第2章 第2节 第1课时 化学平衡常数　平衡转化率-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（鲁科版2019）

新教材·化学 选择性必修1［L］ 第2节　化学反应的限度 第1课时　化学平衡常数　平衡转化率 化学平衡常数 1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，反应产物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为一常数，用符号K表示。 2．表达式：以化学反应aA＋bBcC＋dD为例： K＝。 3．影响因素：反应物的性质及反应体系的温度。 4．应用 (1)判断反应进行的限度 K ＜10－5 10－5～105 ＞105 反应程度 反应很难进行 反应可逆 进行较完全 (2)判断反应是否达到平衡状态 化学反应aA＋bBcC＋dD的任意状态时，浓度商为Q＝；在某一温度下，当Q＝K时，可逆反应达平衡状态。 平衡转化率 1．表达式 对于化学反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率可以表示为 α(A)＝×100%。 2．平衡转化率的意义 平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应的限度，但用平衡常数表示反应限度有时不够直观，因此在实际应用中，常用平衡转化率α来表示一定条件下的反应限度。 1．关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A．温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变 C．温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 D．反应产物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K时，v正<v逆 答案　C 解析　K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数，如H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，K正＝，K逆＝，所以K正＝。反应产物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K，未达到化学平衡状态，此时v正>v逆。 2．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是(　　) A．与该反应的压强有关 B．与反应的温度有关，还与反应本身有关 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 答案　B 解析　K与反应温度、表达式与方程式的书写有关，但与起始浓度、压强无关。 3．某温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是(　　) A．K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大 B．若缩小反应器的容积，能使压强增大，则K增大 C．温度越高，K一定越大 D．如果m＋n＝p，则K＝1 答案　A 解析　K越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A正确；对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，B错误；因该反应的热效应不确定，故C错误；K＝，故由m＋n＝p，无法判断K的大小，D错误。 4．写出下列各可逆反应在一定温度下达到平衡时的平衡常数表达式： (1)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　___________________________ (2)C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　__________________________ (3)FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　__________________________ 答案　(1)K＝　 (2)K＝ (3)K＝ 5．对于可逆反应在任意状态时，反应产物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商Q，Q＜K，反应______________；Q＝K，反应________________；Q＞K，反应____________。 答案　向正反应方向进行　处于化学平衡状态　向逆反应方向进行 6．K只受温度的影响，若升高温度，K值增大，则正反应ΔH________0(填“>”或“<”，下同)，K值减小，则正反应ΔH________0；若降低温度，K值增大，则正反应ΔH________0，K值减小，则正反应ΔH________0。 答案　＞　＜　＜　＞ 探究一　化学平衡常数的书写及影响化学平衡常数的因素 1．书写化学平衡常数表达式的注意事项 (1)能代入平衡常数表达式的为气体、溶液中的溶质，固体与纯液体浓度可看为常数，不能代入。H2O只有在气态或非水溶剂中才能代入平衡常数表达式。 如：NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝，3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数表达式为K＝。 (2)平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、反应产物的系数不同，平衡常数的表达式就不同，平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应。 如：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数表达式为K1＝，反应N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数表达式为K2＝两者的平衡常数不同，且K1＝K；反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数表达式为K3＝，K1与K3的关系为K1＝(或K1·K3＝1)。 2．化学平衡常数的影响因素 (1)同一反应平衡常数(K)只受温度影响，与反应物或反应产物的浓度、压强以及是否使用催化剂无关，温度不变，K不变。 ①放热反应，温度越高，平衡常数越小；温度越低，平衡常数越大。 ②吸热反应，温度越高，平衡常数越大；温度越低，平衡常数越小。 如：N2(g)＋3H2(g) 2NH3　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1的平衡常数与温度的关系： T/K 373 473 573 K/(mol·L－1)－2 3.35×109 1.00×107 2.45×105 因此，在使用平衡常数时应注明温度。 (2)不同反应在相同温度下的化学平衡常数不同，其中同一温度下的K值越大，该反应进行的程度越大，即限度越大。 知识拓展 两个可逆反应相加、减后所得可逆反应的平衡常数的计算方法 当一个反应是由两个反应相加得到的，则该反应的化学平衡常数等于这两个反应的化学平衡常数的乘积，当一个反应是由两个反应相减得到的，则该反应的化学平衡常数等于这两个反应的化学平衡常数的商。 1．下列关于平衡常数K的说法中，正确的是(　　) A．在任何条件下，化学平衡常数K都是一个恒定值 B．平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度、压强无关 C．从平衡常数K的大小不能推断一个反应进行的程度 D．对于可逆反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K＝ 答案　B 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K只与温度有关，与反应物浓度、压强无关，故B正确；从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度，平衡常数越大，反应进行得越彻底，故C错误；对于可逆反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K＝，D错误。 2．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： T(℃) 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝__________。 (2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。 (4)若1200 ℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应________(填“是”或“不是”)平衡状态。 答案　(1)　(2)吸热　(3)700 ℃　(4)不是 解析　(2)根据题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应为吸热反应。 (3)某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，根据平衡常数表达式K＝可知，K＝＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为700 ℃。 (4)1200 ℃时，将各物质的浓度代入可得Q＝4，而此温度下的平衡常数为2.6，因为Q≠K，所以此时，该反应没有达平衡状态。 探究二　“三段式”计算α和K “三段式”解题法 　(1)分析三个量：即起始量、转化量、平衡量。 (2)明确三个关系 ①对于同一反应物：起始量－转化量＝平衡量。 ②对于同一反应产物，起始量＋转化量＝平衡量。 ③各转化量之比等于各反应物的系数之比。 (3)计算方法：三段式法 可按下列模式进行计算：如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) a b 0 0 mx nx px qx a－mx b－nx px qx ①求平衡常数：K＝ ②求平衡转化率 平衡转化率＝×100%， 如α(A)＝×100%。 知识拓展 (1)仅反应物有α反应产物无α，且当反应物的起初量按方程式中的对应系数比加入反应器中时，两反应物的α相同。 (2)当反应达平衡时再增加一种反应物时，该反应物的α减小，另一(或几)种反应物的α增大。 3．在1 L密闭容器中，把1 mol A和1 mol B混合发生如下反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，当反应达到平衡时，生成0.4 mol D，并测得C的平衡浓度为0.4 mol/L。下列叙述中错误的是(　　) A．x的值为2 B．A的平衡转化率为60% C．B的平衡浓度为0.8 mol/L D．D的体积分数为25% 答案　D 解析　　　　　 3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g) 起始量(mol) 1 1 0 0 变化量(mol) 0.6 0.2 0.2x 0.4 平衡量(mol) 0.4 0.8 0.2x 0.4 根据平衡时C的浓度可知，x＝2，A正确；由转化率的定义得，A的平衡转化率为60%，B正确；根据三段式可知平衡时，B的平衡浓度为0.8 mol/L，C正确；D的体积分数为×100%＝20%，D错误。 4．在某温度下，将H2和I2各0.10 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)＝0.0080 mol·L－1。 (1)H2的平衡转化率为________；反应的平衡常数为________。 (2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2各0.20 mol的气态混合物，则达到化学平衡状态时HI的物质的量浓度为________，H2的平衡转化率为________。答案　(1)20%　0.25　(2)0.0080 mol·L－1　20% 解析　(1)根据题意 H2(g)　＋　I2(g) 2HI(g)　 起始(mol·L－1) 0.010 0.010 0 转化(mol·L－1) 0.0020 0.0020 0.0040 平衡(mol·L－1) 0.0080 0.0080 0.0040 α(H2)＝×100%＝20%， K＝ ＝ ＝0.25。 (2)设转化的H2的物质的量浓度为x mol·L－1， H2(g)　＋　I2(g) 2HI(g) 0.020 0.020 0 x x 2x 0.020－x 0.020－x 2x K＝ ＝ ＝0.25，解得x＝0.0040，平衡时，c(HI)＝0.0080 mol·L－1。 α(H2)＝×100%＝×100%＝20%。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．化学平衡常数可以用K来表示，下列关于K的说法中正确的是(　　) A．在任何条件下，K都是一个定值 B．K与温度一定有关 C．K与反应产物的浓度一定有关 D．K与反应物的浓度一定有关 答案　B 解析　K只受温度的影响，A、C、D错误，B正确。 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．增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度，会使平衡常数减小 C．K＝ D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化 答案　C 解析　纯固体、纯液体的浓度视为常数，不写入平衡常数的表达式中，故该反应的平衡常数K＝，K只与温度有关，与浓度、压强无关。 3．在一定条件下，可逆反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡后，充入O2，则SO2和O2的转化率(　　) A．都增大 B．都减小 C．增大，减小 D．减小，增大 答案　C 解析　增大O2的浓度，可提高SO2的转化率，自身的转化率减小。 4．向某密闭容器中通入N2O4(g)，发生反应：N2O4(g) 2NO2(g)，达到平衡后，保持温度不变，再通入适量N2O4(g)，当反应达到新的平衡时，与原平衡相比，(　　) A．变大 B．无法确定 C．变小 D．不变 答案　D 解析　温度不变，化学平衡常数K不变，即不变。 5．在相同的温度下，已知反应：①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)的平衡常数K＝3.84×10－31；②2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的平衡常数K＝3.10×1026 L·mol－1。则在该温度下，两个化学反应的反应程度之间的关系为(　　) A．①>② B．①<② C．①＝② D．不能确定 答案　B 解析　平衡常数越大，说明反应进行越彻底，题中反应①K值很小，进行的程度很小；反应②K值很大，进行的程度很大，故选B。 6．反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)在450 ℃时，其化学平衡常数为49，则反应HI(g) H2(g)＋I2(g)在450 ℃时的化学平衡常数为(　　) A．49 B. C．24.5 D. 答案　D 解析　H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的K1＝＝49，HI(g) H2(g)＋I2(g)的K2＝＝＝。 7．在一定温度下，反应H2(g)＋X2(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入容积为1.0 L的密闭容器中，则在该温度时，HX(g)的最大分解率接近(　　) A．5% B．17% C．25% D．33% 答案　B 解析　反应H2(g)＋X2(g) HX(g)的平衡常数K1＝10，则反应HX(g)H2(g)＋X2(g)的平衡常数K2＝。设HX(g)分解达到平衡状态时，其减小的浓度为x mol/L，则： 　　　　 HX(g) H2(g)＋X2(g) 1 0 0 x 1－x K2＝＝＝，解得x≈0.17。所以该温度下HX(g)的最大分解率约为×100%＝17%。 8．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)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数的数值为(　　) A．9 B．16 C．20 D．25 答案　C 解析　反应①的平衡常数K＝c平(NH3)·c平(HI)，其中c平(HI)＝4 mol·L－1，而c平(NH3)＝c平(HI)＋c分解(HI)＝4 mol·L－1＋2×0.5 mol·L－1＝5 mol·L－1，所以反应①的平衡常数K＝c平(NH3)·c平(HI)＝5 mol·L－1×4 mol·L－1＝20 mol2·L－2。 9．25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示： 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 下列说法中错误的是(　　) A．增大X的初始浓度，平衡常数不变 B．此反应可表示为X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，该温度下反应的平衡常数为1600 mol－2·L2 C．增大压强，平衡常数增大 D．改变温度可以改变该反应的平衡常数 答案　C 解析　根据表中数据可计算出X、Y、Z浓度变化之比为(0.1 mol·L－1－0.05 mol·L－1)∶(0.2 mol·L－1－0.05 mol·L－1)∶(0.1 mol·L－1－0)＝1∶3∶2，故该反应的化学方程式为X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，25 ℃时， K＝ ＝＝1600 mol－2·L2，B正确；对于一个给定的化学方程式，平衡常数的大小只与温度有关，C错误，A、D正确。 10．已知反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，在427 ℃时的平衡常数是9，若反应开始时CO(g)和H2O(g)的浓度都是0.01 mol/L。平衡时CO的转化率是(　　) A．50% B．90% C．75% D．10% 答案　C 解析　由三段式求解： CO(g)＋　H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 0.01 0.01 0 0 x x x x 0.01－x 0.01－x x x 依题意，可得K＝＝9，解之得x＝0.0075， 故一氧化碳平衡转化率为α(CO)＝×100%＝75%。 二、非选择题 11．常温下，在一10 L的密闭容器中，用2 mol的A和2 mol的B发生：A(g)＋2B(g) 2C(g)，一小时后反应达到平衡，若此时混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则 (1)A的转化率为________。 (2)平衡时C的体积分数为________。 (3)此温度下该反应的化学平衡常数K＝________(结果保留四位有效数字)。 答案　(1)40%　(2)50%　(3)133.3 L/mol 解析　　　　　 A(g)　＋　2B(g) 2C(g) 起始量(mol) 2 2 0 转化量(mol) x 2x 2x 平衡量(mol) 2－x 2－2x 2x 则(2－x)＋(2－2x)＝2x 解得x＝0.8 所以A的转化率为×100%＝40%；平衡时，各物质的浓度为c平(A)＝0.12 mol/L，c平(B)＝0.04 mol/L，c平(C)＝0.16 mol/L，故化学平衡常数K＝≈133.3 L/mol。 12．下列反应在210 ℃时达到平衡： ①PCl5(g) PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH1>0 K1＝1 mol·L－1 ②CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g)　ΔH2<0 K2＝5×104 mol－1·L ③COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g)　ΔH3>0　K3 (1)根据反应①的平衡常数K的表达式，平衡时下列等式必定成立的是________(仅为数值)。 A．c(PCl5)＝c(PCl3)＝c(Cl2)＝1 B．c(PCl5)＝c(PCl3)·c(Cl2)＝1 C．c(PCl5)＝c(PCl3)·c(Cl2) (2)反应②和反应③的平衡常数表达式________(填“相同”或“不同”)，K3＝________mol·L－1。 (3)降低Cl2浓度，反应③的平衡常数K3值将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案　(1)C　(2)不同　2×10－5　(3)不变 解析　(1)反应①K1＝＝1 mol·L－1，故c平(PCl3)·c平(Cl2)＝c平(PCl5)，但不一定均等于1，故选C。 (2)反应②③互为逆反应，所以K2与K3不同，K3＝＝2×10－5 mol·L－1。 (3)平衡常数只随温度变化而变化，故Cl2浓度改变，K3不变。 13．实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策是应对全球气候问题及建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。化工行业的发展必须符合国家节能减排的总体要求。试运用所学知识，回答下列问题： (1)煤化工通常通过研究不同温度下反应的平衡常数来解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)，该反应的平衡常数随温度的变化如表所示： 温度/℃ 400 500 800 平衡常数K 9.94 9 1 若该反应在500 ℃时进行，设CO和H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，在该条件下，CO的平衡转化率为________。 (2)对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp)，则反应H2O(g)＋CO(g) CO2(g)＋H2(g)的Kp的表达式Kp＝________________；提高的比值，则Kp________(填“变大”“变小”或“不变”)。 答案　(1)75%　(2)　不变 解析　(1)设CO的转化浓度为c mol·L－1，列三段式： CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) 0.02 0.02 0 0 c c c c 0.02－c 0.02－c c c 所以＝9，解得c＝0.015，所以CO的转化率为×100%＝75%。 (2)对于气相反应，用某组分(B)的平衡分压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp)，反应的平衡常数＝；平衡常数只与温度有关，与浓度无关，所以提高的比值，则Kp不变。 13 学科网（北京）股份有限公司 $$