化学平衡常数及转化率的计算

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＝cpC·cqDcmA·cn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＝ccC·cdDcaA·cb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，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( ) (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)Cl2＋H2OHCl＋HClO (2)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) (3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O (4)CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－ (5)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) 答案 (1)K＝cHCl·cHClOcCl2 (2)K＝cCO·cH2cH2O (3)K＝cCH3COOC2H5·cH2OcCH3COOH·cC2H5OH (4)K＝cOH－·cHCO－3cCO2－3 (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)2NaNO3(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)c2NO·cCl2c4NO2 (2)cMbXcMb·cX 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：

化学反应 平衡常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15

②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50

③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) K3

(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。 (2)反应③的ΔH________(填“>”或“＜”)0。 答案 (1)K1·K2 (2)＜

解析 (1)K1＝cCH3OHc2H2·cCO，

K2＝cCO·cH2OcH2·cCO2，

K3＝cH2O·cCH3OHc3H2·cCO2，

K3＝K1·K2。 (2)根据K3＝K1·K2,500 ℃、800 ℃时，反应③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ΔH＜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① O3O2＋[O] ΔH>0 平衡常数为K1； 反应② [O]＋O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2； 总反应：2O33O2 ΔH<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 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＝cO2·c[O]cO3、K2＝c2O2c[O]·cO3、

K＝c3O2c2O3＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①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2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(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40 s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向曲线A逼近的原因：______________________________。 (4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3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)＝0.20 mol·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，平衡常数才发生变化。 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2 L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 SO2 O2 SO2 O2

1 T1 K1 4 2 x 0.8 6 2 T2 K2 4 2 0.4 y t

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6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 mol·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(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 mol2 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1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表： T/℃ 700 800 850 1 000 1 200

K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

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1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，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cCO·cH2OcCO2·cH2＝0.75×1.51×1.2<1.0，故反应向正反应方向进行中。

1．温度变化与化学平衡常数变化不一定对应。若正反应为吸热反应，升温，K增大，降温，K减小；若正反应为放热反应，则相反。 2．Q与K的表达式相同，但代入的浓度不同。K的表达式中各物质浓度为平衡浓度，而Q中为任意时刻物质的浓度。