（新課改省份專版）2020高考化學一輪復習 6.3 難點專攻 化學平衡常數(shù)及其計算學案（含解析）.doc

第3課時難點專攻化學平衡常數(shù)及其計算考點一化學平衡常數(shù)的概念及應用1化學平衡常數(shù)在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，用符號_K_表示。2表達式(1)對于反應mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K(計算K利用的是物質(zhì)的平衡濃度，而不是任意時刻濃度，也不能用物質(zhì)的量。固體和純液體物質(zhì)的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。(2)化學平衡常數(shù)是指某一具體反應的平衡常數(shù)，化學反應方向改變或化學計量數(shù)改變，化學平衡常數(shù)均發(fā)生改變。舉例如下：化學方程式平衡常數(shù)關(guān)系式N2(g)3H2(g) 2NH3(g)K1K2 K3N2(g)H2(g) NH3(g)K22NH3(g)N2(g)3H2(g)K33注意事項 (1)K值越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越高，正反應進行的程度越大。(2)K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關(guān)。(3)催化劑能加快化學反應速率，但對化學平衡常數(shù)無影響。4應用(1)判斷可逆反應進行的程度K值大，說明反應進行的程度大，反應物的轉(zhuǎn)化率高；K值小，說明反應進行的程度小，反應物的轉(zhuǎn)化率低。K105105105105反應程度很難進行反應可逆反應可接近完全(2)判斷化學反應進行的方向?qū)τ诳赡娣磻猘A(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關(guān)系：Q，稱為濃度商。QK反應向正反應方向進行，v正v逆QK反應處于化學平衡狀態(tài)，v正v逆QK反應向逆反應方向進行，v正v逆(3)判斷可逆反應的熱效應考法精析考法一化學平衡常數(shù)的含義1已知反應：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反應：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某溫度下的平衡常數(shù)分別為K1和K2，該溫度下反應：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常數(shù)為K。則下列說法正確的是()A反應的平衡常數(shù)K1B反應的平衡常數(shù)KC對于反應，恒容時，溫度升高，H2濃度減小，則該反應的焓變?yōu)檎礑對于反應，恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小解析：選B在書寫平衡常數(shù)表達式時，純固體物質(zhì)不能出現(xiàn)在平衡常數(shù)表達式中，A錯誤；由于反應反應反應，因此平衡常數(shù)K，B正確；對于反應，溫度升高，H2濃度減小，則平衡左移，即逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，因此H<0，C錯誤；對于反應，在恒溫恒容下，增大壓強，如充入惰性氣體，則平衡不移動，H2的濃度不變，D錯誤。2某溫度下2 L密閉容器中3種氣體起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)時的物質(zhì)的量(n)如表所示，下列說法正確的是()XYWn(起始狀態(tài))/mol210n(平衡狀態(tài))/mol10.51.5A.該溫度下，此反應的平衡常數(shù)表達式是KB其他條件不變，升高溫度，若W的體積分數(shù)減小，則此反應H<0C其他條件不變，使用催化劑，正、逆反應速率和平衡常數(shù)均增大，平衡不移動D其他條件不變，當密閉容器中混合氣體密度不變時，表明反應已達到平衡解析：選B由表知，X、Y是反應物，W是生成物，且n(X)n(Y)n(W)213，化學方程式為2X(g)Y(g)3W(g)，反應的平衡常數(shù)表達式是K，A錯誤；升高溫度，若W的體積分數(shù)減小，說明平衡向逆反應方向移動，則此反應的H<0，B正確；使用催化劑，平衡常數(shù)不變，C錯誤；混合氣體密度一直不變，不能說明反應已達到平衡，D錯誤。考法二化學平衡常數(shù)的應用3反應Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)，700 時平衡常數(shù)為1.47,900 時平衡常數(shù)為2.15。下列說法正確的是()A升高溫度該反應的正反應速率增大，逆反應速率減小B該反應的化學平衡常數(shù)表達式為KC該反應的正反應是吸熱反應D增大CO2濃度，平衡常數(shù)增大解析：選C A項，升溫，正、逆反應速率均增大，不正確；B項，該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K，不正確；C項，升溫，平衡常數(shù)增大，表明平衡向正反應方向移動，即正反應為吸熱反應，正確；D項，增大反應物濃度，平衡常數(shù)不變，不正確。4在一定溫度下，1 L的密閉容器中發(fā)生反應：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，平衡時測得C、H2O、CO、H2的物質(zhì)的量都為0.1 mol。(1)該反應的平衡常數(shù)K_。(2)若升高平衡體系的溫度，該反應的平衡常數(shù)會增大，則該反應的H_0(填“>”或“<”)。(3)相同條件下，向該密閉容器中充入各物質(zhì)的起始量如下：均為0.2 molC(s)、H2O為0.2 mol，CO、H2為 0.1 mol，判斷該反應進行的方向：_，_。解析：(1)容積為1 L，則H2O、CO、H2的濃度均為0.1 molL1，K0.1。(2)升高溫度平衡常數(shù)增大，說明平衡向右移動，正反應為吸熱反應，H>0。(3)Q0.2>K0.1，反應向逆反應方向進行；Q0.05<K0.1，反應向正反應方向進行。答案：(1)0.1(2)>(3)向逆反應方向向正反應方向考點二平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算對應學生用書P121 1明確三個量起始量、變化量、平衡量 N23H22NH3起始量 1 3 0變化量 a b c平衡量 1a 3b c反應物的平衡量起始量轉(zhuǎn)化量。生成物的平衡量起始量轉(zhuǎn)化量。各物質(zhì)變化濃度之比等于它們在化學方程式中化學計量數(shù)之比。變化濃度是聯(lián)系化學方程式、平衡濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學反應速率的橋梁。因此抓住變化濃度是解題的關(guān)鍵。2掌握四個公式(1)反應物的轉(zhuǎn)化率100%100%。(2)生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分數(shù)。一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。產(chǎn)率100%。(3)平衡時混合物組分的百分含量100%。(4)某組分的體積分數(shù)100%。3謹記一個答題模板反應：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物質(zhì)的量分別為a mol、b mol，達到平衡后，A的轉(zhuǎn)化量為mx mol，容器容積為V L，則有以下關(guān)系：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始/mol a b 0 0轉(zhuǎn)化/mol mx nx px qx平衡/mol amx bnx px qx對于反應物：n(平)n(始)n(轉(zhuǎn))對于生成物：n(平)n(始)n(轉(zhuǎn))則有：Kc平(A) molL1(A)平100%，(A)(B)(A)100%混 gL1其中M(A)、M(B)分別為A、B的摩爾質(zhì)量平衡時體系的平均摩爾質(zhì)量： gmol1考法精析考法一外界條件對轉(zhuǎn)化率大小的影響1反應X(g)Y(g)2Z(g)H0，在密閉容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y，達到平衡時，下列說法不正確的是()A減小容器體積，平衡不移動，X的轉(zhuǎn)化率不變B增大c(X)，X的轉(zhuǎn)化率減小C保持容器體積不變，同時充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的轉(zhuǎn)化率增大D加入催化劑，正反應速率增大，Z的產(chǎn)率增大解析：選DA項，該反應為反應前后氣體物質(zhì)的量不變的反應，平衡不受壓強影響，減小容器體積，平衡不移動，X的轉(zhuǎn)化率不變，正確；B項，增大c(X)，平衡正向移動，Y的轉(zhuǎn)化率增大，X的轉(zhuǎn)化率減小，正確；C項，相當于只增加Y的濃度，X的轉(zhuǎn)化率會增大，正確；D項，催化劑不能使平衡移動，不改變產(chǎn)物的產(chǎn)率，錯誤。2已知：3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g)H0，在700 ，CH4與N2在不同物質(zhì)的量之比時CH4的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。下列說法正確的是()A.越大，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率越高B.不變時，若升溫，NH3的體積分數(shù)會增大Cb點對應的平衡常數(shù)比a點的大Da點對應的NH3的體積分數(shù)約為26%解析：選BCH4和N2的物質(zhì)的量之比越大，CH4的轉(zhuǎn)化率越低，A錯誤；CH4和N2的物質(zhì)的量之比不變時，升溫，平衡正向移動，NH3的體積分數(shù)增大，B正確；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應物的物質(zhì)的量無關(guān)，所以各點的平衡常數(shù)相同，C錯誤；a點CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為22%，0.75，則設甲烷為3 mol，氮氣為4 mol，3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g)起始量/mol 340轉(zhuǎn)化量/mol 0.66 0.44 0.88平衡量/mol 2.34 3.56 0.88則NH3的體積分數(shù)為100%13%，D錯誤。3(2018浙江11月選考)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197.8 kJmol1。起始反應物為SO2和O2(物質(zhì)的量之比為21，且總物質(zhì)的量不變)。SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(%)隨溫度和壓強的變化如下表：溫度/K壓強/(105Pa)1.015.0710.125.350.767399.299.699.799.899.972397.598.999.299.599.677393.596.997.898.699.0下列說法不正確的是()A一定壓強下降低溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率增大B在不同溫度、壓強下，轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間相等C使用催化劑可以縮短反應達到平衡所需的時間D工業(yè)生產(chǎn)通常不采取加壓措施是因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當高解析：選BA選項，根據(jù)表格信息，壓強一定時，溫度越低，SO2的轉(zhuǎn)化率越大，正確；B選項，不同的溫度、壓強下，反應速率不確定，故轉(zhuǎn)化相同的SO2所需時間無法確定，錯誤；C選項，使用催化劑降低反應的活化能，增大反應速率，故可以縮短達到平衡所需的時間，正確；D選項，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以看出，常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當高(大于93.5%)，正確。歸納總結(jié)轉(zhuǎn)化率大小變化分析判斷反應物轉(zhuǎn)化率的變化時，不要把平衡正向移動與反應物轉(zhuǎn)化率提高等同起來，要視具體情況而定。常見有以下幾種情形：反應類型條件的改變反應物轉(zhuǎn)化率的變化有多種反應物的可逆反應：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)恒容時只增加反應物A的用量反應物A的轉(zhuǎn)化率減小，反應物B的轉(zhuǎn)化率增大同等倍數(shù)地增大反應物A、B的量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下mnpq反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大mnpq反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小mnpq反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變只有一種反應物的可逆反應：mA(g)nB(g)pC(g)增加反應物A的用量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下mnp反應物A的轉(zhuǎn)化率增大mnp反應物A的轉(zhuǎn)化率減小mnp反應物A的轉(zhuǎn)化率不變考法二平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算4羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)K0.1，反應前CO物質(zhì)的量為10 mol，平衡后CO物質(zhì)的量為 8 mol。下列說法正確的是()A升高溫度，H2S濃度增大，表明該反應正反應是吸熱反應B通入CO后，正反應速率逐漸增大C反應前H2S物質(zhì)的量為7 molDCO的平衡轉(zhuǎn)化率為80%解析：選C升高溫度，H2S濃度增大，說明平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，則該反應的正反應為放熱反應，A不正確。通入CO后，正反應速率瞬間增大，之后化學平衡發(fā)生移動，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，當正反應速率和逆反應速率相等時，反應達到新的化學平衡狀態(tài)，B不正確。設反應前H2S的物質(zhì)的量為a mol，容器的容積為1 L，列“三段式”進行解題：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) 10 a00 2 2 2 2 8 a2 2 2化學平衡常數(shù)K0.1，解得a7，C正確。CO的平衡轉(zhuǎn)化率為100%20%，D不正確。5(2017全國卷節(jié)選)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K時，將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中，反應平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.02。(1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1_%，反應平衡常數(shù)K_。(2)在620 K重復實驗，平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.03，H2S的轉(zhuǎn)化率2_1，該反應的H_0(填“”“”或“”)。(3)向反應器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是_(填字母)。AH2SBCO2CCOSDN2解析：(1)610 K時向空鋼瓶中充入0.10 mol CO2和0.40 mol H2S，鋼瓶容積為2.5 L，按“三段式”法進行計算：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)起始量/mol0.400.1000轉(zhuǎn)化量/mol x x x x平衡量/mol 0.40x 0.10x x x反應平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.02，則有0.02，解得x0.01，故H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1100%2.5%。此時H2S、CO2、COS和H2O(g)的物質(zhì)的量(mol)分別為0.39、0.09、0.01、0.01，故該反應的平衡常數(shù)K2.8103。(2)在620 K重復實驗，平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.03，溫度升高，平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)增大，說明平衡正向移動，則H0；升高溫度，平衡正向移動，反應物的平衡轉(zhuǎn)化率增大，則H2S的轉(zhuǎn)化率：21。(3)該反應器為鋼瓶，反應過程中容積不變。向反應器中再充入H2S氣體，平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，但H2S的轉(zhuǎn)化率減小，A錯誤；充入CO2，平衡正向移動，H2S的轉(zhuǎn)化率增大，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，B正確；充入COS，平衡逆向移動，H2S的轉(zhuǎn)化率減小，C錯誤；充入N2，平衡不移動，H2S的轉(zhuǎn)化率不變，D錯誤。答案：(1)2.52.8103(2)(3)B考法三壓強平衡常數(shù)(Kp)的相關(guān)計算6一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關(guān)系如圖所示：已知：氣體分壓(p分)氣體總壓(p總)體積分數(shù)。下列說法正確的是()A550 時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動B650 時，反應達平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為25.0%CT 時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動D925 時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp24.0p總解析：選B550 時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，由于保持了壓強不變，相當于擴大了體積，平衡正向移動，A項錯誤。根據(jù)圖示可知，在650 時，CO的體積分數(shù)為40.0%，根據(jù)反應方程式：C(s)CO2(g)2CO(g)，設開始加入1 mol CO2，反應掉了x mol CO2，則有C(s)CO2(g)2CO(g)始態(tài)/mol10變化/mol x 2x平衡/mol 1x 2x因此有100%40.0%，解得x0.25，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為100%25.0%，B項正確。由題圖可知，T 時，CO與CO2的體積分數(shù)相等，在等壓下充入等體積的CO和CO2，對原平衡無影響，平衡不移動，C項錯誤。925 時，CO的體積分數(shù)為96.0%，故Kp23.04p總，D項錯誤。7汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一，尾氣中的主要污染物為CxHy、NO、CO、SO2及固體顆粒物等?；钚蕴靠捎糜谔幚砥囄矚庵械腘O，在1 L恒容密閉容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，在不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強如下表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200 2.0000.040 00.030 00.030 03.93335 2.0050.050 00.025 00.025 0p根據(jù)上表數(shù)據(jù)，寫出容器中發(fā)生反應的化學方程式：_，判斷p_(填“”“”或“”)3.93 MPa。計算反應體系在200 時的平衡常數(shù)Kp_(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓總壓體積分數(shù))。解析：1 L恒容密閉容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固體活性炭，生成A、B兩種氣體，從不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強數(shù)據(jù)可以看出：n(C)n(NO)n(A)n(B)1211，所以可以推斷出生成的A、B兩種氣體分別為N2和CO2，反應的化學方程式為C2NON2CO2。該反應的平衡常數(shù)Kp，容器的體積為1 L，平衡分壓之比等于平衡濃度之比，帶入表中數(shù)據(jù)計算得Kp。答案：C2NON2CO2備考方略1理解Kp含義在化學平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓代替濃度，計算的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù)。2運用計算技巧