高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学反应的限度学案

课时1 化学平衡常数与平衡转化率

自主学习·必备知识

知识点一 化学平衡常数

1.基本概念及影响因素

（1）表达式

.表达式：对于化学反应： ① ,温度一定时, 为常数,称为化学平衡常数,简称平衡常数。②     纯固体或纯液体    不列入平衡常数表达式中。

b.注意事项

平衡常数表达式与化学方程式的③     书写方式     有关。同一反应,④     化学计量数     不同,平衡常数的表达式不同。对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数⑤     互为倒数     。

（2）意义

平衡常数的大小反映化学反应可能进行的⑥     程度     ;平衡常数的数值越大,说明反应可以进行得越⑦     完全     。

（3）反应条件对化学平衡的影响

只与反应体系的⑧     温度     有关,与反应物的浓度、压强无关。

2.应用

（1）判断反应可能进行的程度

  (2)判断反应是否达到平衡状态

对化学反应 的任意状态有浓度商：⑨ 。

想一想  铸剑大师欧冶子曾铸五把名剑：湛卢、胜邪、鱼肠、纯钧、巨阙。

每一把宝剑的锻造过程从原料到成品,要经过捶打、刨锉、磨光、镶嵌、淬火等5道核心工序,其中淬火被称为打造宝剑的点睛之笔,宝剑淬火过程实际上发生了如下反应: 。

（1）该反应的平衡常数表达式如何书写？

（2）某温度下该反应的 ,若体系中水和氢气的浓度分别为 和 ,则此时反应向哪个方向进行？

答案：（1）对于有纯固体或纯液体参与的反应,纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中,因此该反应的平衡常数表达式为 。

（2） ,因此该反应向逆反应方向进行。

判一判

1.所有参加反应的物质都出现在平衡常数表达式中(   ×   )

2.平衡常数只是温度的函数,随温度的改变而改变(   ×   )

知识点二 平衡转化率

判一判

1.平衡转化率是该物质在此条件下的最大转化率(   √   )

2.化学反应达平衡后,增大某反应物的量,则该反应物的转化率增大(   ×   )

互动探究·关键能力

探究点一 化学平衡状态的判断

知识深化

1.化学平衡的判断依据,即化学平衡的两个主要特征

2.判断方法

（1）直接判断法

（2）间接判断法

①各组分的百分含量保持不变（各物质的物质的量分数一定、各物质的质量分数一定、各气体的体积分数一定）;

②各组分的物质的量不随时间的改变而改变;

③各气体的体积不随时间的改变而改变。

（3）特例判断法（反应在恒容密闭容器中进行）

题组过关

1.对于可逆反应： ,下列叙述不能说明该反应已达到平衡状态的是(     )

A.化学反应速率：

B. 的分子个数之比是4:5:4:6

C.单位时间内生成 的同时消耗

D.反应混合物中 的体积分数不再改变

答案：

解析：A项,根据用不同的物质表示同一反应时的速率关系,可知 ,代入A项中表达式可知 ,即正、逆反应速率相等,说明反应已达到平衡状态。B项,达到平衡状态时四种物质的分子个数比不一定是4:5:4:6,不能说明反应已达到平衡状态。C项,单位时间内生成 的同时生成 ,此时消耗 ,则正、逆反应速率相等,说明反应已达到平衡状态。D项,若反应混合物中各组分的体积分数不再改变,则说明反应已达到平衡状态。

2.（★）（2020山东潍坊高二检测）在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应：（甲） ;（乙） 。下列状态能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是(     )

①混合气体的平均相对分子质量不再改变

②恒温时,气体压强不再改变

③各气体的浓度相等

④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍

⑤混合气体的密度保持不变

A.①②B.③④

C.①D.④

答案：

解析：甲容器中的可逆反应属于反应前后气体分子数不相等的反应;乙容器中的可逆反应属于反应前后气体分子数相等的反应,故乙容器中混合气体的平均相对分子质量、密度、压强都始终保持不变,①②⑤错误;容器中各气体的浓度相等,不能判断反应是否达到了平衡状态,③错误;断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍,即氢氧键的断裂速率等于形成氢氧键的速率,④正确。

解题感悟  利用“变量”不变来判断化学平衡状态

（1）选变量：选定反应中“变量”,即随反应进行而变化的量,当变量不再变化时,反应已达平衡。

（2）常见的变量：①气体的颜色;②对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;③对于反应体系中的物质全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;④对于反应体系中的物质不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。

（3）说明：在利用 （总）、 （总）判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。

探究点二 化学平衡常数与平衡转化率的有关计算

情境探究

氢碘酸是强酸,还原性比氢溴酸的还原性强。它用于制备碘化物和有机反应中的还原剂;很稀的氢碘酸溶液用于医药。在某温度下,将 和 各 的气态混合物充入 的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得

问题1： 的转化率是多少？反应的平衡常数是多少？

答案：提示  根据题意列“三段式”：

,

。

问题2：在上述温度下,该容器中若通入 和 各 的气态混合物,则达到化学平衡状态时 的物质的量浓度是多少？ 的转化率多少？

答案：提示  设转化的 的物质的量浓度为 ,

,

解得 平衡时 , 。

探究归纳

1.化学平衡常数的计算

（1）可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系

①反应物：平衡浓度=起始浓度-转化浓度。

②生成物：平衡浓度=起始浓度+转化浓度。

③各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。

（2）计算模式及基本步骤

有关化学平衡的计算问题,可按下列步骤建立模式,确定关系进行计算。如可逆反应 ,假定反应物 的起始加入量分别为 ,达到平衡时,设 物质转化的物质的量浓度为 。

①模式

对于反应物: (平) (始) (转)

对于生成物: (平) (始) (转)

②基本步骤

.确定反应物或生成物的起始浓度。

.确定反应过程的转化浓度。

.确定各物质的平衡浓度。

.通过平衡常数表达式列出计算式。

e.求解所列计算式。

2.平衡转化率的计算

（1）转化率的三种计算公式

①转化率

②转化率

③转化率

（2）生成物产率的计算

产率

（3）反应物的转化率与浓度的关系

①对于多种物质参加的反应,如 ,增大 的浓度, 的转化率一定增大, 的转化率一定减小。

②对于分解反应,要具体分析反应前后各气态物质的化学计量数的关系,对于反应前后化学计量数的和不变的反应,如 ,不论如何改变 的浓度, 的转化率都不变,对于反应前后化学计量数的和不相等的反应,如 ,增加 的浓度, 的转化率减小。

探究应用

例 （2021山东潍坊高二检测）某硫酸厂制备硫酸的过程中涉及的基本反应有 ,现将 和 注入体积为 的密闭容器中,并置于某较高温度的恒温环境中,达化学平衡后,测得反应器中有 ,求：

（1）该温度下反应的平衡常数为  。

（2） 的平衡转化率分别为  、  。

答案：（1）  （2）  ;

解析：（1）根据题意列“三段式”：

。

（2） 。

。

解题感悟

1.化学平衡常数计算思路

（1）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 。

（2）列出三个量：用含 的式子表示平衡体系中各物质的初始量、转化量、平衡量。

（3）列式计算：根据平衡时含 的相应关系列式求解。

2.化学平衡计算步骤

迁移应用

1.已知下列反应的平衡常数：① ② 则反应 的平衡常数是(     )

A. B.

C. D.

答案：

解析： 第三个反应的平衡常数 。

2.（★）将 和 混合于 密闭容器中,发生反应： 后反应达到平衡状态,生成 和 ,则下列结论中不正确的是(     )

A.该温度下反应的化学平衡常数为

B. 值等于2

C.平衡时 的浓度为

D.平衡时 的转化率为

答案：

解析：利用“三段式”法进行计算时,只有转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成正比,初始量和平衡量与化学方程式中各物质的化学计量数无关。

生成 的物质的量相等, 的化学计量数也相等, ,设转化的 的物质的量为 ,列“三段式”有:

根据题意得 。平衡时 的浓度 ,转化率 。

评价检测·素养提升

课堂检测

1.（2021山东潍坊高二检测）在一定温度下,向密闭容器中充入一定量的 和 ,发生反应： ,当化学反应达到平衡时,下列叙述正确的是(      )

A. 和 的物质的量一定相等

B. 和 的物质的量一定相等

C.反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时 和 的总物质的量

D. 的物质的量一定相等

答案：

解析： 的量之间没有必然的关系,可能相等,也可能不等,故A、 、D项错;该反应反应前后气体分子数不变,故反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时 和 的总物质的量,故C正确。

2.镍具有较好的耐腐蚀、耐高温、防锈等性能,被广泛应用到不锈钢和合金钢等钢铁领域。在 时,镍可以发生反应 ,已知反应的平衡常数 ,当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,此反应 (     )

A.已达到平衡状态

B.未达到平衡状态,反应正向进行

C.未达到平衡状态,反应逆向进行

D.无法确定

答案：

解析：当水蒸气和氢气浓度相等时 反应逆向进行。

3.下列关于平衡常数 的说法中,正确的是(     )

A.在任何条件下,化学平衡常数 都是一个恒定值

B.平衡常数 只与温度有关,与反应物浓度、压强无关

C.从平衡常数 的大小不能推断一个反应进行的程度

D.对于可逆反应 在一定温度下达到平衡时,其平衡常数的表达式为

答案：

解析：化学平衡常数随温度的改变而改变,故A错误;平衡常数 只与温度有关,与反应物浓度、压强无关,故B正确;平衡常数越大,反应进行得越彻底,故C错误;对于可逆反应 一定温度下达到平衡时,其平衡常数表达式为 ,故D错误。

4.（2021天津大港高二检测）在一定条件下,已达平衡的可逆反应: ,下列说法中正确的是(     )

A.平衡时,此反应的平衡常数与各物质的浓度有如下关系:

B.改变条件后,该反应的平衡常数一定不变

C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化

D.若平衡时增加 和 的浓度,则平衡常数会减小

答案：

解析：化学平衡常数只受温度影响,故B、 、D均错误。

素养视角

1.羰基硫通常状态下为有臭鸡蛋气味的无色气体,性质稳定,但会与氧化剂强烈反应,水分存在时也会腐蚀金属,可燃、有毒,但与硫化氢一样,会使人对其在空气中的浓度产生低估。羰基硫 可作粮食熏蒸剂,防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将 和 混合加热并达到平衡： 。反应前 的物质的量为 ,平衡后 的物质的量为 。

（1）平衡时,气体的总物质的量为 。

（2）通入 瞬间,正反应速率  。

（3）反应前 的物质的量为 。

（4） 的平衡转化率为  。

答案：（1）17

（2）增大

（3）7

（4）

解析：（1）设反应前加入的 的物质的量为 ,则利用“三段式”计算：

,解得 。

该反应为反应前后气体的物质的量不变的反应,故反应前后气体的物质的量均为 。

（2）通入 瞬间正反应速率增大。

（3）由“三段式”可知,反应前硫化氢的物质的量为 。

（4） 的转化率 。

思路导引  解答本题首先用“三段式”列出反应三个状态的各个物质的物质的量,然后利用 的表达式计算出硫化氢的初始量,再进行相应的计算。