1、1第七章 化学反应速率和化学平衡李仕才第 三 节 化 学 平 衡 常 数 、 化 学 反 应 进 行 的 方 向 考点一 化学平衡常数及应用1概念在一定温度下，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，用符号 K 表示。2表达式对于反应 mA(g)nB(g)pC(g) qD(g)，K (固体和纯液体的浓cp C cq Dcm A cn B度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。例如：23.意义化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度。(1)K 越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大。一般来说，反应的平衡常数 K10 5认为正反应进行得较完全。(2
2、)K 越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。一般来说，K10 5 认为这个反应的正反应很难进行。(3)K 值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，而不能预示反应达到平衡所需要的时间。4影响因素一个可逆反应的 K 仅受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。5应用(1)化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。一个反应的 K 值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应 aA(g)bB(g)cC(
3、g) dD(g)的任意状态，浓度商：Q c。cc C cd Dca A cb BQcK，反应向逆反应方向进行。(3)利用 K 可判断反应的热效应：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。(4)计算转化率：利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时，平衡常数不变列方程求解。判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)1C(s)H 2O(g)CO(g) H 2(g)的平衡常数表达式为 K 。( )c CO c H2c C c H2O2对于 N2(g)3H 2(g)2NH 3(g)达到平衡，在温度不变、容积不变的密闭容器中充入 N2，化学平衡常数不变
4、。( )3平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻的浓度。( )34化学平衡移动，化学平衡常数一定改变。( )5对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。( )6反应 A(g)3B(g)2C(g) 达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数 K 值增大。( )7化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。( )8其他条件不变，使用不同催化剂，反应的平衡常数不变。( )CO2(g)H 2(g) CO(g)H 2O(l)1不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。如：CaCO3(s)CaO(s) CO 2(g)，Kc(CO 2)；Cr2O (aq)H
5、2O(l)2CrO (aq)2H (aq)，27 24Kc 2(CrO )c2(H )/c(Cr2O )24 272非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。如：C2H5OHCH 3COOHCH 3COOC2H5H 2O，K 。c CH3COOC2H5 c H2Oc C2H5OH c CH3COOH3同一化学反应，化学方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：N2O4(g) 2NO2(g) K 0.36c2 NO2c N2O41/2N2O4(g) NO2(g) K 0.60c NO2c1/2 N2O4 0.3642NO2(g) N2O
6、4(g) K 2.8c N2O4c2 NO2 10.36因此书写化学平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。4化学方程式进行相加(减)处理，平衡常数应相乘(除)。一、化学平衡常数及应用1在一定条件下，有已达平衡的可逆反应：2A(g)B(g)2C(g) ，下列说法中正确的是( )A平衡时，此反应的平衡常数 K 与各物质的浓度有如下关系：Kc2 Cc2 A c BB改变条件后，该反应的平衡常数 K 一定不变C如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D若平衡时增加 A 和 B 的浓度，则平衡常数会减小解析：K 只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平
7、衡常数的改变。答案：A2某温度下 2 L 密闭容器中 3 种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是( )A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是 Kc2 X c Yc3 WB其他条件不变，升高温度，若 W 的体积分数减小，则此反应 Ht1)。反应时间/min n(H2)/mol n(I2)/mol0 0.9 0.3t1 0.8t2 0.2下列说法正确的是( )A反应在 t1 min 内的平均速率为：v(H 2) molL1 min10.1t1B保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2，与原平衡相比，达到新平衡时 I2(g)转化率增大，H 2的体积分
8、数不变C保持其他条件不变，起始时向容器中充入的 H2和 I2(g)都为 0.5 mol，达到平衡时n(HI)0.2 molD升高温度至 T2时，上述反应平衡常数为 0.18，则正反应为吸热反应解析：由表中数据可知，t 1 min 内参加反应的 H2的物质的量为 0.9 mol0.8 mol0.1 mol，故 v(H2) molL1 min1 ，故 A 错误；保持其他条件不0.1 mol2 Lt1 min 0.05t1变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2，与原平衡相比，H 2的体积分数增大；H 2的浓度增大，平衡正向移动，故 I2(g)转化率增大，故 B 错误；t1时，H 2(g)I
9、2(g)2HI(g)起始 0.9 0.3转化 0.1 0.1 0.2平衡 0.8 0.2 0.2平衡常数 K 0.25，c2 HIc H2 c I20.22 0.220.82 0.22t2时，H 2(g)I 2(g)2HI(g)起始 0.5 0.5转化 x x 2x平衡 0.5x 0.5x 2x6K 0.25，解得 x0.1 mol，故平衡时 n(HI)0.1 mol20.2 2x22x20.5 x2 0.5 x2mol，故 C 正确；升高温度至 T2时，上述反应平衡常数为 0.18c CO2c CO 21(3)K3 (4)正反应方向 不变K1K25在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应 C
10、O2(g)H 2(g)CO(g) H 2O(g)，其化学平衡常数 K 和温度 t 的关系如表：t/ 700 800 830 1 000 1 200K 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 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(CO 2)c(H2)5c(CO)c(H 2O)，试判断此时的温度为_。(4)若 830 时，向容器中充入 1 mol CO、5 mol H 2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数 K_(填“大于” “小于”或“等于”)1.0。(5)830 时，容器中的反应已达到平衡
11、。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡_(填“向正反应方向” “向逆反应方向”或“不”)移动。7(6)若 1 200 时，在某时刻平衡体系中 CO2、H 2、CO、H 2O 的浓度分别为 2 molL1 、2 molL 1 、4 molL 1 、4 molL 1 ，则此时上述反应的平衡移动方向为_(填“正反应方向” “逆反应方向”或“不移动”)。解析：(1)根据化学方程式可写出 K 。c CO c H2Oc CO2 c H2(2)分析表中数据可知，随着温度的升高，K 值逐渐增大，说明正反应是吸热反应。(3)某温度下，由 3c(CO2)c(H2)5c(CO)c(H 2O)得出 0.6K，
12、查表知 K0.6 时对应温度是 700 。c CO c H2Oc CO2 c H2 35(4)只要温度不变，K 数值就不变，故 830 条件下，K 的数值是 1.0。(5)830 时达到平衡，扩大容器体积，由于反应前后气体的物质的量不变，则平衡不移动。(6)该条件下 Qcc CO c H2Oc CO2 c H2 4K2.6，4 molL 14 molL 12 molL 12 molL 1故反应向逆反应方向移动。答案：(1) (2)吸热 (3)700 c CO c H2Oc CO2 c H2(4)等于 (5)不 (6)逆反应方向二、化学平衡常数的有关计算6N 2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下
13、可发生下列反应：2N 2O5(g)4NO 2(g)O 2(g) H0T1温度下的部分实验数据如下表：t/s 0 500 1 000 1 500c(N2O5)/(mol/L) 5.00 3.52 2.50 2.50下列说法不正确的是( )A500 s 内 N2O5分解速率为 2.96103 mol/(Ls)BT 1温度下的平衡常数为 K1125,1 000 s 时 N2O5转化率为 50%C其他条件不变时，T 2温度下反应到达 1 000 s 时测得 N2O5(g)浓度为 2.98 mol/L，则 T1K3，则 T1T3解析：T 2温度下的 N2O5浓度大于 T1温度下的浓度，则改变温度使平衡逆
14、向移动，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即 T20.060解析：A 项，0 至 5 min 内，v(M) 110 3 mol/(Lmin)，v(N)v(M)0.050 mol10 L5 min110 3 mol/(Lmin)，A 项错误；B 项，根据“三段式”：X(g)Y(g)M(g) N(g)12初始(mol/L) 0.010 0.040 0 0转化(mol/L) 0.008 0.008 0.008 0.008平衡(mol/L) 0.002 0.032 0.008 0.008K 1，B 项错误；0.008 mol/L0.008 mol/L0.002 mol/L0.032 m
15、ol/L实验，根据“三段式”得：X(g) Y(g)M(g) N(g)初始(mol/L) 0.020 0.030 0 0转化(mol/L) x x x x平衡(mol/L) 0.020x 0.030x x x根据温度不变，K 不变可得1，x0.012x2 0.020 x 0.030 xX 的转化率 100%60%，C 项正确；0.012 mol/L0.020 mol/L由实验中数据可知该反应为放热反应，900 时的平衡常数应小于 800 时的平衡常数，假设实验中 K1，则 1 b0.06(b10 mol/L)2(0.10 b10 ) mol/L(0.15 b10 ) mol/L综上所述，900
16、达到平衡时 b0，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 molL 1 ，c(N)2.4 molL1 ；达到平衡后，M 的转化率为 60%，此时 N 的转化率为_。(2)若反应温度升高，M 的转化率_(填“增大” “减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为 c(M)4 molL 1 ，c(N)a molL1 ；达到平衡后，c(P)2 molL 1 ，a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为 c(M)c(N)b molL 1 ，达到平衡后，M的转化率为_。解析：(1) M(g) N(g)P(g) Q(g)始态/molL 1 1 2.4
17、0 0变化量/molL 1 160% 160%因此 N 的转化率为 100%25%。1 molL 160%2.4 molL 1(2)由于该反应的 H0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M 的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：c(M)0.4 molL 1 c(N)1.8 molL 1c(P)0.6 molL 1 c(Q)0.6 molL 1因此化学平衡常数 K c P c Qc M c N 0.60.60.41.8 1214由于温度不变，因此 K 不变，新状态达到平衡后c(P)2 molL 1 c(Q)2 molL 1c(M)2 molL 1 c(N)(a2) molL 1K c P c Qc M c N 222 a 2 12解得 a6。(4)设 M 的转化率为 x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为c(M)b(1x) molL 1 c(N)b(1x) molL 1c(P)bx molL 1 c(Q)bx molL 1K c P c Qc M c N bxbxb 1 x b 1 x 12解得 x41%。答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
