化学平衡常数及其计算

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

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m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，

K＝(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a A(g)＋b B(g)c C(g)＋d D(g)的任意状态，浓度商：Q c＝。

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。

深度思考

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

(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()

2．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。

(1)Cl2＋H2O HCl＋HClO

(2)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)

(3)CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O

(4)CO＋H2O HCO＋OH－

(5)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)

3．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系

①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1

②N2(g)＋H2(g)NH3(g)K2

③2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K3

(1)K1和K2，K1＝K。

(2)K1和K3，K1＝。

题组一平衡常数的含义

1．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)K1

2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)K2

则4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝(用K1、K2表示)。

2．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/℃700 800 830 1000 1200

K

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，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为℃。

(4)若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K(填“大于”“小于”或“等于”)。

(5)830℃时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。

题组二化学平衡常数的应用

3．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：

温度/℃

化学反应平衡常数

500 800

①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1

②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2

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。

4．在一个体积为2L的真空密闭容器中加入，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40s达到平衡，则T5℃时，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(选填字母)。

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”)。

(5)在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为g。

1．一个模式——“三段式”

如m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。

m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)

c始/(mol·L－1)ab00

c转/(mol·L－1)mxnxpxqx

c平/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx

K＝。

2．明确三个量的关系

(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。

(2)关系

①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。

②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。

③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。

3．掌握四个公式

(1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。

(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。

产率＝×100%。

(3)混合物组分的百分含量＝×100%。

(4)某组分的体积分数＝。

题组一平衡常数与转化率的关系

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H2S混合加热并达到下列平衡：

CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)K＝

反应前CO物质的量为10mol，平衡后CO物质的量为8mol。下列说法正确的是() A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应