2021高考化学一轮复习第七章第2课时化学平衡常数及有关计算教案鲁科版

-1-第2课时化学平衡常数及有关计算[课型标签:题型课提能课]考点一化学平衡常数的概念及应用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mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),K=[C][D][A][B]pqmn(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),另可用压强平衡常数表示:Kp=(C)(D)(A)(B)pqmnpppp[p(C)为平衡时气体C的分压]。3.意义及影响因素意义K值越大正反应进行的程度越大反应物的转化率越大影响因素内因反应物本身的性质外因温度升高ΔH0,K值减小ΔH0,K值增大4.应用(1)判断、比较可逆反应进行程度化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大,反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。K105时,可以认为该反应已经进行完全。(2)判断可逆反应的热效应(3)判断正在进行的可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡-2-Q与K的关系—[名师点拨]化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系(1)同一平衡体系正、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1n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。如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)K1=23322[NH][N][H]则2NH3(g)N2(g)+3H2(g)K2=32223[N][H][NH]12N2(g)+32H2(g)NH3(g)K3=3132222[NH][N][H]即K2=11K,K3=1K(或121K)。考向一化学平衡常数的含义及影响因素[典例1](2018·全国Ⅱ卷节选)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能/(kJ·mol-1)催化剂X3391催化4372-3-剂Y(1)由上表判断,催化剂XY(填“优于”或“劣于”),理由是。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。A.K积、K消均增加B.v积减小,v消增加C.K积减小,K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大(2)在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。解析:(1)积碳反应中,由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小,所以催化剂X更有利于积碳反应的进行;而消碳反应中,催化剂X的活化能大于催化剂Y,所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行;综合分析,催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应,温度升高,平衡右移,K积、K消均增加,温度升高,反应速率均增大,从图像上可知,随着温度的升高,催化剂表面的积碳量是减小的,所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。-4-解析:(2)由速率方程表达式v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5可知,v与p(CO2)成反比例关系,p(CO2)越大,反应速率越小,所以pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案:(1)劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大AD(2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)[对点精练1]下列有关平衡常数的说法中,正确的是(D)A.改变条件,反应物的转化率增大,平衡常数也一定增大B.反应2NO2(g)N2O4(g)ΔH0,升高温度该反应平衡常数增大C.对于给定可逆反应,温度一定时,其正、逆反应的平衡常数相等D.平衡常数为K=222[CO][HO][CO][H]的反应,化学方程式为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)解析:A项,改变条件,反应物的转化率增大,若温度不变,则平衡常数不变,错误;B项,正反应是放热反应,温度升高K变小,错误;C项,对于给定可逆反应,温度一定时,因K正×K逆=1,只有平衡常数等于1时,其正、逆反应的平衡常数才相等,错误;D项,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常数表达式为K=222[CO][HO][CO][H],正确。考向二利用平衡常数判断反应方向[典例2](2019·河南八市重高领军考)某温度下在容积为2L的密闭容器中加入CH3OH(g)发生反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-24.5kJ·mol-1,测得有关数据如下:反应时间/min01234n(CH3OH)/mol1.020.40.20.020.02前2min内,H2O(g)的平均反应速率为mol·L-1·min-1;此反应在该温度下的平衡常数为;若再向容器中分别加入CH3OH(g)0.02mol、CH3OCH3(g)1.0mol,此时该反应中v正(填“”“”或“=”)v逆。解析:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)起始(mol)1.0200改变(mol)1.000.500.50平衡(mol)0.020.500.50-5-前2min内,H2O(g)的平均反应速率为1.020.222mol·L-1·min-1=0.205mol·L-1·min-1;此反应在该温度下的平衡常数为K=20.500.50220.02()2=625;若再向容器中分别加入CH3OH(g)0.02mol、CH3OCH3(g)1.0mol,则Q=20.51.00.50220.020.02()2K,说明反应正向移动,即正反应速率大于逆反应速率。答案:0.205625[对点精练2]已知某化学反应的平衡常数表达式为K=222[CO][H][CO][HO],在不同的温度下该反应的平衡常数如下表:t/℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是(A)A.若在1L的密闭容器中通入CO2和H2各1mol,5min后温度升高到830℃,此时测得CO2为0.4mol时,该反应达到平衡状态B.上述反应的正反应是放热反应C.该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)D.若平衡浓度符合下列关系式:2(CO)3(CO)cc=22(HO)5(H)cc,则此时的温度为1000℃解析:CO和水蒸气的物质的量都是0.6mol,而CO2和氢气的物质的量都是0.4mol,则此时0.40.40.60.6=491,因此反应没有达到平衡状态,A项不正确;根据表中的数据可知,随着温度的升高,平衡常数是减小的,这说明升高温度平衡向逆反应方向进行,所以正反应是放热反应,B项正确;化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据平衡常数的表达式可知,该反应的方程式是CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),C项正确;如果2(CO)3(CO)cc=22(HO)5(H)cc,则此时K=222[CO][H][CO][HO]=35=0.6,即温度是1000℃,D项正确。考点二平衡常数和转化率的相关计算1.计算步骤-6-2.明确三个量——起始量、转化量、平衡量(1)对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。(2)对于同一生成物,起始量+转化量=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.掌握百分数(1)反应物的转化率=()()nn化起始转×100%=()()cc化起始转×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=量理量实际产论产×100%。(反应过程中某阶段的“产率”与投料快慢、接触面积有关,不要将平衡产率混淆)(3)平衡时混合物组分的百分含量=平衡量平衡各物的量时质总×100%。(4)某组分的体积分数=某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%。[名师点拨]Kp的含义及计算技巧(1)Kp含义:在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。(2)计算技巧-7-考向一平衡常数与转化率的计算[典例1](2017·全国Ⅰ卷节选)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L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620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2α1,该反应的ΔH0。(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(填标号)。A.H2SB.CO2C.COSD.N2解析:(1)设平衡时H2S转化的物质的量为xmol。H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)初始/mol0.400.1000转化/molxxxx平衡/mol0.40-x0.10-xxx由题意得:(0.40)(0.10)xxxxx=0.02解得x=0.01,H2S的平衡转化率α1=0.01mol0.40mol×100%=2.5%,K=222(COS)(HO)(HS)(CO)cccc=0.010.012.52.50.400.010.100.012.52.5=1351≈2.8×10-3。(2)温度升高,水的平衡物质的量分数增大,平衡右移,则H2S的转化率增大,故α2α1。温度升高,平衡向吸热反应方向移动,故ΔH0。解析:(3)A项,充入H2S,H2S的转化率反而减小;B项,充入CO2,增大了一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,故H2S的转化率增大;C项,充入COS,平衡左移,H2S的转化率减小;D项,充入N2,对平衡无影响,不改变H2S的转化率。答案:(1)2.52.8×10-3答案:(2)(3)B[对点精练1](1)(2019·天津卷节选)在1L真空密闭容器中,加入amolPH4I固体,t℃时,发生如下反应:PH4I(s)PH3(g)+HI(g)①4PH3(g)P4(g)+6H2(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g)③-8-达平衡时,体系中n(HI)=bmol,n(I2)=cmol,n(H2)=dmol,则t℃时反应①的平衡常数K值为(用字母表示)。(2)(2018·全国Ⅲ卷节选)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343K时反应的平衡转化率α=%。平衡常数K343K=(保留2位小数)。解析:(1)由PH4I(s)PH3(g)+HI(g)可知,PH4I分解生成等物质的量的PH3和HI,由2HI(g)H2(g)+I2(g)可知HI分解生成c(H2)=c(I2)=cmol·L-1,PH4I分解生成c(HI)为(2c+b)mol·L-1,由4PH3(g)P4(g)+6H2(g)可知PH3分解生成c(H2)=(d-c)mol·L-1,则体系中c(PH3)为[(2c+b)-23(d-c)]mol·L-1=8323cbd,故反应PH4I(s)PH3(g)+HI(g)的平衡常数K=c(PH3)·c(HI)=(832)3bcbd。解析:(2)温度越高,反应越先达到平衡,根据图示,左侧曲线对应的温度为343K,343K时