2021版高考化学一轮复习 第7章 化学反应速率与化学平衡 第24讲 化学平衡常数 化学反应进行的方

化学第7章化学反应速率与化学平衡第24讲化学平衡常数化学反应进行的方向01练真题·明考向02课后达标检测考点一化学平衡常数及相关计算[知识梳理]一、化学平衡常数1．概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，__________________与__________________的比值是一个常数，称为化学平衡常数，用符号K表示。生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积2．表达式对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝_____________。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。例如：(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝_____________。(2)Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝_____________。cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)c(CO)·c(H2)c(H2O)c3(H＋)c(Fe3＋)在利用多个方程式求算K时，要注意K与焓变(ΔH)的区别：方程式相加减，焓变相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数x，焓变也需乘以该系数，平衡常数变为原来的x次方。例如：写出下列反应的平衡常数的表达式，并归纳K1、K2与K3，K4、K5与K6之间的关系。①C(s)＋H2O(gCO(g)＋H2(g)K1ΔH1②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)K2ΔH2③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)K3ΔH3④N2(g)＋3H2(g)NH3(g)K4ΔH4⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K5ΔH5)⑥NH3(g)12N2(g)＋32H2(g)K6ΔH6分析：反应①②③的平衡常数表达式分别为K1＝c(CO)·c(H2)c(H2O)、K2＝c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)、K3＝c(CO2)·c2(H2)c2(H2O)；反应③＝反应①＋反应②，则K3＝K1·K2(注意：焓变ΔH3＝ΔH1＋ΔH2)。反应④⑤⑥的平衡常数表达式分别为K4＝c2(NH3)c(N2)·c3(H2)、K5＝，则K5与K4、K6之间的关系为K5＝1K4＝K26(注意：焓变ΔH5＝－ΔH4＝2ΔH6)。3．意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率________，正反应进行的程度________(当K105时，该反应进行基本完全)。(2)K只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数指的是某一具体反应的平衡常数。越大越大温度4．应用(1)判断可逆反应进行的程度。一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低(2)判断反应是否达到平衡或平衡移动的方向。对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Qc＝_____________。QcK，反应向_____反应方向进行；Qc＝K，反应处于_____状态；QcK，反应向_____反应方向进行。(3)判断反应的热效应。若升高温度，K值增大，则正反应为_____热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为_____热反应。(4)计算平衡体系中的相关量。根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。cc(C)·cd(D)ca(A)·cb(B)正平衡逆吸放二、有关化学平衡常数的计算1．一个模式——“三段式”如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)c始/(mol·L－1)ab00c变/(mol·L－1)mxnxpxqxc平/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx则K＝__________________。(px)p·(qx)q(a－mx)m·(b－nx)n2．明确三个量的关系(1)三个量：起始量、变化量、平衡量。(2)关系①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。③各物质的变化量之比等于化学计量数之比。3．掌握四个公式(1)反应物的转化率＝n(转化)n(起始)×100%＝c(转化)c(起始)×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＝实际产量理论产量×100%。(3)平衡时混合物中各组分的百分含量＝平衡量平衡时各物质的总量×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%。[自主检测]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度。()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。()(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化。()(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。()(6)化学平衡常数只受温度的影响，升高温度，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热。()(7)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数的表达式及数值也不同。()×××√√√√2．(教材改编题)已知反应A(g)＋3B(g)3C(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为________________。若各物质的平衡浓度分别为c(A)＝2.0mol·L－1、c(B)＝2.0mol·L－1、c(C)＝1.0mol·L－1，则K＝________。答案：K＝c3(C)c(A)·c3(B)0.06253．(易错题)将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时：c(H2)＝0.5mol·L－1，c(HI)＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为________。答案：20第3题是一道比较经典的易错题，极易错填成25。原因是将①式生成的c(HI)＝5mol·L－1代入公式中进行求算，而未代入平衡时HI的浓度(4mol·L－1)。计算平衡常数时，应严格按照平衡常数的定义进行求算，代入的一定是物质的平衡浓度。4．(经典题)按要求回答下列问题：对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，在相同体积的甲、乙两密闭容器中，恒温条件下，甲容器中充入1molN2、3molH2，乙容器中充入2molNH3，达到平衡时：(1)甲容器中N2的转化率________(填“等于”“大于”或“小于”)H2的转化率。(2)甲容器中N2的转化率与乙容器中NH3的分解率之和为________。(3)甲容器中释放的热量与乙容器中吸收的热量之和为________。答案：(1)等于(2)1(3)92kJ演练一化学平衡常数及其影响因素1．(2020·西安铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应①O3O2＋[O]ΔH0平衡常数为K1；反应②[O]＋O32O2ΔH0平衡常数为K2；总反应：2O33O2ΔH0平衡常数为K。下列叙述正确的是()A．降低温度，总反应的平衡常数K减小B．K＝K1＋K2C．适当升温，可提高消毒效率D．增大压强，K2减小解析：选C。降低温度，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝c(O2)·c([O])c(O3)，K2＝c2(O2)c([O])·c(O3)，K＝c3(O2)c2(O3)＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。2．(2020·宁夏高三调研)在恒容密闭容器中，由CO合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响，实验结果如图所示，下列说法正确的是()A．平衡常数K＝c(CH3OH)c(CO)·c(H2)B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小C．CO合成甲醇的反应为吸热反应D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时c(H2)c(CH3OH)增大解析：选D。A项，该反应的平衡常数表达式为K＝c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)，错误；B项，由图像可知，反应体系从T2变到T1时，甲醇的平衡物质的量增大，根据平衡常数的计算式可知，T1时的平衡常数比T2时的大，错误；C项，由图像可知，在T2温度下反应先达到平衡，反应速率较T1快，则有T2T1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，错误；D项，处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而c(CH3OH)减小，达到平衡时c(H2)c(CH3OH)增大，正确。3．在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下，反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为________(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40s达到平衡，此温度下，该反应的平衡常数为________。(2)如果该反应的平衡常数K变大，该反应________(填字母)。a．平衡一定向逆反应方向移动b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小c．平衡一定向正反应方向移动d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则再次平衡后CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________。(填“增大”“减小”或“不变”)解析：(1)T5时，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(2)K增大，平衡向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)温度、体积不变，充入CO2，平衡左移，CaCO3的质量增大，CaO的质量减小；由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。答案：(1)吸0.20(2)bc(3)随着温度的升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变演练二化学平衡常数的应用及计算4．(化学平衡常数的应用)(2020·合肥高三模拟)在体积为1L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：T/℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。(2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，则此时反应所处的状态为________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“平衡状态”)。解析：(1)由表格数据可知，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)计算出K＝1.0，即此时温度为850