课时07-化学平衡常数(精讲)-高二化学精讲精练.docx

第二章 化学反应速率与平衡
第二节 化学平衡
课时精讲07 化学平衡常数
【目标导航】
1．了解化学平衡常数的概念，能正确书写给定反应的平衡常数表达式，并能进行相应的简单计算。
2．了解平衡转化率的含义，能够进行有关平衡转化率的计算。
3．能够利用化学平衡常数判断化学反应进行的方向。
【知识导图】

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状态时，反应产物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，称为化学平衡常数，用K表示。
2．表达式。以化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例，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。平衡常数的大小反映化学反应可能进行的程度；平衡常数的数值越大，说明正反应进行的程度越大。
K
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
很难进行
可逆反应
进行得较完全
4．影响因素
(1)内因：反应物本身的性质。
(2)外因：反应体系的温度。
二、化学平衡常数应用
1．判断可逆反应进行的程度
K越大，说明反应进行的程度越大，反应物的转化率越大，反之，程度越小，转化率越小。
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。
3．判断可逆反应的方向
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mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(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浓度商 Qc=cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)表示，则：
当Qc=K时，可逆反应处于平衡状态，v(正)=v(逆)；
当Qc<K时，可逆反应向正反应方向进行，v(正)>v(逆)；
当Qc>K时，可逆反应向逆反应方向进行，v(正)<v(逆)
4．计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数，可以计算反应物的转化率，从而判断反应进行的程度。
三、化学平衡的计算模式及解题思路
1．化学平衡计算的基本模式——“三段式法”
　　　mA(g)　+　nB(g)　 　pC(g)+qD(g)
起始：　a　　　　　　b　　　　　0　　　　0
转化：　mx nx px qx
平衡：a-mx b-nx px qx
(1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
(2)这里a、b可指物质的量、浓度、体积、压强等。
2．解题思路
(1)巧设未知数
具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量
根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数，确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量，并按(1)中“模式”列表。
(3)解题设问题
明确“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物的转化率等，求出题目答案。
3．反应物的转化率
转化率=反应物的转化浓度(或物质的量)反应物的起始浓度(或物质的量)×100%。
【小试牛刀】
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)从平衡常数的大小可以推断一个反应的进行程度(　　)
(3)在任何条件下，化学平衡常数都是一个恒定值(　　)
(4)两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变(　　)
(5)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(　　)
(6)化学平衡常数K越大，反应物的转化率越小(　　)
(7)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(　　)
(8)温度升高时，反应3A(g)+2B(g) 4C(s)+2D(g)的平衡常数一定增大( )
(9)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)和12N2(g)+32H2(g) NH3(g)的平衡常数表达式相同。
(10)2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0，升高温度，该反应平衡常数增大
【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5) √　(6)× (7) √ (8)× (9)×　(10)×

考点一 化学平衡常数的表达式
【例1】某温度下，反应SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g) 的平衡常数K1=50，在同一温度下，反应SO3(g) SO2(g) +1/2O2(g)的平衡常数K2的值为
A．2500 B．100 C．0.02 D．0.001
【答案】C
【解析】SO2(g)+O2(g) SO3(g)，；SO3(g) SO2(g) +O2(g)，；，C正确。
【解题技法】
化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系
(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或次幂。
(3)两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。
(4)关于H2O的浓度问题①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能代入平衡常数表达式。如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝。②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。
(5)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。
(6)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。
【对点训练1】反应物和生成物均为气态的平衡体系，平衡常数表达式为K=c(X)·c2(Y)c3(Z)·c2(W)，下列有关该平衡体系的说法不正确的是(　　)
A．升高温度，该反应的平衡常数K的变化无法判断
B．增大压强，W的质量分数减小
C．该反应的化学方程式为3Z(g)+2W(g) X(g)+2Y(g)
D．增大X的浓度，平衡向正反应方向移动
【答案】D
【解析】根据平衡常数表达式且所有反应物和生成物均为气态可知，该反应的化学方程式为3Z(g)+2W(g) X(g)+2Y(g)，C项正确；由于无法知道该反应是吸热反应还是放热反应，故升高温度无法判断化学平衡常数如何变化，A项正确；增大压强，平衡右移，W的质量分数减小，B项正确；增大X的浓度，平衡逆向移动，D项错误。
考点二 化学平衡常数的应用
【例2】下列关于平衡常数K的说法正确的是( )
A．加入催化剂可能会改变平衡常数K B．改变反应物浓度能改变平衡常数K
C．平衡常数K与反应本身及温度有关 D．K越大，反应物的转化率越小
【答案】C
【解析】化学平衡常数K与化学反应本身及温度有关，加入催化剂、改变反应物浓度等均不能改变平衡常数K；平衡常数K越大，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，故选C。
【解题技法】
(1)指定化学反应的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，由于其浓度可看作常数而不写入表达式。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，与反应方程式的书写有关。
【对点训练2】
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：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L-1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L-1
0.05
0.05
0.1
　　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X+3Y2Z，其平衡常数为1600
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
【答案】C
【解析】X、Y减小的物质的量浓度分别为0.05 mol·L-1、0.15 mol·L-1，Z增大的物质的量浓度为0.1 mol·L-1，则该反应的化学方程式为X+3Y2Z。X的转化率为50%；平衡常数K=0.120.05×0.053=1600；平衡常数仅受温度的影响，不受压强和浓度的影响，C项错误。
考点三 有关化学平衡的计算
【例3】已知可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)　ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1。达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________。
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
【答案】(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41.4%
【解析】　　M(g)　＋　N(g) P(g)　＋　Q(g)
　　1　　　 　2.4　　　 0　 　　0
　1×60%　 1×60%　 1×60%　 1×60%
　　0.4　　 　1.8　　 　0.6　 　0.6
N的转化率为×100%＝25%(2)由于该反应正反应吸热，温度升高，K增大，平衡右移，则M的转化率增大(3)温度不变，平衡常数不变，K＝＝＝，a＝6(4)根据(3)的结果，设M的转化率为x，则K＝＝，则＝，x＝41.4%。
【解题技法】
如可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(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
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(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＝×100%，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)＝×100%。
⑤平衡时和开始时的压强比：比＝＝(a-mx)+(b-nx)+px+qxa+b。
⑥混合气体的密度： (混)＝＝(g·L－1)(T、V不变时，不变)
⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：＝＝a·M(A)+b·M(B)(a-mx)+(b-nx)+px+qxg·mol－1。
⑧生成物产率＝×100%。
(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(一般设某物质的转化量为x)；
③确定平衡量。
【对点训练3】H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S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)H2S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，H2S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H2S转化率增大的是　　　　(填字母) 
A．H2S B．CO2 C．COS D．N2
【答案】(1)2.5　0.00285　(2)>　>　(3)B
【解析】　H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)
初始/mol 　0.40　　0.10　　 　　0　　　　0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x
反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则x0.50=0.02，x=0.01(1)H2S的平衡转化率α1=0.01mol0.40mol×100%=2．5%。钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)=0.156 mol·L-1，c(CO2)=0.036 mol·L-1，c(COS)=c(H2O)=0.004 mol·L-1，则K=0.004×0.0040.156×0.036≈0.00285(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，α2>α1；根据题意可知，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故ΔH>0(3)增大CO2的浓度，平衡正向移动，故H2S转化率增大，B项正确。