第2节 化学反应的限度 第1课时（同步讲义）化学鲁科版2019选择性必修1

第2章 化学反应的方向、限度与速率 第2节 化学反应的限度 第1课时 化学平衡常数与平衡转化率 教学目标 1.通过“H2(g)＋I2(g)2HI(g)”体会化学平衡常数模型构建过程，能书写化学平衡常数表达式；能进行平衡常数、转化率的简单计算。 2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动的方向。 重点和难点 重点：平衡常数与转化率的理解。 难点：平衡常数与转化率的简单计算。 ◆知识点一 化学平衡常数 1．平衡常数表达式 以化学反应aA＋bBcC＋dD为例：平衡常数K＝，单位：(mol·L－1)(c＋d)－(a＋b)。 【特别提醒】纯固体或纯液体不列入平衡常数表达式中。 2．意义：对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越完全。 3．影响因素 (1)内因：反应物的本身性质。 (2)外因：反应体系的温度。 【特别提醒】 (1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。 (2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 (3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则： 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＝。 (4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。 即学即练 1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示： 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3 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 【答案】B 【解析】K3＝，K1＝，K2＝，则K3＝K1·K2，A错误；根据盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；加催化剂，反应①的活化能降低，反应速率加快，C错误；增大压强，对化学平衡常数无影响，则K1、K2、K3不变，D错误。 2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为(　　) A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2 C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和 【答案】D 【解析】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热为ΔH，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的反应热为－ΔH，而4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热为－2ΔH；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的化学平衡常数为K，相同温度时反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的化学平衡常数为。 ◆知识点二 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%＝×100%＝×100%。 2．规律 (1)同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物转化率相同。 (2)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的物质的量，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会降低。 【特别提醒】若求某一时刻的转化率，只要把平衡时的反应物物质的量改为某一时刻的反应物物质的量即可。 即学即练 1．羰基硫(COS)是具有臭鸡蛋气味的气体，在工业生产中常用作粮食熏蒸剂，能够防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。羰基硫可由一氧化碳与硫化氢在一定温度、常压下催化反应制得。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1，反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为 8 mol。 （1）该反应的平衡常数表达式K＝ 。 （2）反应前H2S的物质的量 mol。 （3）CO的平衡转化率为 %。 【答案】（1） （2）7 （3）20 【解析】（1）根据平衡常数的定义，表达式K＝。 （2）设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为1 L，列“三段式”： 化学平衡常数K＝＝0.1，解得a＝7，则反应前H2S的物质的量为7 mol。 （3）CO的平衡转化率为×100%＝20%。 2．在一定温度下的密闭容器中，充入1 mol CO和1 mol H2O发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol。 (1)该温度下的平衡常数为 。 (2)CO的转化率为 。 【答案】（1）1 （2）50% 【解析】　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 起始/mol 1　　　1 0 0 转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5 （1）K＝＝1。 （2）CO的转化率为×100%＝50%。 ◆知识点三 平衡常数的计算 1．模式——三段式 　　　　　　 　　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 初始浓度/(mol·L－1) a b 0 0 转化浓度/(mol·L－1) mx nx px qx 平衡浓度/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx 2．物质浓度的变化关系 (1)反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度； (2)反应产物：平衡浓度＝初始浓度＋转化浓度； (3)转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比。 3．化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系 (1)对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。 (2)平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与温度有关，而平衡转化率的影响因素有温度、浓度、压强等。 (3)温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。 即学即练 1． 将4 mol SO2(g)与2 mol O2(g)放入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 【答案】A 【解析】 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 初始/mol 4 2 0 转化/mol 2 1 2 平衡/mol 2 1 2 平衡时各物质的浓度：c(SO2)＝0.5 mol·L－1，c(O2)＝0.25 mol·L－1，c(SO3)＝0.5 mol·L－1，K＝＝＝4。 2．将固体NH4I置于某体积不变的密闭容器中，在某温度下发生下列反应： ①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g) ②2HI(g)H2(g)＋I2(g) 平衡时，c(HI)＝6 mol·L－1，c(H2)＝1 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　) A．36　　　 B．49 C．48 D．64 【答案】C 【解析】平衡时c(HI)＝6 mol·L－1，HI分解生成的H2的浓度为1 mol·L－1，则NH4I分解生成的HI的浓度为6 mol·L－1＋2×1 mol·L－1＝8 mol·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为8 mol·L－1，故反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝8×6＝48。 一、化学平衡常数的应用 1.判断反应可能进行的程度 K值 ＜10－5(或＜10－6) 10－5～105(或10－6～106) ＞105(或＞106) 反应程度 很难进行 反应可逆 进行较完全 2.判断反应反应方向以及是否达到平衡状态 对化学反应aA＋bBcC＋dD的任意状态有浓度商：Q＝。 3.判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 实践应用 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＝，故D错误。 2．已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应进行到某时刻测得各组分的浓度如下： 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/(mol·L－1) 0.44 0.6 0.6 下列叙述中正确的是(　　) A．该反应的平衡常数表达式为K＝ B．该时刻正、逆反应速率的大小：v正＜v逆 C．平衡时，c平(CH3OH)＝0.04 mol·L－1 D．若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，该时间内反应速率v(CH3OH)＝1.6 mol·L－1·min－1 【答案】C 【解析】该反应的平衡常数表达式为K＝，A错误；用所给浓度求得浓度商Q＝≈1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，即v正＞v逆，B错误；由表中数据可知，CH3OH初始浓度为0.44 mol·L－1＋2×0.6 mol·L－1＝1.64 mol·L－1，设平衡时CH3OCH3的浓度为x mol·L－1，则列三段式为 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) 初始浓度/(mol·L－1) 1.64 　0 0 转化浓度/(mol·L－1) 2x 　 x x 平衡浓度/(mol·L－1) 1.64－2x 　 x x K＝＝400，解得x＝0.8，故平衡时c平(CH3OH)＝1.64 mol·L－1－0.8 mol·L－1×2＝0.04 mol·L－1，C正确；v(CH3OH)＝＝0.16 mol·L－1·min－1，D错误。 二、多重平衡体系有关化学平衡常数的计算 1.多重平衡体系：一个化学反应体系中存在多个化学反应，在一定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。 2.多重平衡反应类型 （1）连续型(耦合)反应：某物质是某反应的产物，同时又是其他反应的反应物。 （2）平行型(竞争型)反应：某物质同时是多个反应的反应物。 3.多重平衡体系中有关平衡常数的计算，各组分的平衡量指的是整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量。 实践应用 1.(1)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应： PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)① 4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)② 2HI(g)H2(g)＋I2(g)③ 平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时反应①的平衡常数K为________________(用字母表示)。 (2)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为______ mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为___________________。 【答案】 (1)(b＋)b　 (2)　 【解析】(1)解法一：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，因反应达到平衡时，n(I2)＝c mol，即该反应生成n(H2)＝c mol，反应消耗n(HI)＝2c mol，则PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c) mol；在反应4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)中，生成n(H2)＝(d－c) mol，该反应消耗的n(PH3)＝(d－c) mol，在反应PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)达到平衡时，n(HI)＝b mol，n(PH3)＝(b＋2c) mol－(d－c) mol，该反应的化学平衡常数K＝b×[(b＋2c)－(d－c)]＝(b＋)×b。 解法二：设反应消耗了x mol PH4I，平衡时有y mol PH3，由H原子守恒得4x＝b＋2d＋3y，由I原子守恒得x＝b＋2c，解得y＝b＋c－d，则化学平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋c－d)×b。 (2) 解法一：假设反应Ⅱ中，CO反应了x mol，则Ⅱ生成的CH3OH为x mol，Ⅰ生成的CH3OH为(a－x) mol，Ⅲ生成的CO为(b＋x)mol，根据 反应Ⅰ：　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) 转化量/mol　a－x　　3(a－x)　　a－x　　　a－x 反应Ⅱ：　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 转化量/mol　x　　　2x　　　　x 反应Ⅲ：　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) 转化量/mol　b＋x　b＋x　　b＋x　　b＋x 所以平衡时H2O(g)的物质的量为(a－x)mol＋(b＋x)mol＝(a＋b)mol，H2O(g)的浓度为 mol· L－1；平衡时CO2的物质的量为1 mol－(a－x) mol－(b＋x) mol＝(1－a－b) mol，H2的物质的量为3 mol－3(a－x) mol－2x－(b＋x) mol＝(3－3a－b) mol，CO的物质的量为b mol，水的物质的量为(a＋b) mol，则反应Ⅲ的平衡常数为＝。 解法二：反应前，n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，反应后，n(CH3OH)＝a mol、n(CO)＝b mol，根据C原子守恒得n(CO2)＝(1－a－b) mol，根据O原子守恒得n(H2O)＝[2－2(1－a－b)－a－b] mol＝(a＋b) mol，根据H原子守恒得n(H2)＝[6－4a－2(a＋b)] mol＝(3－3a－b) mol，从而计算化学平衡常数。 2.CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示： 该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝__________(只列算式不计算)。 【答案】反应Ⅰ　 【解析】温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。 　　　　　　　　CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 转化/(mol·L－1)　　0.2　　　0.8　　　0.2　　　0.4 　　　　　　　2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) 转化/(mol·L－1)　0.4　　　1.2　　　　0.2　　　0.8 c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1 c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1 c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1 所以520 ℃时反应Ⅰ的K＝。 三、平衡转化率的分析 1．当可逆反应达到平衡后，反应物的初始浓度不变，只改变体系的温度、压强或减小生成物的量可使平衡正向移动，这时反应物的转化率一定增大。 2．反应物用量的改变对转化率的影响 (1)若反应物一侧只有一种气体，如aA(g)bB(g)＋cC(g)或C(s)＋H2O(g)CO(g)＋ H2(g)等，在恒温恒容条件时，增大A的浓度，平衡正向移动，但A的转化率变化等效为压强对平衡的影响。 气体计量数关系 A的转化率 a＝b＋c 不变 a>b＋c 增大 a<b＋c 减小 (2)若反应物不只一种物质，如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在恒温恒容条件下，若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B，平衡正向移动，但反应物(A或B)的转化率等效为压强对平衡的影响。 气体计量数关系 A(或B)的转化率 a＋b＝c＋d 不变 a＋b>c＋d 增大 a＋b<c＋d 减小 实践应用 1．反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＞0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施不能提高乙烷平衡转化率的是(　　) A．增大容器容积 B．升高反应温度 C．分离出部分氢气 D．等容下通入惰性气体 【答案】D 【解析】该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大反应容器的容积，体系的压强减小，化学平衡正向移动，能提高乙烷的平衡转化率，A项不符合题意；该反应的正反应是吸热反应，升高反应温度，化学平衡正向移动，可提高乙烷的平衡转化率，B项不符合题意；分离出部分氢气，减少了生成物浓度，平衡正向移动，可提高乙烷的平衡转化率，C项不符合题意；等容下通入惰性气体，体系的总压强增大，物质的浓度不变，因此化学平衡不移动，对乙烷的平衡转化率无影响，D项符合题意。 2．一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝＋173 kJ·mol－1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题： (1)650 ℃时CO2的平衡转化率为____________。 (2)t1℃时压强平衡常数Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡__________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是___________________________________。 【答案】(1)25%　(2)0.5p kPa　不　Qp＝Kp 【解析】(1)650 ℃时，平衡时CO2的体积分数为60%，设其物质的量为0.6 mol，则平衡时CO的物质的量为0.4 mol，起始时CO2的物质的量为0.6 mol＋×0.4 mol＝0.8 mol，故CO2的平衡转化率为×100%＝25%。(2)t1℃时，平衡时CO与CO2的体积分数相等，其平衡分压均为0.5p kPa，则此时的平衡常数为Kp＝ kPa＝0.5p kPa。 考点一 化学平衡常数的认识和表达式 【例1】某温度下密闭容器中反应H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH<0的平衡常数K的值为59，下列说法正确的是(　　) A.加压，K>59 B.降温，K<59 C.使用催化剂，K＝59 D.HI分解反应的平衡常数的表达式为 【答案】C 【解析】A.K值只与温度有关，加压K不变，故A错误；B.反应为放热反应，降温，平衡正向移动，K增大，K>59，故B错误；C.使用催化剂，平衡不移动，K不变，K＝59，故C正确；D.HI分解反应方程式为2HI(g)===H2(g)＋I2(g)，平衡常数表达式为，故D错误。 【解题要点】 书写平衡常数表达式时，固体、纯液体(如水、乙醇等)的浓度视为1，可以不写。如Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，平衡常数K＝。 (2)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，同一个化学反应，书写的方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数也不同，但这些平衡常数可以相互换算。对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即K正＝。 【变式1-1】已知下列3个热化学方程式(K为平衡常数)： ①Cu2S(s)＋O2(g)Cu2O(s)＋SO2(g)　ΔH1　K1 ②2Cu2O(s)＋Cu2S(s)6Cu(s)＋SO2(g)　ΔH2　K2 ③Cu2S(s)＋O2(g)2Cu(s)＋SO2(g)　ΔH3　K3 则ΔH3和K3的表达式分别为(　　) A.， B.， C.， D.， 【答案】C 【解析】根据盖斯定律可得反应×(2×①＋②)得到③，则ΔH3＝，由K1＝、K2＝c(SO2)，则K3＝＝＝，故选C。 考点二 化学平衡常数的应用 【例2】甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，向容积为2.0 L的恒容密闭容器中投入反应物，发生反应CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)，测得有关实验数据如下： 温度/K 530 起始物质的量/mol CH3OH(g) 0.40 NH3(g) 0.40 CH3NH2(g) 0 H2O(g) 0 平衡时物质的量/mol CH3NH2(g) 0.30 H2O(g) 530 K时，若起始时向容器中充入0.10 mol CH3OH、0.15 mol NH3、0.10 mol CH3NH2、0.10 mol H2O，则反应将向________(填“正”或“逆”)反应方向进行。 【答案】正 【解析】由表可知530 K时，K＝＝9，改变初始加入的物质的量，浓度商Q＝＝<K，反应向正反应方向进行。 【变式2-1】在一定体积的密闭容器中，进行如下反应：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： t ℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 (1)该反应化学平衡常数的表达式：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：c(CO2)×c(H2)＝c(CO)×c(H2O)，试判此时的温度为________ ℃。 【答案】(1)　(2)吸热　(3)830 【解析】化学平衡常数的大小只与温度有关，升高温度，平衡向吸热的方向移动，由表可知：升高温度，化学平衡常数增大，说明化学平衡正向移动，因此正反应方向吸热；某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：c(CO2)×c(H2)＝c(CO)×c(H2O)，说明K＝1，对应的温度是830 ℃。 考点三 化学平衡常数的计算 【例3】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)平衡时CO2的浓度为________。 (2)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________ 。 【答案】(1)0.036 mol·L－1　(2)2.5　0.002 85 【解析】对于反应 反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则＝0.02，x＝0.01。 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。 【变式3-1】肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，即v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)。37 ℃时测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如表[结合度(α)指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比]： p(O2) 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 α(MbO2%) 50.0 67.0 80.0 85.0 88.0 90.3 91.0 (1)计算37 ℃、p(O2)为2.00 kPa时，上述反应的平衡常数K＝________。 (2)导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度(α)与O2的压强[p(O2)]之间的关系式α＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。 【答案】(1)2.00 (2) 【解析】(1)37 ℃、p(O2)＝2.00 kPa时，结合度为80.0%，化学平衡常数K＝＝＝2.00；(2)由结合度的定义式可知，反应达平衡时，v正＝v逆，所以K＝＝，可求出c(MbO2)＝，代入结合度定义式α＝，可得α＝。 考点四 平衡转化率计算 【例4】反应X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH＜0，在密闭容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是(　　) A．减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变 B．增大c(X)，X的转化率减小 C．保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大 D．加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大 【答案】D 【解析】该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，A正确；增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X的转化率减小，B正确；相当于只增加Y的浓度，X的转化率增大，C正确；催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，D错误。 【变式4-1】已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表： 温度/K 压强/(×105 Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 下列说法不正确的是(　　) A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大 B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D．工业生产通常不采取加压措施，是因为常压下SO2的转化率已相当高 【答案】B 【解析】根据表格信息，压强一定时，温度越低，SO2的转化率越大，A正确；不同的温度、压强下，反应速率不确定，故转化相同的SO2所需时间无法确定，B错误；使用催化剂降低反应的活化能，增大反应速率，可以缩短达到平衡所需的时间，C正确；根据表格数据可以看出，常压下SO2的转化率已相当高，D正确。 考点五 平衡常数的综合应用 【例5】已知反应：A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数与温度的关系如下表。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol A和0.8 mol B，反应至4 s时c(C)＝0.02 mol·L－1。下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200 平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 A.1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝0.4 B．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动 C．4 s内，用A表示的该反应的平均反应速率v(A)＝0.01 mol·L－1·s－1 D．830 ℃下反应达平衡时，B的转化率为20% 【答案】D 【解析】相同温度下，反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数与A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数互为倒数，1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝＝2.5，A错误；随温度升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，B错误；由方程式可知：Δc(A)＝Δc(C)＝0.02 mol·L－1，则v(A)＝＝0.005 mol·L－1·s－1，C错误；设平衡时B的浓度为x mol·L－1，则： A(g)　＋　B(g) C(g)＋D(g) 起始/(mol·L－1)　0.1　　　　0.4　　　0　　0 转化/(mol·L－1)　　x　　　　x　　　 x　　x 平衡/(mol·L－1)　0.1－x　　0.4－x　　x　　x 则＝1.0，解得x＝0.08，故B的转化率为×100%＝20%，D正确。 【变式5-1】一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换) 密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O，700 ℃条件下开始反应，达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同 B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同 C．容器Ⅰ中CO 的物质的量比容器Ⅱ中的多 D．容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和大于1 【答案】C 【解析】对于容器Ⅰ从正反应开始到达平衡，其反应为放热反应，随着反应的进行，温度升高，反应速率加快，对于容器Ⅱ从逆反应开始到达平衡，其反应为吸热反应，随着反应的进行，温度降低，反应速率下降，故A错误；容器Ⅲ中反应物的物质的量大于容器Ⅰ，放出的热量较多，温度变化较快，平衡常数与温度相关，所以两容器中平衡常数不同，故B错误；对于容器Ⅰ，其反应为放热反应，随着反应的进行，温度升高，其反应相当于逆向进行；对于容器Ⅱ，其反应为吸热反应，随着反应的进行，温度降低，其反应相当于正向进行，达到平衡时容器Ⅰ中CO的量比容器Ⅱ中多，故C正确；恒温恒容下，容器Ⅰ与容器Ⅱ互为等效平衡，CO的转化率与CO2的转化率之和等于1，但由于绝热，容器Ⅰ中随着反应的进行，温度升高，平衡逆向移动，CO转化率减小；容器Ⅱ中随着反应的进行，温度降低，平衡正向移动，CO2的转化率降低，所以其转化率之和小于1，故D错误。 基础达标 1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是(　　) A．混合气体的总分子数不再变化 B．混合气体的颜色不再变化 C．容器的总压强不再变化 D．混合气体的总质量不再变化 【答案】D 【解析】该反应为气体分子数改变的反应，恒容条件下，该可逆反应在建立平衡的过程中会有压强的改变、气体总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明反应达到平衡了，而混合气体的总质量在任何情况下都不发生变化。 2．一定温度下，已知反应：①H2(g)＋S(s) H2S(g)　K1，②S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2，则相同温度下，反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)的平衡常数K等于(　　) A．K1＋K2　 B．K1－K2　 C．K1·K2 D． 【答案】D 【解析】由①－②可得反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)，K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。 3．1 000 K下，反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)的平衡常数K＝8.28×107 (mol·L－1)－1。当各气体的物质的量浓度分别为H2：0.7 mol·L－1，CH4：0.2 mol·L－1时，上述反应(　　) A．正向进行 B．逆向进行 C．达到平衡 D．无法确定 【答案】A 【解析】Q＝≈0.41(mol·L－1)－1＜K，故反应正向进行，A项正确。 4．将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生反应：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% 【答案】D 【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物质的系数成正比，初始量和平衡量与化学方程式中各物质的系数无关。生成C、D的物质的量相等，C、D的系数也相等，n＝2，设转化的B的物质的量为x，则有 　　　 　3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g) 初始/mol　　6　 　 5　　 　0　　　0 转化/mol 3x x 2x 2x 平衡/mol 6－3 x 5－x 2x 2x 根据题意得2x＝2 mol，x＝1 mol 平衡时B的浓度c平(B)＝＝1 mol·L－1，转化率α(B)＝×100%＝20%。 K＝＝。 5.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均扩大了1倍 B.写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了1倍，K保持不变 C.写成cCaA＋bB，ΔH值、K变为原来的相反数 D.写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K变为原来的倒数 【答案】D 【解析】化学方程式系数扩大两倍，K变为K2，A错误；化学方程式系数扩大两倍，K变为K2，B错误；化学方程式中反应物和生成物互换，K变为原来的倒数，C错误；化学方程式中反应物和生成物互换，ΔH值变为原来的相反数，K变为原来的倒数，D正确。 6.在CuCl2溶液中存在平衡：[Cu(H2O)4]2＋(蓝色)＋4Cl－[CuCl4]2－(黄色)＋4H2O　ΔH>0，下列说法正确的是(　　) A.该反应的反应类型为氧化还原反应 B.该反应的平衡常数表达式为 C.仅增大[Cu(H2O)4]2＋的浓度，反应达到平衡后，该反应的平衡常数增大 D.适当升高温度，该反应的平衡常数增大 【答案】D 【解析】该反应所有元素的化合价都没有变化，不属于氧化还原反应，A错误；该反应的平衡常数表达式为，B错误；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，C错误；该反应为吸热反应，适当升高温度，平衡正向移动，反应的平衡常数将增大，D正确。 7．在773 K时，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是(　　) A．60% B．50% C．75% D．25% 【答案】C 【解析】设达到平衡时CO转化的浓度为x mol·L－1，则平衡时c(CO)＝c(H2O)＝(0.020－x)mol·L－1，c(CO2)＝c(H2)＝x mol·L－1。K＝＝＝9，解得x＝0.015，则CO的转化率为×100%＝75%。 8．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol，则t ℃时反应①的平衡常数为(　　) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 【答案】B 【解析】设平衡时N2O5的浓度减小x，则 　　　　　　　N2O5N2O3＋O2，N2O3N2O＋O2 起始/(mol·L－1)　4　　　0　　　0　　x　　　　　　x 转化/(mol·L－1)　x　　　x　　　x 平衡/(mol·L－1)　4－x　　x　　　x　　1.7　　　　　4.5 所以4.5－x＝x－1.7，所以x＝3.1，则t ℃时反应①的平衡常数为＝8.5。 9．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示： t/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是(　　) A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) B．温度越高，反应进行的程度越小 C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 mol，则该反应达到平衡状态 D．若平衡浓度符合下列关系式：＝，则此时的温度为1 000 ℃ 【答案】C 【解析】平衡常数的表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确；利用化学方程式确定各种物质的物质的量，代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡，C项不正确；将所给关系式进行变形，可知该条件下平衡常数为0.60，D项正确。 10．已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下： ①2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1＜0　K1　②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(慢)　ΔH2＜0　K2 下列说法正确的是(　　) A．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2 B．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝ C．反应①的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率 D．反应过程中的能量变化如图所示 【答案】A 【解析】根据盖斯定律，将反应①＋②可得2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2，平衡常数K＝K1·K2，A项正确、B项错误；反应①为快反应，反应②为慢反应，则反应②的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率，C项错误；反应①②都为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，图示反应①的反应物总能量小于生成物总能量，D项错误。 综合应用 11．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表： t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10 下列说法正确的是(　　) A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝3.0×10－3 mol·L－1·min－1 B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v逆＞v正 C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44 D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大 【答案】C　 【解析】利用反应方程式可知v(Z)＝2v(Y)＝2×＝4.0×10－3 mol·L－1·min－1，A错误；正反应放热，降温平衡正向移动，v正＞v逆，B项错误；依据化学平衡三段式列式： 　　　　　　　　　　X(g)＋Y(g)　2Z(g)　 初始浓度/(mol·L－1) 0.016 0.016 0 转化浓度/(mol·L－1) 0.006 0.006 0.012 平衡浓度/(mol·L－1) 0.010 0.010 0.012 K＝＝＝1.44，C项正确；因反应前后气体总物质的量不变，故再充入0.2 mol Z，重新达到的新平衡与原平衡相同，平衡时X的体积分数不变，D项错误。 12．在恒温条件下，向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生两个反应： ①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)　ΔH1<0　K1　②2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)　ΔH2<0　K2　10 min时反应达到平衡测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用NOCl(g)表示的平均反应速率v(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法不正确的是(　　) A．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为 B．平衡后c＝2.5×10－2 mol·L－1 C．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大 D．平衡时NO2的转化率为50% 【答案】C 【解析】4NO2＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)可由反应①×2－②得到，根据平衡常数计算规律可得此反应平衡常数为，A项正确；10 min时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%，则平衡时混合气体总物质的量为(0.2＋0.2＋0.1) mol×(1－20%)＝0.4 mol,10 min内用NOCl(g)表示的平均反应速率v(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1，则平衡时n(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1×10 min×2 L＝0.15 mol，设达到平衡时反应①中消耗的NO2为x mol，反应②中消耗的Cl2为y mol，根据方程式①和②可得，反应①中生成的NOCl(g)为0.5x mol，反应②中消耗的NO(g)为2y mol，消耗的Cl2(g)为y mol，生成的NOCl(g)为2y mol。根据已知信息可列方程 解得x＝0.1 mol，y＝0.05 mol， 故平衡后c(Cl2)＝＝2.5×10－2 mol·L－1，B项正确；平衡常数只受温度影响，其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡常数K2不变，C项错误；平衡时NO2转化0.1 mol，故转化率为50%，D项正确。 13．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(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1 600 C．反应前后压强之比为2∶3 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 【答案】C 【解析】X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05 mol·L－1、0.15 mol·L－1、0.1 mol·L－1，且X、Y的浓度减小，Z的浓度增大，所以该反应的化学方程式为X(g)＋3Y(g)2Z(g)。X的转化率为×100%＝50%；平衡常数K＝＝1 600；平衡常数受温度的影响；反应前后压强之比为3∶2。 14．一定温度下，向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196 kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的，下列说法错误的是(　　) A．当容器内气体的压强不变时说明该反应达到化学平衡状态 B．SO2的转化率为90% C．达到平衡时反应放出的热量为196 kJ D．此温度下该反应的平衡常数K＝20 250 【答案】C 【解析】该反应是一个恒容条件下的化学反应，反应前后气体物质的量不相等，故压强不变，说明气体总物质的量不变，反应达到了化学平衡状态，A项正确；设反应的SO2的物质的量为2x mol，列三段式： 　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 起始/mol　　0.4　　　0.2　　　0 转化/mol　　2x　　　　x　　　2x 平衡/mol　　0.4－2x　0.2－x　　2x 则＝，解得x＝0.18，所以SO2的转化率为90%，B项正确；参与反应的SO2为0.36 mol，根据热化学方程式可求得放出的热量为35.28 kJ，C项错误；此温度下，该反应的平衡常数K＝20 250，D项正确。 15．在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＞Ⅱ B．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C C．O～t2时，v正＞v逆 D．Ⅰ、Ⅱ 两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ) 【答案】B 【解析】反应速率与其物质的量浓度成正比，Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等，说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变，则A的体积分数为Ⅰ＝Ⅱ，故A错误；向密闭容器中加物质C，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，说明和原平衡相同，符合图像，故B正确；由题中图示可知，O～t1时，逆反应速率增大，说明平衡正向移动，即v正＞v逆，t1～t2时，逆反应速率不变，说明处于平衡状态，即v正＝v逆，故C错误；化学平衡常数只与温度有关，Ⅰ、Ⅱ温度相同其平衡常数相同，故D错误。 16．向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)　ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．ΔH>0 B．气体的总物质的量：na<nc C．a点平衡常数：K<12 D．反应速率：va正<vb正 【答案】B 【解析】甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程pV＝nRT可知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A错误；上述反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明此时甲容器中气体的总物质的量小于乙容器中气体的总物质的量，即na＜nc，故B正确；a点为平衡点，此时容器的总压为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比，所以可设Y转化的物质的量浓度为x mol·L－1，则列出三段式如下： 2X(g)＋Y(g)Z(g) c0　　2　　　1　　　0 Δc　2x　　　x　　　x c平　2－2x　1－x　　x 则有＝，解得x＝0.75，化学平衡常数K＝＝＝12，又甲容器为绝热条件，与恒温条件下比较，平衡时压强应小于p，体系中气体总物质的量应小于1.5 mol，即平衡常数K>12，故C错误；根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即va正＞vb正，故D错误。 17．温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中按如表三种投料进行反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0。结果如表，实验测得：v正＝k正c2(SO3)，v逆＝k逆c2(SO2)·c(O2)，k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是(　　) 容器编号 物质的起始浓度/ (mol·L－1) 物质的平衡浓度/ (mol·L－1) c(SO3) c(SO2) c(O2) c(SO2) Ⅰ 0.3 0 0 0.2 Ⅱ 0.1 0.3 0.2 Ⅲ 0.3 0 0.1 A.温度为T1时，该反应的平衡常数为0.2 B．容器Ⅱ中起始时，v逆＞v正 C．达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50% D．容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1＞T2 【答案】B 【解析】由第一组数据可知平衡时c(SO2)＝0.2 mol·L－1，c(O2)＝0.1 mol·L－1，c(SO3)＝0.1 mol·L－1，温度为T1时，该反应的平衡常数为K＝＝0.4，故A错误；容器Ⅱ中Q＝＝1.8＞0.4，平衡逆向移动，起始时，v逆＞v正，故B正确；容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ平衡的基础上充入0.1 mol的氧气，平衡逆向移动，容器Ⅰ达平衡时，SO2的体积分数等于50%，达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数小于50%，故C错误；因为K＝ ，容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，K＝＝1>0.4,2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，温度升高，平衡正向移动，平衡常数增大，则T1＜T2，故D错误。 18．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应，反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示；维持温度不变，反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。 下列说法错误的是(　　) A．图1中的A、B、C三点中只有C点达平衡状态 B．图2中E点的v逆小于F点的v正 C．图2中平衡常数K(E)＝K(G)，则NO2的平衡浓度c(E)＝c(G) D．在恒温恒容下，向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2，与原平衡相比，NO2的平衡转化率减小 【答案】C 【解析】由反应2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)可知，NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能达到平衡状态，只有C点满足，故A正确；由图2知，E点反应未达到平衡，F点反应达到平衡，且压强E＜F，则E点的v逆小于F点的v正，故B正确；由题中信息可知，维持温度不变，即E、G两点温度相同，平衡常数K(E)＝K(G)，混合气体中气体压强与浓度有关，压强越大，体积越小，浓度越大，所以G点压强大，浓度大，即c(E)＜c(G)，故C错误；在恒温恒容条件下，向G点平衡体系中充入一定量的NO2，NO2的平衡转化率减小，故D正确。 拓展培优 19．某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应)　ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反应)　ΔH＜0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示： (1)图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。 (2)已知N2O5分解的反应速率v＝0.12p(N2O5)(kPa·h－1)，t＝10 h时，p(N2O5)＝________ kPa，v＝________ kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。 (3)该温度下2NO2(g)N2O4(g)反应的平衡常数Kp＝________ kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。 【答案】(1)乙　(2)28.2　3.38　(3)0.05 【解析】(1)根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强变化曲线。(2)t＝10 h时，p(O2)＝12.8 kPa，由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时p(N2O5)＝(53.8－25.6) kPa＝28.2 kPa，N2O5分解的反应速率v＝0.12p(N2O5)(kPa·h－1)＝0.12×28.2 kPa·h－1≈3.38 kPa·h－1。 (3)　　　　2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) 分压/kPa　　53.8　　　107.6　　26.9 设反应生成的N2O4的分压为x，则可列三段式如下： 2NO2(g)N2O4(g) 起始分压/kPa　107.6　　　　 0 改变分压/kPa　　2x　　　　　x 平衡分压/kPa　107.6－2x　　　x 由107.6－2x＋x＋26.9＝94.7，解x＝39.8 kPa，Kp＝ kPa－1≈0.05 kPa－1。 20．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在某温度下达到平衡时，各物质的浓度是c(N2)＝ 3 mol·L－1，c(H2)＝9 mol·L－1，c(NH3)＝4 mol·L－1，则 (1)该温度时的平衡常数为____________________；起始浓度c(N2)＝_____________。 (2)H2的转化率为________。 【答案】(1)7.3×10－3　5 mol·L－1　(2)40% 【解析】(1)K＝＝≈7.3×10－3，设起始时N2、H2的浓度分别为x mol·L－1、y mol·L－1， 　　　　　　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始/(mol·L－1)　　x　　　y　　　　　0 平衡/(mol·L－1)　　3　　　9　　　　　4 Δc/(mol·L－1)　　x－3　　y－9　　　　4 ＝，则x＝5；＝，则y＝15。 (2)H2的转化率为×100%＝40%。 21．反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol· L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为______________。 (2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的平衡浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3) ＝__________ mol·L－1，c(SO2)＝________________ mol·L－1。 ②SO2的转化率为______________， NO2的转化率为____________。 【答案】(1)1　(2)①1.2　1.8　②40%　60% 【解析】(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1， SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) 起始/(mol·L－1)　2　　　2　　　　　0　　　0 平衡/(mol·L－1)　x　　　x　　　　　2－x　2－x 由题意可知×100%＝50%，x＝1，K＝＝1。 (2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1， SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) 起始/(mol·L－1)　3　　　　2　　　0　　　　0 平衡/(mol·L－1)　3－y　　2－y　　y　　　　y 因为温度不变，平衡常数不变，则＝1，解得y＝1.2。 ①平衡浓度：c(SO3)＝1.2 mol·L－1，c(SO2)＝3 mol·L－1－1.2 mol·L－1＝1.8 mol·L－1。 ②α(SO2)＝×100%＝40%；α(NO2)＝×100%＝60%。 22．在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度下进行如下反应：A(g)B(g)＋C(g)　ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1。反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表： 时间t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强p/(×100 kPa) 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题： (1)一定处于平衡状态的时间段是__________，由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率的表达式为______________________，计算平衡时A的转化率为________(保留1位小数，下同)，反应的平衡常数K＝________。 (2)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n总＝__________mol，n(A)＝____________mol。 ②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算： 反应时间t/h 0 4 8 16 c(A)/(mol·L－1) 0.10 a 0.026 0.006 5 a＝________。 分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是___________________________，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为________ mol·L－1。 【答案】(1) 25～30 h　(－1)×100%　94.1%　1.5　(2)①0.10×　0.10×(2－)　②0.051　达到平衡前每间隔4 h，c(A)约减少一半　0.013 【解析】(1)25～30 h一定处于平衡状态，在温度、容积一定的条件下，气体的压强之比等于其物质的量(物质的量浓度)之比。则α(A)＝×100%＝×100%＝×100%＝(－1)×100%。p0＝4.91×100 kPa，平衡时，p＝9.53×100 kPa， 则α(A)＝(－1)×100%≈94.1%。 　　　　　 A(g)　　B(g)　　＋　　C(g) 起始/mol　 0.10　　　　 　0　　　　　　　0 平衡/mol　　0.10×94.1%　　0.10×94.1% K＝≈1.5。 (2)①恒温恒容下，＝，则n总＝n0，n0＝0.10 mol，故n总＝0.10× mol。 　　　　A(g)　　B(g)　　＋　　C(g) 起始　　0.10 mol　　0　　　　　　　0 某时刻　n(A)　　0.10 mol－n(A)　0.10 mol－n(A) n总＝0.20 mol－n(A)，则n(A)＝0.20 mol－n总＝0.20 mol－0.10× mol＝0.10×(2－) mol。 ②由表中数据可知，4 h时，p＝7.31×100 kPa，则4 h时n(A)＝0.10×(2－) mol＝0.10×(2－) mol≈0.051 mol，故c(A)＝0.051 mol·L－1，即a＝0.051。由表中反应物A的浓度与时间间隔(Δt)之间的关系可知，达到平衡前每间隔4 h，c(A)约减少一半。8 h时，c(A)＝0.026 mol·L－1，再经过4 h，即12 h时，反应物的浓度c(A)为8 h时浓度的一半，即为0.013 mol·L－1。 23.回答下列与环境有关的问题： (1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器，可发生下列反应： 2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，在不同温度(T)下发生上述反应时，c(CO)随时间(t)的变化曲线如图所示： ①温度为T1时，平衡常数K＝________(填计算结果的数值) ②温度为T2时，反应达到平衡时NO的转化率为________。 (2)某小组往一恒温恒压容器中充入9 mol N2和23 mol H2模拟合成氨的反应，下图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图。若体系在T2、60 MPa下达到平衡。 ①此时H2的平衡分压为________ MPa。(分压＝总压×物质的量分数) ②列式计算此时的平衡常数Kp＝________。(用平衡分压代替平衡浓度计算，保留2位有效数字) 【答案】(1)①80　②95%　(2)①15　②0.043 【解析】(1)①由图知：温度为T1时， 则平衡常数K＝＝＝80；②温度为T2时，反应达到平衡时NO的转化率α＝×100%＝×100%＝95%。 (2)① 相同条件下气体的体积之比等于其物质的量之比，则氨气的物质的量分数＝＝60%，x＝6 mol，则平衡时氮气、氢气、氨气物质的量分别为3 mol、5 mol、12 mol，气体总物质的量＝(3＋5＋12) mol＝20 mol，此时H2的平衡分压为＝×60 MPa＝15 MPa。②氮气分压＝×60 MPa＝9 MPa，氨气分压＝×60 MPa＝36 MPa，此时的平衡常数Kp＝＝＝0.043 (MPa)－2。 24.反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为________。 (2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3)＝________ mol·L－1，c(SO2)＝________ mol·L－1。 ②SO2转化率为________，NO2转化率为________。 【答案】(1)1　(2)①1.2　1.8　②40%　60% 【解析】(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1 由题意可知×100%＝50%，x＝1，K＝＝1。 (2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1 因为温度不变，平衡常数不变，K＝1 则＝1，y＝1.2 ①平衡浓度：c(SO3)＝1.2 mol·L－1，c(SO2)＝3 mol·L－1－1.2 mol·L－1＝1.8 mol·L－1。 ②SO2的转化率α(SO2)＝×100%＝40%； NO2的转化率α(NO2)＝×100%＝60%。 25.CO2可通过催化加氢合成乙醇，其反应为2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。设m为起始时的投料比，即m＝。通过实验得到如图所示图像。 上图是表示在m＝3，起始压强为8 MPa的恒容条件下，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系，T4温度时，该反应的压强平衡常数Kp＝________ MPa－4(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 【答案】 【解析】设起始n(H2)＝3 mol，则n(CO2)＝1 mol，经过分析可知T4温度时有n(H2)＝n(H2O)，设CO2转化了2x mol，则三段式如下： 有3－6x＝3x，则x＝可得n末＝4－4x＝ mol，＝，可得p末＝ MPa各物质分压p(CO2)＝ MPa，p(H2)＝2 MPa，p(C2H5OH)＝ MPa，p(H2O)＝2 MPa 代入可得Kp＝＝ MPa－4。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第2节 化学反应的限度 第1课时 化学平衡常数与平衡转化率 教学目标 1.通过“H2(g)＋I2(g)2HI(g)”体会化学平衡常数模型构建过程，能书写化学平衡常数表达式；能进行平衡常数、转化率的简单计算。 2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动的方向。 重点和难点 重点：平衡常数与转化率的理解。 难点：平衡常数与转化率的简单计算。 ◆知识点一 化学平衡常数 1．平衡常数表达式 以化学反应aA＋bBcC＋dD为例：平衡常数K＝，单位：(mol·L－1)(c＋d)－(a＋b)。 【特别提醒】纯固体或纯液体不列入平衡常数表达式中。 2．意义：对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越 。 3．影响因素 (1)内因：反应物的本身 。 (2)外因：反应体系的 。 【特别提醒】 (1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一个化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。 (2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 (3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则： 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＝。 (4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。 即学即练 1．对于下列反应，其反应过程的能量变化如图所示： 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g)B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g)D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3 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 2．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3(g)2N2(g)＋6H2(g)的反应热和化学平衡常数为(　　) A．2ΔH和2K B．－2ΔH和K2 C．2ΔH和－2K D．－2ΔH和 ◆知识点二 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%＝×100%＝×100%。 2．规律 (1)同一反应的不同反应物，其 可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物 相同。 (2)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的物质的量，可以 其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会 。 【特别提醒】若求某一时刻的转化率，只要把平衡时的反应物物质的量改为某一时刻的反应物物质的量即可。 即学即练 1．羰基硫(COS)是具有臭鸡蛋气味的气体，在工业生产中常用作粮食熏蒸剂，能够防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。羰基硫可由一氧化碳与硫化氢在一定温度、常压下催化反应制得。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1，反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为 8 mol。 （1）该反应的平衡常数表达式K＝ 。 （2）反应前H2S的物质的量 mol。 （3）CO的平衡转化率为 %。 2．在一定温度下的密闭容器中，充入1 mol CO和1 mol H2O发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得n(H2)为0.5 mol。 (1)该温度下的平衡常数为 。 (2)CO的转化率为 。 ◆知识点三 平衡常数的计算 1．模式——三段式 　　　　　　 　　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 初始浓度/(mol·L－1) a b 0 0 转化浓度/(mol·L－1) mx nx px qx 平衡浓度/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx 2．物质浓度的变化关系 (1)反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度； (2)反应产物：平衡浓度＝初始浓度＋转化浓度； (3)转化浓度之比等于化学方程式中 之比。 3．化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系 (1)对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。 (2)平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与 有关，而平衡转化率的影响因素有 、 、 等。 (3)温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。 即学即练 1． 将4 mol SO2(g)与2 mol O2(g)放入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 2．将固体NH4I置于某体积不变的密闭容器中，在某温度下发生下列反应： ①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g) ②2HI(g)H2(g)＋I2(g) 平衡时，c(HI)＝6 mol·L－1，c(H2)＝1 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　) A．36　　　 B．49 C．48 D．64 一、化学平衡常数的应用 1.判断反应可能进行的程度 K值 ＜10－5(或＜10－6) 10－5～105(或10－6～106) ＞105(或＞106) 反应程度 很难进行 反应可逆 进行较完全 2.判断反应反应方向以及是否达到平衡状态 对化学反应aA＋bBcC＋dD的任意状态有浓度商：Q＝。 3.判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 实践应用 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＝ 2．已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应进行到某时刻测得各组分的浓度如下： 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/(mol·L－1) 0.44 0.6 0.6 下列叙述中正确的是(　　) A．该反应的平衡常数表达式为K＝ B．该时刻正、逆反应速率的大小：v正＜v逆 C．平衡时，c平(CH3OH)＝0.04 mol·L－1 D．若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，该时间内反应速率v(CH3OH)＝1.6 mol·L－1·min－1 二、多重平衡体系有关化学平衡常数的计算 1.多重平衡体系：一个化学反应体系中存在多个化学反应，在一定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。 2.多重平衡反应类型 （1）连续型(耦合)反应：某物质是某反应的产物，同时又是其他反应的反应物。 （2）平行型(竞争型)反应：某物质同时是多个反应的反应物。 3.多重平衡体系中有关平衡常数的计算，各组分的平衡量指的是整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量。 实践应用 1.(1)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应： PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)① 4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)② 2HI(g)H2(g)＋I2(g)③ 平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时反应①的平衡常数K为________________(用字母表示)。 (2)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为______ mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为___________________。 2.CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示： 该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝__________(只列算式不计算)。 三、平衡转化率的分析 1．当可逆反应达到平衡后，反应物的初始浓度不变，只改变体系的温度、压强或减小生成物的量可使平衡正向移动，这时反应物的转化率一定增大。 2．反应物用量的改变对转化率的影响 (1)若反应物一侧只有一种气体，如aA(g)bB(g)＋cC(g)或C(s)＋H2O(g)CO(g)＋ H2(g)等，在恒温恒容条件时，增大A的浓度，平衡正向移动，但A的转化率变化等效为压强对平衡的影响。 气体计量数关系 A的转化率 a＝b＋c 不变 a>b＋c 增大 a<b＋c 减小 (2)若反应物不只一种物质，如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在恒温恒容条件下，若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B，平衡正向移动，但反应物(A或B)的转化率等效为压强对平衡的影响。 气体计量数关系 A(或B)的转化率 a＋b＝c＋d 不变 a＋b>c＋d 增大 a＋b<c＋d 减小 实践应用 1．反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＞0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施不能提高乙烷平衡转化率的是(　　) A．增大容器容积 B．升高反应温度 C．分离出部分氢气 D．等容下通入惰性气体 2．一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝＋173 kJ·mol－1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题： (1)650 ℃时CO2的平衡转化率为____________。 (2)t1℃时压强平衡常数Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡__________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是___________________________________。 考点一 化学平衡常数的认识和表达式 【例1】某温度下密闭容器中反应H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH<0的平衡常数K的值为59，下列说法正确的是(　　) A.加压，K>59 B.降温，K<59 C.使用催化剂，K＝59 D.HI分解反应的平衡常数的表达式为 【解题要点】 书写平衡常数表达式时，固体、纯液体(如水、乙醇等)的浓度视为1，可以不写。如Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，平衡常数K＝。 (2)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，同一个化学反应，书写的方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数也不同，但这些平衡常数可以相互换算。对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即K正＝。 【变式1-1】已知下列3个热化学方程式(K为平衡常数)： ①Cu2S(s)＋O2(g)Cu2O(s)＋SO2(g)　ΔH1　K1 ②2Cu2O(s)＋Cu2S(s)6Cu(s)＋SO2(g)　ΔH2　K2 ③Cu2S(s)＋O2(g)2Cu(s)＋SO2(g)　ΔH3　K3 则ΔH3和K3的表达式分别为(　　) A.， B.， C.， D.， 考点二 化学平衡常数的应用 【例2】甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，向容积为2.0 L的恒容密闭容器中投入反应物，发生反应CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)，测得有关实验数据如下： 温度/K 530 起始物质的量/mol CH3OH(g) 0.40 NH3(g) 0.40 CH3NH2(g) 0 H2O(g) 0 平衡时物质的量/mol CH3NH2(g) 0.30 H2O(g) 530 K时，若起始时向容器中充入0.10 mol CH3OH、0.15 mol NH3、0.10 mol CH3NH2、0.10 mol H2O，则反应将向________(填“正”或“逆”)反应方向进行。 【变式2-1】在一定体积的密闭容器中，进行如下反应：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： t ℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 (1)该反应化学平衡常数的表达式：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：c(CO2)×c(H2)＝c(CO)×c(H2O)，试判此时的温度为________ ℃。 考点三 化学平衡常数的计算 【例3】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)平衡时CO2的浓度为________。 (2)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________ 。 【变式3-1】肌肉中的肌红蛋白(Mb)可与O2结合生成MbO2：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，即v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)。37 ℃时测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如表[结合度(α)指已与O2结合的肌红蛋白占总肌红蛋白的百分比]： p(O2) 0.50 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 α(MbO2%) 50.0 67.0 80.0 85.0 88.0 90.3 91.0 (1)计算37 ℃、p(O2)为2.00 kPa时，上述反应的平衡常数K＝________。 (2)导出平衡时肌红蛋白与O2的结合度(α)与O2的压强[p(O2)]之间的关系式α＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。 考点四 平衡转化率计算 【例4】反应X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH＜0，在密闭容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是(　　) A．减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变 B．增大c(X)，X的转化率减小 C．保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大 D．加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大 【变式4-1】已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表： 温度/K 压强/(×105 Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 下列说法不正确的是(　　) A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大 B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D．工业生产通常不采取加压措施，是因为常压下SO2的转化率已相当高 考点五 平衡常数的综合应用 【例5】已知反应：A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数与温度的关系如下表。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol A和0.8 mol B，反应至4 s时c(C)＝0.02 mol·L－1。下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200 平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 A.1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数K＝0.4 B．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动 C．4 s内，用A表示的该反应的平均反应速率v(A)＝0.01 mol·L－1·s－1 D．830 ℃下反应达平衡时，B的转化率为20% 【变式5-1】一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换) 密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O，700 ℃条件下开始反应，达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同 B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同 C．容器Ⅰ中CO 的物质的量比容器Ⅱ中的多 D．容器Ⅰ中CO 的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和大于1 基础达标 1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是(　　) A．混合气体的总分子数不再变化 B．混合气体的颜色不再变化 C．容器的总压强不再变化 D．混合气体的总质量不再变化 2．一定温度下，已知反应：①H2(g)＋S(s) H2S(g)　K1，②S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2，则相同温度下，反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)的平衡常数K等于(　　) A．K1＋K2　 B．K1－K2　 C．K1·K2 D． 3．1 000 K下，反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)的平衡常数K＝8.28×107 (mol·L－1)－1。当各气体的物质的量浓度分别为H2：0.7 mol·L－1，CH4：0.2 mol·L－1时，上述反应(　　) A．正向进行 B．逆向进行 C．达到平衡 D．无法确定 4．将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生反应：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% 5.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均扩大了1倍 B.写成2aA＋2bB2cC，ΔH值扩大了1倍，K保持不变 C.写成cCaA＋bB，ΔH值、K变为原来的相反数 D.写成cCaA＋bB，ΔH值变为原来的相反数，K变为原来的倒数 6.在CuCl2溶液中存在平衡：[Cu(H2O)4]2＋(蓝色)＋4Cl－[CuCl4]2－(黄色)＋4H2O　ΔH>0，下列说法正确的是(　　) A.该反应的反应类型为氧化还原反应 B.该反应的平衡常数表达式为 C.仅增大[Cu(H2O)4]2＋的浓度，反应达到平衡后，该反应的平衡常数增大 D.适当升高温度，该反应的平衡常数增大 7．在773 K时，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是(　　) A．60% B．50% C．75% D．25% 8．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol，则t ℃时反应①的平衡常数为(　　) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 9．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示： t/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是(　　) A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) B．温度越高，反应进行的程度越小 C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为0.4 mol，则该反应达到平衡状态 D．若平衡浓度符合下列关系式：＝，则此时的温度为1 000 ℃ 10．已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下： ①2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1＜0　K1　②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(慢)　ΔH2＜0　K2 下列说法正确的是(　　) A．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝ΔH1＋ΔH2 B．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常数K＝ C．反应①的速率大小决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率 D．反应过程中的能量变化如图所示 综合应用 11．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表： t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10 下列说法正确的是(　　) A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝3.0×10－3 mol·L－1·min－1 B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v逆＞v正 C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44 D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大 12．在恒温条件下，向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，发生两个反应： ①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)　ΔH1<0　K1　②2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)　ΔH2<0　K2　10 min时反应达到平衡测得容器内体系的压强减少20%,10 min内用NOCl(g)表示的平均反应速率v(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列说法不正确的是(　　) A．反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数为 B．平衡后c＝2.5×10－2 mol·L－1 C．其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大 D．平衡时NO2的转化率为50% 13．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(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1 600 C．反应前后压强之比为2∶3 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 14．一定温度下，向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196 kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的，下列说法错误的是(　　) A．当容器内气体的压强不变时说明该反应达到化学平衡状态 B．SO2的转化率为90% C．达到平衡时反应放出的热量为196 kJ D．此温度下该反应的平衡常数K＝20 250 15．在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，t1时达到平衡后，在t2时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＞Ⅱ B．t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C C．O～t2时，v正＞v逆 D．Ⅰ、Ⅱ 两过程达到平衡时，平衡常数：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ) 16．向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)　ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．ΔH>0 B．气体的总物质的量：na<nc C．a点平衡常数：K<12 D．反应速率：va正<vb正 17．温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中按如表三种投料进行反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0。结果如表，实验测得：v正＝k正c2(SO3)，v逆＝k逆c2(SO2)·c(O2)，k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是(　　) 容器编号 物质的起始浓度/ (mol·L－1) 物质的平衡浓度/ (mol·L－1) c(SO3) c(SO2) c(O2) c(SO2) Ⅰ 0.3 0 0 0.2 Ⅱ 0.1 0.3 0.2 Ⅲ 0.3 0 0.1 A.温度为T1时，该反应的平衡常数为0.2 B．容器Ⅱ中起始时，v逆＞v正 C．达平衡时，容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50% D．容器Ⅰ中达平衡后，温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T1＞T2 18．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应，反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示；维持温度不变，反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。 下列说法错误的是(　　) A．图1中的A、B、C三点中只有C点达平衡状态 B．图2中E点的v逆小于F点的v正 C．图2中平衡常数K(E)＝K(G)，则NO2的平衡浓度c(E)＝c(G) D．在恒温恒容下，向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2，与原平衡相比，NO2的平衡转化率减小 拓展培优 19．某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应)　ΔH＜0,2NO2(g)N2O4(g)(快反应)　ΔH＜0，体系的总压强p总和p(O2)随时间的变化如图所示： (1)图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。 (2)已知N2O5分解的反应速率v＝0.12p(N2O5)(kPa·h－1)，t＝10 h时，p(N2O5)＝________ kPa，v＝________ kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。 (3)该温度下2NO2(g)N2O4(g)反应的平衡常数Kp＝________ kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。 20．合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在某温度下达到平衡时，各物质的浓度是c(N2)＝ 3 mol·L－1，c(H2)＝9 mol·L－1，c(NH3)＝4 mol·L－1，则 (1)该温度时的平衡常数为____________________；起始浓度c(N2)＝_____________。 (2)H2的转化率为________。 21．反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol· L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为______________。 (2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的平衡浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3) ＝__________ mol·L－1，c(SO2)＝________________ mol·L－1。 ②SO2的转化率为______________， NO2的转化率为____________。 22．在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度下进行如下反应：A(g)B(g)＋C(g)　ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1。反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表： 时间t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强p/(×100 kPa) 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题： (1)一定处于平衡状态的时间段是__________，由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率的表达式为______________________，计算平衡时A的转化率为________(保留1位小数，下同)，反应的平衡常数K＝________。 (2)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n总＝__________mol，n(A)＝____________mol。 ②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算： 反应时间t/h 0 4 8 16 c(A)/(mol·L－1) 0.10 a 0.026 0.006 5 a＝________。 分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是___________________________，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为________ mol·L－1。 23.回答下列与环境有关的问题： (1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器，可发生下列反应： 2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，在不同温度(T)下发生上述反应时，c(CO)随时间(t)的变化曲线如图所示： ①温度为T1时，平衡常数K＝________(填计算结果的数值) ②温度为T2时，反应达到平衡时NO的转化率为________。 (2)某小组往一恒温恒压容器中充入9 mol N2和23 mol H2模拟合成氨的反应，下图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图。若体系在T2、60 MPa下达到平衡。 ①此时H2的平衡分压为________ MPa。(分压＝总压×物质的量分数) ②列式计算此时的平衡常数Kp＝________。(用平衡分压代替平衡浓度计算，保留2位有效数字) 24.反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为________。 (2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3)＝________ mol·L－1，c(SO2)＝________ mol·L－1。 ②SO2转化率为________，NO2转化率为________。 25.CO2可通过催化加氢合成乙醇，其反应为2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。设m为起始时的投料比，即m＝。通过实验得到如图所示图像。 上图是表示在m＝3，起始压强为8 MPa的恒容条件下，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系，T4温度时，该反应的压强平衡常数Kp＝________ MPa－4(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$