第2章 第2节 第2课时 化学平衡常数 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第2课时　化学平衡常数 [学习目标] 1．通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。 知识点一　化学平衡常数 1．含义 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，简称__平衡常数__，用符号__K__表示。 2．表达式 以化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例，K＝(固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数)。 3．意义 平衡常数的大小反映化学反应__可能进行的程度__；平衡常数的数值越大，说明正反应进行的程度__越大__。 K <10－5 10－5～105 >105 反应程度 __很难__进行 可逆反应 进行得较__完全__ 4.影响因素 (1)内因：反应物本身的性质。 (2)外因：反应体系的__温度__。 同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数相同吗？如合成氨反应： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，K N2(g)＋H2(g)NH3(g)，K′ 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，K″ 若K＝a，则K′、K″与a的关系是什么？ 提示　写出表达式K＝， K′＝，K″＝ 则K′＝，K″＝。 化学平衡常数的表达式 (1)化学平衡常数表达式书写与化学方程式一一对应，K与反应方向成倒数关系，K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。 (2)若两反应的平衡常数分别为K1、K2 ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝。 1．下列关于化学平衡常数的说法正确的是(　　) A．在任何条件下，化学平衡常数均不变 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 解析　D　化学平衡常数是在一定温度下，当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。对于一个确定的化学反应，平衡常数只与温度有关。 2．对于反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，其化学平衡常数的表达式为(　　) A．K＝ B．K＝ C. K＝ D．K＝ 解析　 D　 化学平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，但固体浓度视为定值，不写入平衡常数计算式中，D项正确。 3．当把晶体N2O4放入密闭容器中使之变为气态，并建立了N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，的值(　　) A．变大　　　　　　　　 B．不变 C．变小 D．无法确定 解析　B　温度不变，K值不变。 知识点二　 化学平衡的相关计算 可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V L的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。 1．计算模型——“三段式”法 　　　 　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol　a　　　　b　　　0　　　0 转化量/mol　mx　　　nx　　　px　　qx 平衡量/mol　a－mx　b－nx　　px　　qx 2．常见的计算量 (1)平衡常数K＝。 (2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 (3)平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶。 (4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。 (5)平衡时和开始时的压强之比：＝。 (6)生成物产率＝×100%。 在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。试回答下列问题： (1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1,4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝________，H2O的转化率为________。 (2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。 (3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态________(填“是”或“否”)，此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 解析　(1)　 　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) c始/(mol·L－1) 2 3 0 0 c变/(mol·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2 c平/(mol·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2 该反应的平衡常数K＝＝＝1。 (2)设c变(CO)＝x mol·L－1，则 　　　　 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) c始/(mol·L－1) 3 3 0 0 c变/(mol·L－1) x x x x c平/(mol·L－1) 3－x 3－x x x ＝1，x＝1.5，则CO的转化率为×100%＝50%，H2O的转化率为50%。 (3)反应进行到某时刻时，c(H2)＝c(CO2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2O)＝1.5 mol·L－1，Q＝＝＝<K，因此反应未达到平衡状态，反应向正反应方向进行，v正＞v逆。 答案　(1)1　40%　(2)50%　50%　(3)否　大于 1．灵活应用“体系温度”不变，“平衡常数”相等进行有关计算。 2．对于一般可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，达到平衡后，若其他条件不变，增大A的量，则A的转化率减小，B的转化率增大。 3．由浓度商Q与平衡常数K的关系判断反应进行的方向 若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆； 若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆； 若Q＝K ，反应处于平衡状态，v正＝v逆。 1．将4 mol SO2与2 mol O2充入4 L的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，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 解析　A　 　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 初始/(mol·L－1) 1 0.5 0 转化/(mol·L－1) 0.5 0.25 0.5 平衡/(mol·L－1) 0.5 0.25 0.5 K＝＝4。 2．(2023·上海南汇中学高二期中)在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.6 kJ·mol－1，T ℃(K＝3.6)的某时刻下，c(N2)＝2 mol·L－1，c(H2)＝2 mol·L－1，c(NH3)＝9 mol·L－1，此时该反应是否处于平衡状态___________(填“是”或“否”)，此时反应速率是v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)，其原因是________________。 解析　T ℃(K＝3.6)的某时刻下，c(N2)＝2 mol·L－1，c(H2)＝2 mol·L－1，c(NH3)＝9 mol·L－1，Q＝＝5.06>3.6，反应逆向进行，此时该反应没有达到平衡状态，此时反应速率是v正<v逆。 答案　否　<　Q＝＝5.06>3.6 知识点三　压强平衡常数(Kp) 1．含义 在化学平衡体系中，由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，用符号Kp表示，其单位与表达式有关。 2．表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下，达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示对应物质的分压。 注意　①混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。 ②混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…。 在固定容积为2 L的密闭容器中，加入1 mol CCl4、1 mol H2，反应达到平衡后，CHCl3的物质的量为0.6 mol，若平衡时的压强为p0 kPa。回答下列问题： 已知各组分的分压p(X)＝总压×该气体的体积分数或物质的量分数。计算平衡时，各组分的分压各为多少？ 提示　　 CCl4(g)＋H2(g)CHCl3(g)＋HCl(g) 起始/mol 1 1 0 0 转化/mol 0.6 0.6 0.6 0.6 平衡/mol 0.4 0.4 0.6 0.6 则p(CCl4)＝×p0 kPa＝0.2p0 kPa， p(H2)＝×p0 kPa＝0.2p0 kPa， p(CHCl3)＝×p0 kPa＝0.3p0 kPa， p(HCl)＝×p0 kPa＝0.3p0 kPa。 压强平衡常数(Kp)计算步骤 1．(2023·长沙雅礼中学高二期末)温度为T时，将NH4HS(s)置于抽成真空的容器中，当NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得体系总压强为6 kPa，则此条件下该反应的平衡常数Kp为(　　) A．6(kPa)2　　　　　 B．9(kPa)2 C．12(kPa)2 D．36(kPa)2 解析　B　根据反应NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)可知，体系中NH3和H2S的物质的量相等，故二者的平衡分压也相等，即p(NH3)＝p(H2S)＝3 kPa，故该反应的压强平衡常数为：Kp＝p(NH3)×p(H2S)＝3 kPa×3 kPa＝9(kPa)2，故选B。 2．(2022·全国乙卷节选)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将 n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________ kPa。[已知H2S热分解的化学方程式为2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)] 解析　设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和4 mol，根据三段式可知： 　　　　　2H2S(g)S2(g)＋2H2(g) 起始/mol 1 0 0 转化/mol x 0.5x x 平衡/mol 1－x 0.5x x 平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S 的平衡转化率为×100%＝50%，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76 kPa。 答案　50%　4.76 1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均相同 C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 解析　D　一个确定的化学反应，其化学平衡常数通常情况下只与反应体系的温度有关，A项错误；相同物质的反应，书写的化学方程式不同时，化学计量数发生改变，平衡常数可能改变，B项错误；化学平衡常数为平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，C项错误；在一定温度下，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，D项正确。 2．在一定条件下，下列可逆反应的平衡常数如下： ①H2＋F22HF　K1＝1047； ②H2＋Cl22HCl　K2＝1017； ③H2＋Br22HBr　K3＝109； ④H2＋I22HI　K4＝1。 比较平衡常数的大小可知，各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　) A．①②③④ B．④②③① C．①④③② D．无法确定 解析　A　化学平衡常数越大，表示该反应的正反应进行的程度越大，A正确。 3．已知反应：3X(g)＋2Y(g)2Z(g)。常温时，在容积为2 L的密闭容器中充入6.0 mol X和2.0 mol Y，达到平衡状态时测得n(Z)＝0.8 mol。下列说法错误的是(　　) A．平衡时容器内X的物质的量为4.8 mol B．平衡时容器内Y的浓度为1.2 mol·L－1 C．常温时的平衡常数：K≈0.03 D．达到平衡时，X的转化率为20% 解析　B　根据题意，应用三段式法计算： 　　 3X(g)＋2Y(g)2Z(g) 起始/mol 6.0 2.0 0 转化/mol 1.2 0.8 0.8 平衡/mol 4.8 1.2 0.8 A正确；容器的容积为2 L，则平衡时X、Y、Z的浓度分别为2.4 mol·L－1、0.6 mol·L－1、0.4 mol·L－1，B错误；常温时的平衡常数：K＝≈0.03，C正确；达到平衡时，X的转化率为×100%＝20%，D正确。 4．H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L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620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1。 解析　　　 H2S(g)＋　CO2(g) COS(g)＋H2O(g) 初始/mol 0.40 0.10 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x 反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则＝0.02，x＝0.01。(1)H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%。钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)＝0.156 mol·L－1，c(CO2)＝0.036 mol·L－1，c(COS)＝c(H2O)＝0.004 mol·L－1，则K＝≈0.002 85。(2)根据题目提供的数据可知，温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡后水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，α2>α1。 答案　 (1)2.5%　0.002 85　(2)> 学科网（北京）股份有限公司 $$