1、第4课时化学平衡常数目标导航1.知道化学平衡常数的含义，会写化学平衡常数表达式。2.会利用化学平衡常数进行反应程度的判断。3.能利用化学平衡常数进行简单计算。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，这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)，符号用“K”表示。2表达式对反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K。例如，一定温度下，反应H2(g)I2(g)2HI(g)达平衡时的化学平衡常数K。3意义K值越大，反应进行的程度越大，反应物转化率越大。一般地，K105时，认为该反应进行得就基本完全了。4影响因素
2、K只受温度影响，与反应物和生成物的浓度无关。【合作探究】1化学平衡常数表达式中，各物质的浓度是平衡浓度，还是某时刻的浓度？答案是平衡浓度。2试书写下列可逆反应的化学平衡常数表达式，并归纳化学平衡常数表达式的书写要求。(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)(2)Cl2H2OHClHClO答案(1)K(2)K书写要求：固体或纯液体不应写在平衡常数关系式中，平衡常数关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度；稀溶液中进行的反应，如有水参加，水也不写在平衡常数关系式中。3书写下列两组可逆反应的化学平衡常数表达式，并判断其关系。(1)H2(g)I2(g)2HI(g)K12HI(g)H2(g)I2
3、(g)K2(2)2SO2O22SO3K1SO2O2SO3K2答案(1)K1K2K1(2)K1K2K1K二、平衡转化率1定义平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。2表达式对于反应：aAbBcCdD，反应物A的转化率可以表示为(A)100%100%100%。【合作探究】1化学平衡常数与平衡转化率有何异同？答案平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应进行的程度，但是平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化，而平衡常数却不受起始浓度的影响。因此，平衡常数更能反映出反应的本质。平衡常数与某反应物的平衡转化率之间是可以互相求算的。2对于aA(g)bB(g)cC(g)，在恒温恒容
4、条件下增加A的量，A的转化率怎样变化？答案若abc，A的转化率不变；若abc，A的转化率增大；若abc，A的转化率减小。3对于aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在恒温恒容条件下：(1)若只增加A的量，A、B的转化率怎样变化？(2)若同时同倍数增加A、B的量，A、B的转化率怎样变化？答案(1)A的转化率减小，B的转化率增大。(2)若abcd，A、B的转化率不变；若abcd，A、B的转化率均增大；若abcd，A、B的转化率均减小。一、有关平衡常数的应用【例1】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/
5、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)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为_。该温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为_。(4)在800 时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 molL1，c(H2)为1.5 molL1，c(CO)为1 molL1，c(H2O)为3 molL1，则正、逆反应速率的比较为v正_v逆
6、(填“”、“”或“”)。解析(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正向为吸热反应。(3)由题意可得K1，查表可知温度为830 ，设反应了的CO2为x mol，则消耗掉的H2为x mol，生成的CO和H2O均是x mol(体积为V L)。K1，整理得x0.5。则CO2的转化率为50%。(4)Qc10.9，所以v正v逆。答案(1)(2)吸热(3)83050%(4)【归纳总结】化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的方向QcK反应正向进行；QcK反应处于平衡；QcK反应逆向进行。(2)判断反应的热效应变式训练1在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气与氢气进行如下反应：N2(g)3H2(g)2
7、NH3(g)Ha kJmol1，其化学平衡常数K与温度的关系如下：温度/200300400K1.00.860.5请回答下列问题。(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_，a_(填“大于”、“小于”或“等于”)0。(2)400 时，2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数为_，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时，该反应的v正(N2)_(填“大于”、“小于”或“等于”)v逆(N2)。答案(1)K小于(2)2大于解析(1)根据平衡常数的定义可写出该反应的平衡常数表达式为K。由表中数据可知，温度升高，平衡常数减小，即平衡逆向移动，故正反应为放热反应，所以
8、a0。(2)N2(g)3H2(g)2NH3(g)与2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数互为倒数，故400 时2NH3(g)N2(g)3H2(g)的化学平衡常数K1/0.52。当氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3 mol、2 mol、1 mol时，三者的浓度分别为6 molL1、4 molL1、2 molL1，此时的浓度商QcK，所以平衡正向移动，v正(N2)v逆(N2)。二、有关化学平衡常数的计算【例2】工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，N
9、H3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。试计算：(1)该条件下N2的平衡转化率为_。(2)该条件下反应2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数为_。解析设N2转化的物质的量浓度为x，N23H22NH3起始浓度(molL1) 0.3 0.8 0转化浓度(molL1) x 3x 2x平衡浓度(molL1) 0.3x 0.83x 2x所以，解得x0.2 molL1，N2的转化率为100%66.7%。反应2NH3(g)N2(g)3H2(g)的平衡常数K0.005。答案(1)66.7%(2)0.005【归纳总结】化学平衡的计算模式及解题思路(1)计算模式aA(g) b
10、B(g) cC(g)dD(g)c(初)(molL1) n1 n2 0 0c(molL1) n1x n1x n1x n1xc(平)(molL1) n1(1x) n2n1x n1x n1x(2)解题思路巧设未知数：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。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。解题设问题：明确了“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、反应物转化率等，得出题目答案。变式训练2在某密闭容器中把CO和H2O的混合物加热到800 ，存在平衡：CO(g)
11、H2O(g)CO2(g)H2(g)，且平衡常数K1。若在2 L的密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O的混合物并加热到800 ，则平衡时CO的转化率为()A40% B50% C60% D83.3%答案B解析设CO的转化率为x，则由K知：1，解得：x50%。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，表达式与方程式的书写有关，但与起始浓度、压强无关。2高温下，某反应达到平衡，平衡常数
12、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，H0，A正确；恒容时增大压强，H2的浓度可能不变，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
13、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，其浓度可视为常数，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、生成物的浓度变化无关，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。5在25 时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和
14、平衡浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20平衡浓度/molL10.050.050.1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X3Y2Z，其平衡常数为1 600C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 解析平衡常数只与温度有关，增大压强不可能使平衡常数增大。其他选项均为平衡中的基础计算和基础知识，关键是根据表中数据(0.10.05)(0.20.05)(0.10)132推导出：X3Y2Z。 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
15、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生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K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越大，反应物的转化率越小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，反应物的转化率越大B若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大
16、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，反应物的转化率越大，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、化学平衡常数及转化率的计算5将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件
17、下反应达到平衡：2SO2O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 molL1。则此条件下的平衡常数K为()A4 B0.25 C0.4 D0.2答案A解析2SO2O22SO3初始(mol): 4 2 0转化(mol): 2 1 2平衡(mol): 2 1 2平衡时各自的浓度c(SO2)0.5 molL1，c(O2)0.25 molL1，c(SO3)0.5 molL1，K4。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
18、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 molL1，则平衡时HX、H2、X2的浓度分别为(1.0x)molL1、0.5x molL1、0.5x molL1，代入K的表达式有0.1，解得x0.17，故可知HX的转化率为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/515253550K1 100841689533409下列说法正确的是()A反应I2(aq)I(aq)I(aq)的H0B其他条件不变，升高温
19、度，溶液中c(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解析根据题中的表格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，H0粉红色 蓝色下列说法正确的是()A升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小B该反应的平衡常数KC将盛有CoCl2和盐酸混合液的试管置于热水中，试管内溶液为粉红色D增大Cl浓度，平衡向正反应方向移动，Co2、Cl浓度都减小答案B解析升高温度，正、逆反应速率都增大，A错误；该反应的正反应为吸热反应，所以在热水中平衡向正反应方向移动，溶液为蓝色，C错误；增大Cl浓度，平
20、衡向正反应方向移动，Co2浓度减小而Cl浓度增大，D错误。9已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某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，纯固体不写，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
21、逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H0，C错误；反应是等体反应，在恒温恒容下，增大压强，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。10温度为t 时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 molL1。涉及的反应可以用下列两个化学方程式表示：H2(g)I2(g)2HI(g)2H2(g)2I2(g)4HI(g)下列说法正确的是()A反应速率用HI表示时，v(HI)0.008 molL1min1B两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同C氢气在两个反应方程式中的转化率
22、不同D第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动答案A解析H2(g)I2(g)2HI(g) 0.100 0.100 0 0.080 0.080 0.160 0.020 0.020 0.160所以，v(HI)0.160 molL120 min0.008 molL1min1，A正确；K64，而KK6424 096，B错；两个化学方程式表示的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强大小对平衡的移动没有影响，D错。 能力提升11面对目前世界范围内的能源危机，甲醇作为一种较好的可再生能源，具有广泛的应用前景。(1)已知在常温常压下反应的
23、热化学方程式：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H190 kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H241 kJmol1写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式：_ _。(2)在容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示。p1_(填“大于”、“小于”或“等于”)p2；在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，平衡常数_。(3)已知在T 时，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平
24、衡常数K0.32，在该温度下，已知c始(CO)1 molL1，c始(H2O)1 molL1，某时刻经测定CO的转化率为10%，则该反应_(填“已经”或“没有”)达到平衡，原因是_。此时刻v正_(填“”或“”)v逆。答案(1)CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49 kJmol1(2)小于增大不变(3)没有此时0.012 30.32解析(1)由盖斯定律，方程式得CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)HH1H290 kJmol1(41 kJmol1)49 kJmol1。(2)由图像可知，相同温度下，p2下CO的转化率大于p1下CO的转化率，由方程式可知，增大压强平衡
25、右移，故p1p2；在其他条件不变的情况下，再增加a mol CO与2a mol H2，相当于增大压强，平衡右移，故CO的转化率增大；由于温度不变，故其平衡常数不变。(3)0.012 3K0.32，故反应未达到平衡；此时反应向正反应方向进行，故v正v逆。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_(填“升高”或“降低”)，理由是_。(2)该反应平衡常数表达式为K_，当某时刻_(填“”或“”)K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。(4)
26、一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有_(填字母代号)。a高温高压b加入催化剂c增加N2的浓度d增加H2的浓度e分离出NH3答案(1)降低催化剂能降低反应的活化能(2)(4)ce解析(1)催化剂能降低反应的活化能。(2)反应向右进行，说明K。(3)由图知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。(4)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c合理；增加H2的浓度降低H2的转化率，d不合理；分离出NH3，有利于平
27、衡右移，e合理。 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)_molL1min1。(2)下列措施中，能够改变平衡时c(CO)/c(CO2)的比值的是_(填序号)。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
28、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 molL1min1。(2)本题容易错选D。c(CO)/c(CO2)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。