(讲义)第2章 第2节 能力课时2 化学平衡常数的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修1(人教版2019)

能力课时2　化学平衡常数的应用 通过化学平衡常数模型的构建，学习该模型在判断平衡状态、反应方向、反应的焓变、反应物的转化率等方面的综合应用。 1．考查化学平衡常数(K)的计算方法——三段式法 三段式法就是依据化学方程式列出各物质的起始量、变化量和平衡量，然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种方法。这是解答化学平衡计算题的一种“万能方法”，只要已知起始量和转化率就可用平衡模式法解题。对于反应前后气体体积变化的反应，如果已知反应前气体的总物质的量与反应后气体的总物质的量的差值，也可用差量法解题。 【例1】　在1.5 L的密闭容器中通入2 mol N2和3 mol H2，混合气体在一定温度下发生反应。达到平衡时，容器内压强为反应开始时的0.8，则该反应的化学平衡常数约为(　　) A．0.34　　　B．0.64　　　C．0.44　　　D．0.54 C　[定T、V的情况下，压强之比等于物质的量之比，设N2转化x mol，则 　　　　　　N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g) 起始量/mol 2 3 0 转化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 2－x 3－3x 2x ＝＝＝，解得x＝0.5， 则K＝＝＝≈0.44。] 2．考查利用K值变化判断反应的热效应 其他条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高(或降低)温度时平衡向正(或逆)反应方向移动，K值增大(或减小)；若正反应是放热反应，由于升高(或降低)温度时平衡向逆(或正)反应方向移动，K值减小(或增加)；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。 【例2】　高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下： 温度/℃ 1 000 1 150 1 300 平衡常数 4.0 3.7 3.5 该反应的平衡常数表达式K＝__________，ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)。 [解析]　因Fe和Fe2O3都为固体，不能代入平衡常数的表达式，所以K＝，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明平衡向左移动，故ΔH＜0。 [答案]　　＜ 3．考查可逆反应是否达到平衡状态及反应方向的判断 在温度一定的条件下，判断一个化学反应是否达到平衡的根据是：计算出来某一时刻该反应的浓度商Q，将其与平衡常数K进行比较，如果二者相等，则说明反应已达到平衡状态，否则该反应处于非平衡状态。如果反应中有固体或纯液体参加，则它们的浓度不列入平衡常数表达式中，一般步骤为设任一时刻的浓度商(即同样应用K的计算式，但为某一时刻的)为Q，若Q＝K，说明反应平衡；Q>K，说明反应逆向进行；Q<K，说明反应正向进行。 【例3】　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/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 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 mol·L－1、c(H2)为1.5 mol·L－1、c(CO)为1 mol·L－1、c(H2O)为3 mol·L－1，则下一时刻，反应________(填“正向”或“逆向”)进行。 [解析]　判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系进行判断，此时刻下，Q＝＝＝1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。 [答案]　逆向 4．考查利用K计算平衡浓度和反应物的转化率 依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。对于反应：aA＋bBcC＋dD，反应物A的转化率可以表示为α(A)＝×100%＝×100%＝×100%。 【例4】　可逆反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K＝。请回答下列问题： (1)当CO和H2O的起始浓度为2 mol·L－1时，CO的转化率为________。 (2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L－1，H2O的起始浓度为6 mol·L－1时，CO的转化率为________。 [解析]　(1)设CO的转化量为x mol·L－1， 　　　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 起始/(mol·L－1) 2 2 0 0 转化/(mol·L－1) x x x x 平衡/(mol·L－1) 2－x 2－x