衡常数K1＝125，平衡时N2O5的转化率为50%

C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1

D．达到平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的1

2，则再次达到平衡时，

c(N2O5)>5.00 mol·L－1

13．(2020·沈阳高二质检)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所示：

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X(g)＋3Y(g) ?2Z(g)，其平衡常数为1 600

C．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

14．为探究外界条件对反应：m A(g)＋n B(g) ?c Z(g)ΔH的影响，以A和B的物质的量之比为m∶n开始反应，通过实验得到不同条件下反应达到平衡时Z的物质的量分数，实验结果

如图所示。下列判断正确的是( )

A ．ΔH >0

B ．升高温度，正、逆反应速率都增大，平衡常数减小

C ．m ＋n

D ．恒温恒压时，向已达平衡的体系中加入少量Z(g)，再次达到平衡后Z 的物质的量分数增大

15．合成氨反应：N 2(g)＋3H 2(g) ?2NH 3(g) ΔH ＜0，在某温度下达到平衡时，各物质的浓度是c (N 2)＝3 mol·L －

1，c (H 2)＝9 mol·L －

1，c (NH 3)＝4 mol·L －

1，则： (1)该温度时的平衡常数为________；起始浓度c (N 2)＝________。 (2)H 2的转化率为__________。

(3)平衡后要提高H 2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母)。

a ．高温高压

b ．加入催化剂

c ．增加N 2的浓度

d ．增加H 2的浓度

e ．分离出NH 3 16．在一定温度下，将3 mol CO 2和2 mol H 2混合于2 L 的密闭容器中，发生如下反应：

CO 2(g)＋H 2(g) ?CO(g)＋H 2O(g)。

(1)该反应的化学平衡常数表达式K ＝__________。

(2)已知在700 ℃时，该反应的平衡常数K 1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H 2O(g) ?CO 2(g)＋H 2(g)的平衡常数K 2＝________，反应12CO 2(g)＋12H 2(g)

12CO(g)＋1

2

H 2O(g)的平衡常数K 3＝__________。

(3)已知在1 000 ℃时，该反应的平衡常数K 4＝1.0，则该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。

(4)在1 000 ℃下，某时刻CO 2的物质的量为2 mol ，则此时v 正________(填“>”“＝”或“<”)v 逆。

17．25 ℃时，在体积为2 L 的密闭容器中，气态物质A 、B 、C 的物质的量n 随时间t 的变化如图1所示，已知达平衡后，降低温度，A 的转化率将增大。

t～t t～t t～t t～t

(1)根据图1数据，写出该反应的化学方程式：______________________________________。此反应的平衡常数表达式K＝____________。从反应开始到达第一次平衡时的平均速率v(A)为__________。

(2)在5～7 min内，若K值不变，则此处曲线变化的原因是______________________。

(3)如图2表示此反应的反应速率v和时间t的关系图，各阶段的平衡常数如表所示。K1、K2、K3、K4之间的关系为________(用“>”“<”或“＝”连接)。A的转化率最大的一段时间是__________。