高中化学同步讲练：2.2.1 化学平衡常数2（鲁科版选修4）.doc

精品资料www.ks5u.com第2节化学反应的限度第1课时化学平衡常数学习目标定位1.知道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，知道化学平衡常数的影响因素。2.能根据化学平衡常数表示的意义，判断反应进行的程度和方向。1化学平衡状态的概念：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。化学平衡研究的对象是可逆反应。2化学平衡状态的特征：(1)等：v正v逆0。(2)动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。(3)定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。(4)变：外界条件(温度、浓度、压强等)一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。3一定温度下，在10 L密闭容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，当反应达到平衡时，有3 mol SO2发生了反应，则：(1)生成了_mol SO3。(2)平衡时容器内气体的总物质的量为_。(3)平衡时SO2的浓度是_，O2的浓度是_，SO3的浓度是_。答案(1)3(2)6.5 mol(3)0.2 mol·L1015 mol·L10.3 mol·L1探究点一化学平衡常数的概念及其表达式1二氧化氮、四氧化二氮的相互转化是一个可逆反应：2NO2(g)N2O4(g)，在298 K，如果用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，平衡后得到以下实验数据。(1)请根据表中已知数据填写空格：起始浓度/mol·L1平衡浓度/mol·L1平衡浓度关系c(NO2)c(N2O4)NO2N2O42.00×10206.32×1036.84×1031.081.71×1023.00×10208.00×1031.10×1021.381.72×10202.00×1029.46×1031.52×1021.611.70×10200.1002.28×1028.86×1023.891.70×102(2)化学平衡常数概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度以化学计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以化学计量数为指数的幂的乘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(简称平衡常数，用K表示)。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。2下表为N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系T/K373473573673773K (mol2·L2)3.35×1091.00×1072.45×1051.88×1042.99×103由上表数据分析可知：(1)温度升高，K值减小，则正反应为放热反应(填“吸热”或“放热”，下同)。(2)温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应。归纳总结使用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)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写。C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)K；FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)K。(3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。例如：N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1，N2(g)H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2，NH3(g)N2(g)H2(g)的平衡常数为K3；写出K1和K2的关系式：K1K。写出K2和K3的关系式：K2·K31。写出K1和K3的关系式：K1·K1。活学活用1对于反应3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是()AKBKC增大c(H2O)或减小c(H2)，会使该反应平衡常数减小D改变反应的温度，平衡常数不一定变化答案B解析固体反应物或生成物，其浓度可看作1，在平衡常数表达式中不写，故A错误，B正确；化学平衡常数是反应的特性常数，只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度无关，故增大c(H2O)或减小c(H2)，该反应的平衡常数不变，但温度改变，平衡常数一定改变，故C、D错误。2高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：温度/1 0001 1501 300平衡常数4.03.73.5请回答下列问题：该反应的平衡常数表达式K_，H_0(填“>”、“<”或“”)。答案<解析因Fe和Fe2O3均为固体，其浓度视为1，在平衡常数表达式中不写，故K。温度升高，K减小，说明平衡向左移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，H<0。探究点二化学平衡常数的意义及其应用1下表为298 K时，卤化氢生成反应的平衡常数：化学方程式平衡常数KF2H22HF6.5×1095Cl2H22HCl2.57×1033Br2H22HBr1.91×1019I2H22HI8.67×102请比较表中K值的相对大小，说明平衡常数的意义：(1)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，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。(2)判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在一定的温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q，叫做该反应的浓度商。Q<K，反应向正反应方向进行QK，反应处于平衡状态Q>K，反应向逆反应方向进行2对反应N2(g)O2(g)2NO(g)，若298 K时，K1×1030，保持温度不变，测得反应进行的某一时刻，N2、O2、NO浓度分别为10 mol·L1、10 mol·L1、1×105 mol·L1，此时该反应未(填“已”或“未”)达到平衡状态，若要达到平衡，反应应向逆反应方向进行(填“正”或“逆”)。解析Q1×1012，QK未达到平衡状态；Q>K，此时刻生成物的浓度大于平衡时生成物的浓度，反应应向逆反应方向进行。归纳总结化学平衡常数的应用(1)K值的大小可反映化学反应进行的程度大小。(2)比较Q和K的大小，可判断反应进行的方向。(3)根据K值随温度变化规律，可判断可逆反应的反应热。活学活用3恒温下，在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1 mol H2的混合气体，发生如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0，一段时间后，达到平衡，若平衡时氢气的物质的量为0.4 mol。(1)计算此温度时该反应的K值为_。(2)若降低A容器的温度，该反应K值_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)若在此温度下，向另一容积为1 L的恒容密闭容器B中按物质的量分别为2 mol、1 mol、1 mol充入N2、H2、NH3，此时，该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时若没有达到平衡，反应应向_(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。答案(1)12.5 mol2·L2(2)增大(3)否正反应解析(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)K12.5 mol2·L2(2)K与温度有关，升高温度K不一定变大，当正反应为放热反应，升高温度K变小，当正反应为吸热反应，升高温度K变大。1下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是()A与该反应的压强有关B与反应的温度有关，还与反应本身有关C与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响D只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数答案B解析K与反应温度有关，也与反应方程式有关，但与起始浓度无关。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COH2OCO2H2答案A解析由平衡常数K，可知反应为CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，D错误；温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，H>0，A正确；恒容时增大压强，H2的浓度不变，B错误；升高温度，v正和v逆都增大，C错误。3对于可逆反应：C(s)CO2(g)2CO(g)，在一定温度下，其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是()A将C(s)的表面积增大B增大体系的压强C升高体系的温度D使用合适的催化剂答案C解析K只与体系的温度有关，与反应物、生成物的起始浓度无关。4汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)CO(g)N2(g)CO2(g)H373.4 kJ·mol1在恒容的密闭容器中，反应达平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是()答案C解析H373.4 kJ·mol1，温度升高，平衡向逆反应方向移动，K减小，CO浓度增大，故A、B两项错；K只与温度有关，C项正确；增大N2的物质的量，平衡左移，则NO的浓度增大，所以D项错。5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的关系如下表所示：T/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6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_反应(填“吸热”或“放热”)。(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。A容器中压强不变 B混合气体中c(CO)不变Cv正(H2)v逆(H2O) Dc(CO2)c(CO)(4)某温度下，平衡浓度符合下式：CO2·H2CO·H2O，试判断此时的温度为_。答案(1)(2)吸热(3)BC(4)830解析(1)根据化学平衡常数的定义式即可得出：K。(2)由表中数据可以看出温度越高，平衡常数越大，说明反应混合物中CO或水蒸气的浓度越大，即升温平衡向右移动，正反应为吸热反应。(3)该反应为气体总物质的量不变的反应，反应过程中压强始终不变，与是否平衡无关。(4)当CO2·H2CO·H2O时，K1.0，此时的温度由表中数据可知为830 。基础过关一、化学平衡常数的含义1关于化学平衡常数的叙述正确的是()A温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数B两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变C温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数D浓度商Q<K时，v正<v逆答案C解析K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数，如H2(g)I2(g)2HI(g)，K正，K逆，所以K正。浓度商Q<K，未达到化学平衡状态，此时v正>v逆。2化学平衡常数可以用K来表示，下列关于化学平衡常数的说法中正确的是()AK与反应的压强有关BK与反应物的浓度有关CK与生成物的浓度有关DK与温度有关答案D解析一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。3某温度下，可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是()AK值越大，表明该反应越有利于C的生成B若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C温度越高，K一定越大D如果mnp，则K1答案A解析K越大，该反应正向进行的程度越大，越有利于C的生成，A正确；对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，B错误；因该反应的热效应不确定，故C项错误；K，故由mnp，无法判断K的大小。4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()A变大 B不变 C变小 D无法确定答案B解析温度不变，K不变。二、化学平衡常数的计算5将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L1。则此条件下的平衡常数K(单位为L·mol1)为()A4 B0.25C0.4 D0.2答案A解析2SO2O22SO3初始物质的量(mol): 4 2 0转化物质的量(mol): 2 1 2平衡物质的量(mol): 2 1 2平衡时各自的浓度SO20.5 mol·L1，O20.25 mol·L1，SO30.5 mol·L1K L·mol14 L·mol1。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%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。设在该温度下HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为x mol·L1，则平衡时HX、H2、X2的浓度分别为(1.0x) mol·L1、0.5x mol·L1、0.5x mol·L1，代入K的表达式有0.1，解得x0.17，故可知HX的分解率为×100%17%。三、化学平衡常数的综合应用7在淀粉­KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)I(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：t/515253550K/L·mol11 100841689533409下列说法正确的是()A反应I2(aq)I(aq)I(aq)的H>0B其他条件不变，升高温度，溶液中I减小C该反应的平衡常数表达式为KD25 时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689答案B解析根据题中的表提供的数据知温度升高，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故正反应为放热反应，H<0，A错；其他条件不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动，溶液中I减小，B对；该反应的平衡常数表达式为K，C错；平衡常数只与温度有关，25 时，向溶液中加入少量KI固体，虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D错。8某可逆反应正向反应过程中能量变化如图所示，下列说法正确的是()A该反应为吸热反应B当反应达到平衡时，降低温度，平衡向逆反应方向移动C升高温度，平衡常数K增大D加入催化剂，反应速率增大，E1减小，E2减小，反应热不变答案D解析由图中的信息可知反应后能量降低，故为放热反应；降低温度，平衡向正反应方向移动；升高温度，平衡向逆反应方向移动，K减小，故A、B、C错误；加入催化剂，可以降低反应的活化能，故D正确。9已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在某同一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浓度一定减小答案B解析在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，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。能力提升10相同温度下，体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.6 kJ·mol1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示：容器编号起始时各物质的物质的量/mol达平衡时体系能量的变化N2H2NH3130放出热量：23.15 kJ0.92.70.2放出热量：Q下列叙述错误的是()A容器、中反应的平衡常数相等B平衡时，两个容器中NH3的体积分数均为C容器中达平衡时放出的热量Q23.15 kJD若容器的体积为0.5 L，则平衡时放出的热量小于23.15 kJ答案C解析对于给定反应，平衡常数只是温度的函数，温度相同，平衡常数相同，A正确；由中放出的热量，可知参加反应的N2为0.25 mol，则有N2(g)3H2(g)2NH3(g)n(始)/mol 1 3 0n(变)/mol 0.25 0.75 0.5n(平)/mol 0.75 2.25 0.5NH3的体积分数为因和建立的平衡为等效平衡，故B正确；中N2转化了0.15 mol，放出的热量为92.6×0.1513.89 kJ，C不正确；若容器的体积为0.5 L，则体积增大，压强减小，平衡向逆反应方向移动，则平衡时放出的热量小于23.15 kJ，D正确。11已知尿酸是一种有机酸(以HUr表示)，能溶于水。关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠晶体(NaUr)。发生的反应如下：HUrUrHUr(aq)Na(aq)NaUr(s)(1)关节炎大都是阴冷天气时发作，这说明反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。简述你得出该结论的理由：_。(2)当温度升高时，反应的化学平衡常数_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)写出反应的平衡常数表达式K_。答案(1)放热阴冷天气易发病，说明温度降低，反应平衡右移，有利于NaUr结晶，说明该反应为放热反应(2)减小(3)解析(1)阴冷天气易发病，说明温度降低，利于生成NaUr晶体，说明该反应为放热反应。(2)升温，有利于平衡向着吸热方向移动，K值应减小。(3)NaUr是固体，不写入表达式中。12工业合成氨N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应过程中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点升高还是降低_，理由是_。(2)该反应平衡常数表达式为K_，当浓度商Q_K(填“<”、“>”或“”)时，反应向右进行。(3)450 时该反应的平衡常数_(填“<”、“>”或“”)500 时的平衡常数。答案(1)降低催化剂能降低反应活化能(2)<(3)>解析(1)催化剂能降低反应的活化能。(2)反应向右进行，说明Q<K。(3)该反应正向反应为放热反应，低温利于平衡正向移动，450 时反应正向进行的程度大，即450 对应的平衡常数K大。拓展探究13某温度下，在一密闭容器中充入一定量CO2，并加入足量铁粉，发生反应：Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)，测得CO2和CO浓度随时间的变化如图所示：(1)08 min，v(CO)_mol·L1·min1。(2)下列措施中，能够改变平衡时的比值的是_(填字母序号)。A温度 B铁粉的量(足量)C压强 DCO的量(3)已知：反应Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)的平衡常数为K1；反应Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)的平衡常数为K2。不同温度时K1、K2的值如下表：温度/KK1K29731.472.381 1732.151.67根据表中数据，计算反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)的K。温度为973 K时：K_；温度为1 173 K时：K_；反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)是_(填“吸热”或“放热”)反应。答案(1)0.062 5(2)A(3)0.621.29吸热解析(1)v(CO)0.062 5 mol·L1·min1。(2)本题容易错选D。其实是该反应的平衡常数表达式，而平衡常数只受温度影响，故只能选A。(3)Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)平衡常数K1；Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)平衡常数K2；而CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)平衡常数K，则K，故973 K时：K0.62；1 173 K时：K1.29；随着温度的升高，K增大，说明该反应为吸热反应。