【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第一册--2.2.3 化学平衡常数 讲义

第3课时　化学平衡常数

知识点01  化学平衡常数

1．化学平衡常数的定义

对于可逆反应：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，在______一定时，无论起始浓度如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度满足以下关系式：

K=____________

该结果是一个常数，此常数称为化学平衡常数。

固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为______，其浓度不列入平衡常数表达式。

2．化学平衡常数的意义

（1）K值的大小反映了化学反应的____________ (即反应限度)。K值越大，说明正反应可以进行得越______；K值越小，说明正反应可以进行得越______全。

（2）K只受______的影响，与反应物或生成物的______变化无关。

【即学即练1】关于化学平衡常数的叙述，正确的是(　　)

A．只与化学反应方程式本身和温度有关

B．只与反应的温度有关

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

知识点02  平衡转化率

1．平衡转化率的概念

某一反应的平衡转化率α等于该物质在反应中的已转化量（如物质的量、物质的量浓度等）与该物质起始总量的比值，可表示为：

α = ×100%

2．平衡转化率的意义

反应的平衡转化率表示在一定______和一定______浓度下反应进行的限度

【即学即练2】在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于(　　)

A．5%            B．10%             C．15%         D．20%

考法01  化学平衡常数

1．对平衡常数的理解

（1）反应物和生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。

（2）平衡常数K只受温度的影响，当温度不变时，K值不变。

2．平衡常数的表达式的书写

（1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。

（2）纯液体和固体的浓度为常数，不写入平衡常数表达式。

例如：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)  K＝；

FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　K＝。

（3）书写形式与化学方程式的书写有关。例如：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数为K1=；

N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数为K2=；

NH3(g) N2(g)＋H2(g)的平衡常数为K3=。

则K1和K2的关系式为K1=K22；K2和K3的关系式为：K2·K3=1；K1和K3的关系式为：K1=。

【典例1】在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：

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X＋3Y2Z，其平衡常数为1 600

C．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

【典例2】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(　　)

A．K＝           B．K＝

C．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

考法02  化学平衡的有关计算

化学平衡的有关计算一般采用“三段式：

1．计算模式

　　　　　　  aA(g)  ＋  bB(g)cC(g)＋dD(g)

c(初)(mol·L－1)    x        y            0       0

Δc(mol·L－1)      am      bm          cm      dm

c(平)(mol·L－1)   x-am     y-bm         cm      dm

2．解题思路

（1）设未知数：具体题目要具体分析，一般设某物质的转化量或转化率为x。

（2）确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者之间的关系，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。

（3）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，求出题目答案。

3.注意以下问题：

（1）变化量的比值一定等于化学方程式中的系数之比，但是达到平衡时各组分的量的比值不一定等于方程式中的系数之比。

（2）进行有关计算时，可用物质的量浓度，也可用物质的量。

【典例3】（1）在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，K＝0.25。则氢气的转化率是___________。

（2）可逆反应NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)　ΔH>0。在一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6，则平衡常数K是_______。

题组A  基础过关练

1．下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是(　　)

A．在任何条件下，化学平衡常数K都是一个定值

B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变

C．化学平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度、体系的压强无关

D．化学平衡常数K与反应物的转化率是一一对应的

2．下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是(　　)

A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值

B．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变

C．化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关

D．由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度

3．对于3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为(　　)

A．K＝　　 B．K＝

C．K＝   D．K＝

4．某温度时N2＋3H22NH3的平衡常数K＝a，则此温度下NH3H2＋N2的平衡常数为(　　)

A．        B．        C．        D．a2

5．已知下列反应的平衡常数：①H2(g)＋S(s)H2S(g)，K1；②S(s)＋O2(g)SO2(g)，K2。则反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是(　　)

A．K1＋K2　　　　　　B．K1－K2            C．K1×K2         D.

6．某可逆反应aA＋bBcC在某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将化学方程式的书写做如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为(　　)

A．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值、K值均扩大了1倍

B．写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了1倍，K值保持不变

C．写成cCaA＋bB，ΔH值、K值变为原来的相反数

D．写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数

7．一定温度下，在一密闭容器中充入一定量的H2(g)和I2(g)发生如下反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，并达到平衡状态，此时H2的转化率为x%，向平衡混合体系中充入一定量的I2(g)，重新达到平衡后H2的转化率将(　　)

A．增大           B．减小            C．不变           D．无法确定

8．将4 mol SO2与2 mol O2放入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2＋O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L－1。则此条件下的平衡常数K为(　　)

A．4        B．0.25        C．0.4   D．0.2

9．在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：A(g)＋2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为(　　)

A．40 %　　    B．50 %　　    C．60 %　　    D．70 %

10．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的关系如下表所示：

回答下列问题：

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝____________。

(2)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________℃。

11．在一个容积为500 mL的密闭容器中，充入5 mol H2和2 mol CO。在一定温度和一定压强下，发生如下反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，经过5 min后达到平衡状态。若此时测得CH3OH蒸气的浓度为2 mol·L－1，求：

(1)以H2的浓度变化表示的该反应的速率为___________；

(2)达平衡时CO的转化率为___________；

(3)该温度下的K=_____________。

题组B  能力提升练

1．将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)nC(g)＋2D(g)，5 s后反应达到平衡状态，生成2 mol D和2 mol C，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．n值等于2

C．平衡时B的浓度为1 mol·L－1

D．平衡时B的转化率为50 %

2．低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为：

2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)　ΔH<0，在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是(　　)

A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大

B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小

C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应达到平衡

D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大

3．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)，ΔH>0，请回答下列问题：

(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为60 %，此时N的转化率为__________。

(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1，达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝__________。

(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为__________。

4．某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c(H2)＝0.008 mol·L－1。

(1)求该反应的平衡常数。

(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.2 mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。

题组C  培优拔尖练

1．人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。CO吸入肺中发生反应：CO＋HbO2O2＋HbCO,37 ℃时，该反应的平衡常数K＝220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是(　　)

A．CO与HbO2反应的平衡常数为K＝

B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少

C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损

D．把CO中毒的病人放入高压氧舱中解毒，其原理是使上述可逆反应向逆反应方向进行

2．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2(g)和CO2(g)，起始浓度如表所示：

下列判断正确的是(　　)

A．平衡时，乙中CO2的转化率小于60 %

B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60 %

C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol·L－1

D．反应开始时，丙中的反应速率最快，乙中的反应速率最慢

3．对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下：

下列说法正确的是(　　)

A．K3＝K1＋K2

B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快

D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变

4．平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：

2NO(g)N2(g)＋O2(g)；K1＝1×10-30

2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)；K2＝2×1081

2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)；K3＝4×10－92

(1)常温下，NO分解产生O2反应的平衡常数表达式为__________。

(2)常温下，水分解产生O2，此时平衡常数值约为__________。

(3)常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出氧气的倾向大小顺序为______>______>______。

5．在100 ℃时，将0.100 mol的四氧化二氮气体充入1 L抽空的密闭容器中，每隔20 min对该容器内的物质浓度进行分析得到如下表数据：

通过计算可知：

(1)c1＝____________________；

(2)求100 ℃时该反应的平衡常数；

(3)在下图中画出并标明此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线；

(4)在上述条件下，从反应开始直至达到化学平衡时，四氧化二氮的平均反应速率为_______mol·L－1·s－1。

6．在一定温度下，向容积不变的容器中加入2 mol N2、8 mol H2及固体催化剂，使之反应。

已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ· mol－1。平衡时，容器内气体压强为起始时的80%。

(1)反应达到平衡时，放出的热量(　　)

A．小于92.2 kJ　　    B．等于92.2 kJ　　    C．大于92.2 kJ

(2)保持同一温度，在相同的容器中，若起始时加入2 mol NH3、1 mol H2及固体催化剂，反应达到平衡时NH3的体积分数(　　)

A．等于0.25　　　B．大于0.25　　　C．小于0.25

(3)保持同一温度，在相同的容器中，起始通入一定物质的量N2、H2、NH3，欲使平衡时NH3的体积分数一定等于0.25。且起始时向正反应方向进行，则充入N2的物质的量a mol的取值范围是________。