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第3課時 化學平衡常數
學習目標
1.知道化學平衡常數的含義。
2.能利用化學平衡常數進行簡單的計算。
學習過程
一、化學平衡常數
1.定義:在 下,當一個可逆反應達到 時,生成物 與反應物 的比值是一個常數,這個常數就是該反應的化學平衡常數,簡稱平衡常數,用符號 表示。
2.表達式:對于一般的可逆反應,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定溫度下,K= 。該式中(1)c(A)、c(B)、c(C)、c(D)是各物質處于 時的濃度;(2)標準平衡常數的單位為一。
3.書寫平衡常數關系式的原則:
請寫出下表中各反應的平衡常數表達式并總結規(guī)律:
反應
K
1
1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)
2
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
3
2NH3(g)N2(g)+3H2(g)
續(xù)表
反應
K
4
FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)
5
AgCl(s)Ag+(aq)+Cl-(aq)
6
Cr2O72-(aq)+H2OCrO42-(aq)+2H+(aq)
規(guī)律:(1)同一化學反應,可以用不同的化學反應方程式來表示,每個化學方程式都有自己的平衡常數關系式及相應的平衡常數。
(2)對于同一可逆反應,正反應的平衡常數等于逆反應的平衡常數的倒數,即 。
(3)化學平衡關系式中只包括 物質和 中各溶質的濃度。
4.特點:K只受 影響,與反應物或生成物的 無關。
二、平衡常數K的應用
1.判斷反應的熱效應:
若正反應是吸熱反應,升高溫度,K ;
若正反應是放熱反應,升高溫度,K 。
2.判斷某時刻反應進行的方向:
可用該時刻產物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比即濃度商Q與K比較大小來判斷。
即Qc=K體系處于 ;
Qc
K反應 進行。
3.判斷反應進行的程度:
K值越大,說明平衡體系中生成物所占的比例 ,它的正向反應進行的程度 ,即該反應進行得越 ,反應物轉化率 ;反之,就越 ,轉化率就 。一般地說, 時,該反應進行得就基本完全了。
隨堂檢測
1.對于3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),反應的化學平衡常數的表達式為( )
A.K=c(Fe3O4)c(H2)c(Fe)c(H2O) B.K=c(Fe3O4)c4(H2)c(Fe)c4(H2O)
C.K=c4(H2O)c4(H2) D.K=c4(H2)c4(H2O)
2.二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料,但也是大氣的主要污染物。綜合治理其污染是環(huán)境化學當前的重要研究內容之一。硫酸生產中,SO2催化氧化生成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
某溫度下,SO2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。根據圖示回答下列問題:
(1)將2.0molSO2和1.0molO2置于10L的密閉容器中,反應達到平衡后,體系總壓強為0.10MPa。該反應的平衡常數等于 。
(2)平衡狀態(tài)由A變到B時,平衡常數K(A) K(B)(填“>”“<”或“=”)。
3.一定條件下,下列反應呈平衡狀態(tài)時的平衡常數:
3H2(g)+N2(g)2NH3(g) K1
2NH3(g)3H2(g)+N2(g) K2
則K1與K2的關系為( )
A.K1=K2 B.K2=1/K1
C.K1/2=K2 D.無法確定
4.放熱反應:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在溫度t1時達到平衡,c(CO)1=c(H2O)1=1.0molL-1,其平衡常數為K1。其他條件不變,升高反應體系的溫度至t2時,反應物的平衡濃度分別為c(CO)2和c(H2O)2,平衡常數為K2,則( )
A.若增大CO濃度,K2和K1都增大 B.K2>K1
C.c(CO)2=c(H2O)2 D.c(CO)1>c(CO)2
5.在一密閉容器中,CO和H2O混合加熱到800℃達到下列平衡:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),K=1.0,若反應開始時CO和H2O的濃度分別為0.20molL-1和1.00molL-1,則CO轉化為CO2的轉化率為( )
A.80% B.83% C.75% D.91%
6.在容積為1L的密閉容器中,加入5molA物質,在一定條件下同時發(fā)生下列兩個反應:
(1)2A(g)2B(g)+C(g);(2)A(g)C(g)+D(g)。當達到平衡時,測得c(A)=2.5molL-1,c(C)=2.0molL-1。則下列說法中正確的是( )
A.達到平衡時A的總轉化率為40%
B.達到平衡時c(B)為1.0molL-1
C.達到平衡時c(B)=2c(D)
D.達到平衡時c(D)=2c(B)
7.在常壓和500℃時把O2和SO2按1∶2體積比混合,如果混合前O2為10mol,平衡混合氣體中SO3占總體積的91%。求:
(1)平衡時有多少摩爾O2?
(2)混合氣體中SO2占總體積的體積分數是多少?
(3)SO2的轉化率是多少?
參考答案
學習過程
一、1.一定溫度 化學平衡 濃度冪之積 濃度冪之積 K
2.cp(C)cq(D)cm(A)cn(B) 平衡狀態(tài)
3.
反應
K
1
c(NH3)c12(N2)c32(H2)
2
c2(NH3)c(N2)c3(H2)
3
c(N2)c3(H2)c2(NH3)
4
c(CO2)c(CO)
5
c(Ag+)c(Cl-)
6
c(CrO42-)c2(H+)c(Cr2O72-)
(2)K正=1/K逆 (3)氣態(tài) 溶液
4.溫度 濃度變化
二、1.增大 減小
2.化學平衡 正向進行 逆向進行
3.越大 越大 完全 越大 不完全 越小 K>105
隨堂檢測
1.D 解析:平衡常數是生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值,但固體濃度視為1,不寫入常數計算式中。
2.(1)800 (2)=
解析:(1)從圖示可知,當p=0.10時,α=0.8。
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始濃度/(molL-1) 0.2 0.1 0
平衡濃度/(molL-1) 0.04 0.02 0.16
K=c2(SO3)c2(SO2)c(O2)=0.1620.0420.02
=800。
(2)平衡狀態(tài)由A變到B時,溫度不變,平衡常數不變K(A)=K(B)。
3.B
4.C
5.B 解析:設轉化的CO的濃度為x,則有
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
初始濃度/(molL-1) 0.20 1.00 0 0
轉化濃度/(molL-1) x x x x
平衡濃度/(molL-1) 0.20-x 1.00-x x x
K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)=x2(0.20-x)(1.00-x)=1,
解之得:x=16molL-1
α(CO)=16molL-10.2molL-1100%=83%。
6.B 解析:設反應(1)有物質的量為a的A發(fā)生轉化,反應(2)中有物質的量為b的A發(fā)生轉化,有
2A(g)2B(g)+C(g)
轉化 a a a2
A(g)C(g)+D(g)
轉化 b b b
則由題意可知,5mol-(a+b)=2.5molL-11L,即a+b=2.5mol;a2+b=2.0molL-11L,即a2+b=2.0mol,聯(lián)立兩式解得a=1.0mol,b=1.5mol。達平衡時A的總轉化率=2.55100%=50%,故A不正確;c(B)=1.0mol1L=1.0molL-1,故B選項正確;c(B)=1.0molL-1,c(D)=1.5mol1L=1.5molL-1,故C、D選項均不正確。
7.(1)0.62mol (2)6.0% (3)93.8%
解析:設有物質的量為x的O2轉化
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
起始 20mol 10mol 0
轉化 2x x 2x
平衡 20mol-2x 10mol-x 2x
則2x20mol-2x+10mol-x+2x100%=91%
解得x=9.38mol
(1)n(O2)平=10mol-9.38mol=0.62mol
(2)20mol-2x20mol-2x+10mol-x+2x100%=6.0%
(3)α(SO2)=2x20mol100%=93.8%。
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