《(新課改省份專版)2020高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 6.3 難點專攻 化學(xué)平衡常數(shù)及其計算學(xué)案(含解析).doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(新課改省份專版)2020高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 6.3 難點專攻 化學(xué)平衡常數(shù)及其計算學(xué)案(含解析).doc(10頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
第3課時 難點專攻——化學(xué)平衡常數(shù)及其計算
考點一 化學(xué)平衡常數(shù)的概念及應(yīng)用
1.化學(xué)平衡常數(shù)
在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),用符號_K__表示。
2.表達式
(1)對于反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),
K=(計算K利用的是物質(zhì)的平衡濃度,而不是任意時刻濃度,也不能用物質(zhì)的量。固體和純液體物質(zhì)的濃度視為常數(shù),通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。
(2)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù),化學(xué)反應(yīng)方向改變或化學(xué)計量數(shù)改變,化學(xué)平衡常數(shù)均發(fā)生改變。舉例如下:
化學(xué)方程式
平衡常數(shù)
關(guān)系式
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
K1=
K2= K3=
N2(g)+H2(g) NH3(g)
K2=
2NH3(g)N2(g)+3H2(g)
K3=
3.注意事項
(1)K值越大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高,正反應(yīng)進行的程度越大。
(2)K只受溫度影響,與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。
(3)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率,但對化學(xué)平衡常數(shù)無影響。
4.應(yīng)用
(1)判斷可逆反應(yīng)進行的程度
K值大,說明反應(yīng)進行的程度大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高;K值小,說明反應(yīng)進行的程度小,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率低。
K
<10-5
10-5~105
>105
反應(yīng)程度
很難進行
反應(yīng)可逆
反應(yīng)可接近完全
(2)判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向
對于可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在一定溫度下的任意時刻,反應(yīng)物與生成物濃度有如下關(guān)系:
Q=,稱為濃度商。
Q<K
反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行,v正>v逆
Q=K
反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài),v正=v逆
Q>K
反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行,v正<v逆
(3)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)
[考法精析]
考法一 化學(xué)平衡常數(shù)的含義
1.已知反應(yīng)①:CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反應(yīng)②:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在相同的某溫度下的平衡常數(shù)分別為K1和K2,該溫度下反應(yīng)③:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)為K。則下列說法正確的是( )
A.反應(yīng)①的平衡常數(shù)K1=
B.反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=
C.對于反應(yīng)③,恒容時,溫度升高,H2濃度減小,則該反應(yīng)的焓變?yōu)檎?
D.對于反應(yīng)③,恒溫恒容下,增大壓強,H2濃度一定減小
解析:選B 在書寫平衡常數(shù)表達式時,純固體物質(zhì)不能出現(xiàn)在平衡常數(shù)表達式中,A錯誤;由于反應(yīng)③=反應(yīng)①-反應(yīng)②,因此平衡常數(shù)K=,B正確;對于反應(yīng)③,溫度升高,H2濃度減小,則平衡左移,即逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng),因此ΔH<0,C錯誤;對于反應(yīng)③,在恒溫恒容下,增大壓強,如充入惰性氣體,則平衡不移動,H2的濃度不變,D錯誤。
2.某溫度下2 L密閉容器中3種氣體起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)時的物質(zhì)的量(n)如表所示,下列說法正確的是( )
X
Y
W
n(起始狀態(tài))/mol
2
1
0
n(平衡狀態(tài))/mol
1
0.5
1.5
A.該溫度下,此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式是K=
B.其他條件不變,升高溫度,若W的體積分?jǐn)?shù)減小,則此反應(yīng)ΔH<0
C.其他條件不變,使用催化劑,正、逆反應(yīng)速率和平衡常數(shù)均增大,平衡不移動
D.其他條件不變,當(dāng)密閉容器中混合氣體密度不變時,表明反應(yīng)已達到平衡
解析:選B 由表知,X、Y是反應(yīng)物,W是生成物,且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)=2∶1∶3,化學(xué)方程式為2X(g)+Y(g)3W(g),反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式是K=,A錯誤;升高溫度,若W的體積分?jǐn)?shù)減小,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動,則此反應(yīng)的ΔH<0,B正確;使用催化劑,平衡常數(shù)不變,C錯誤;混合氣體密度一直不變,不能說明反應(yīng)已達到平衡,D錯誤。
考法二 化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用
3.反應(yīng)Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g),700 ℃時平衡常數(shù)為1.47,900 ℃時平衡常數(shù)為2.15。下列說法正確的是( )
A.升高溫度該反應(yīng)的正反應(yīng)速率增大,逆反應(yīng)速率減小
B.該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=
C.該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
D.增大CO2濃度,平衡常數(shù)增大
解析:選C A項,升溫,正、逆反應(yīng)速率均增大,不正確;B項,該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=,不正確;C項,升溫,平衡常數(shù)增大,表明平衡向正反應(yīng)方向移動,即正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),正確;D項,增大反應(yīng)物濃度,平衡常數(shù)不變,不正確。
4.在一定溫度下,1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),平衡時測得C、H2O、CO、H2的物質(zhì)的量都為0.1 mol。
(1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。
(2)若升高平衡體系的溫度,該反應(yīng)的平衡常數(shù)會增大,則該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)相同條件下,向該密閉容器中充入各物質(zhì)的起始量如下:①均為0.2 mol?、贑(s)、H2O為0.2 mol,CO、H2為 0.1 mol,判斷該反應(yīng)進行的方向:①________,②________。
解析:(1)容積為1 L,則H2O、CO、H2的濃度均為0.1 molL-1,K===0.1。(2)升高溫度平衡常數(shù)增大,說明平衡向右移動,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0。(3)①Q(mào)==0.2>K=0.1,反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行;②Q==0.05
(3)①向逆反應(yīng)方向?、谙蛘磻?yīng)方向
考點二 平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算
對應(yīng)學(xué)生用書P121
1.明確三個量——起始量、變化量、平衡量
N2?。?H22NH3
起始量 1 3 0
變化量 a b c
平衡量 1-a 3-b c
①反應(yīng)物的平衡量=起始量-轉(zhuǎn)化量。
②生成物的平衡量=起始量+轉(zhuǎn)化量。
③各物質(zhì)變化濃度之比等于它們在化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比。變化濃度是聯(lián)系化學(xué)方程式、平衡濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)反應(yīng)速率的橋梁。因此抓住變化濃度是解題的關(guān)鍵。
2.掌握四個公式
(1)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=100%=100%。
(2)生成物的產(chǎn)率:實際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來講,轉(zhuǎn)化率越大,原料利用率越高,產(chǎn)率越大。
產(chǎn)率=100%。
(3)平衡時混合物組分的百分含量=100%。
(4)某組分的體積分?jǐn)?shù)=100%。
3.謹(jǐn)記一個答題模板
反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A(yù)、B起始物質(zhì)的量分別為a mol、b mol,達到平衡后,A的轉(zhuǎn)化量為mx mol,容器容積為V L,則有以下關(guān)系:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
轉(zhuǎn)化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
對于反應(yīng)物:n(平)=n(始)-n(轉(zhuǎn))
對于生成物:n(平)=n(始)+n(轉(zhuǎn))
則有:①K=
②c平(A)= molL-1
③α(A)平=100%,α(A)∶α(B)=∶=
④φ(A)=100%
⑤=
⑥混= gL-1[其中M(A)、M(B)分別為A、B的摩爾質(zhì)量]
⑦平衡時體系的平均摩爾質(zhì)量:
= gmol-1
[考法精析]
考法一 外界條件對轉(zhuǎn)化率大小的影響
1.反應(yīng)X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,在密閉容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y,達到平衡時,下列說法不正確的是( )
A.減小容器體積,平衡不移動,X的轉(zhuǎn)化率不變
B.增大c(X),X的轉(zhuǎn)化率減小
C.保持容器體積不變,同時充入0.1 mol X和0.2 mol Y,X的轉(zhuǎn)化率增大
D.加入催化劑,正反應(yīng)速率增大,Z的產(chǎn)率增大
解析:選D A項,該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng),平衡不受壓強影響,減小容器體積,平衡不移動,X的轉(zhuǎn)化率不變,正確;B項,增大c(X),平衡正向移動,Y的轉(zhuǎn)化率增大,X的轉(zhuǎn)化率減小,正確;C項,相當(dāng)于只增加Y的濃度,X的轉(zhuǎn)化率會增大,正確;D項,催化劑不能使平衡移動,不改變產(chǎn)物的產(chǎn)率,錯誤。
2.已知:3CH4(g)+2N2(g)3C(s)+4NH3(g) ΔH>0,在700 ℃,CH4與N2在不同物質(zhì)的量之比時CH4的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。下列說法正確的是( )
A.越大,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率越高
B.不變時,若升溫,NH3的體積分?jǐn)?shù)會增大
C.b點對應(yīng)的平衡常數(shù)比a點的大
D.a(chǎn)點對應(yīng)的NH3的體積分?jǐn)?shù)約為26%
解析:選B CH4和N2的物質(zhì)的量之比越大,CH4的轉(zhuǎn)化率越低,A錯誤;CH4和N2的物質(zhì)的量之比不變時,升溫,平衡正向移動,NH3的體積分?jǐn)?shù)增大,B正確;平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與反應(yīng)物的物質(zhì)的量無關(guān),所以各點的平衡常數(shù)相同,C錯誤;a點CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為22%,=0.75,則設(shè)甲烷為3 mol,氮氣為4 mol,
3CH4(g)+2N2(g)3C(s)+4NH3(g)
起始量/mol 3 4 0
轉(zhuǎn)化量/mol 0.66 0.44 0.88
平衡量/mol 2.34 3.56 0.88
則NH3的體積分?jǐn)?shù)為100%≈13%,D錯誤。
3.(2018浙江11月選考)已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197.8 kJmol-1。起始反應(yīng)物為SO2和O2(物質(zhì)的量之比為2∶1,且總物質(zhì)的量不變)。SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(%)隨溫度和壓強的變化如下表:
溫度/K
壓強/(105Pa)
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
下列說法不正確的是( )
A.一定壓強下降低溫度,SO2的轉(zhuǎn)化率增大
B.在不同溫度、壓強下,轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所需要的時間相等
C.使用催化劑可以縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間
D.工業(yè)生產(chǎn)通常不采取加壓措施是因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高
解析:選B A選項,根據(jù)表格信息,壓強一定時,溫度越低,SO2的轉(zhuǎn)化率越大,正確;B選項,不同的溫度、壓強下,反應(yīng)速率不確定,故轉(zhuǎn)化相同的SO2所需時間無法確定,錯誤;C選項,使用催化劑降低反應(yīng)的活化能,增大反應(yīng)速率,故可以縮短達到平衡所需的時間,正確;D選項,根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以看出,常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當(dāng)高(大于93.5%),正確。
[歸納總結(jié)] 轉(zhuǎn)化率大小變化分析
判斷反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化時,不要把平衡正向移動與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高等同起來,要視具體情況而定。常見有以下幾種情形:
反應(yīng)類型
條件的改變
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化
有多種反應(yīng)物的可逆反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
恒容時只增加反應(yīng)物A的用量
反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小,反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率增大
同等倍數(shù)地增大反應(yīng)物A、B的量
恒溫恒壓條件下
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變
恒溫恒容條件下
m+n>p+q
反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大
m+n<p+q
反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小
m+n=p+q
反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變
只有一種
反應(yīng)物的
可逆反應(yīng):
mA(g)nB(g)+pC(g)
增加反應(yīng)物
A的用量
恒溫恒壓條件下
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變
恒溫恒容
條件下
m>n+p
反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率增大
m<n+p
反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小
m=n+p
反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率不變
考法二 平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算
4.羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑,能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中,將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1,反應(yīng)前CO物質(zhì)的量為10 mol,平衡后CO物質(zhì)的量為 8 mol。下列說法正確的是( )
A.升高溫度,H2S濃度增大,表明該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
B.通入CO后,正反應(yīng)速率逐漸增大
C.反應(yīng)前H2S物質(zhì)的量為7 mol
D.CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80%
解析:選C 升高溫度,H2S濃度增大,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動,逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),A不正確。通入CO后,正反應(yīng)速率瞬間增大,之后化學(xué)平衡發(fā)生移動,正反應(yīng)速率逐漸減小,逆反應(yīng)速率逐漸增大,當(dāng)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時,反應(yīng)達到新的化學(xué)平衡狀態(tài),B不正確。設(shè)反應(yīng)前H2S的物質(zhì)的量為a mol,容器的容積為1 L,列“三段式”進行解題:
CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)
10 a 0 0
2 2 2 2
8 a-2 2 2
化學(xué)平衡常數(shù)K==0.1,解得a=7,C正確。
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為100%=20%,D不正確。
5.(2017全國卷Ⅰ節(jié)選)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng):H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K時,將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中,反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。
(1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1=________%,反應(yīng)平衡常數(shù)K=________。
(2)在620 K重復(fù)實驗,平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03,H2S的轉(zhuǎn)化率α2________α1,該反應(yīng)的ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
(3)向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體,能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是________(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
解析:(1)610 K時向空鋼瓶中充入0.10 mol CO2和0.40 mol H2S,鋼瓶容積為2.5 L,按“三段式”法進行計算:
H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)
起始量/mol 0.40 0.10 0 0
轉(zhuǎn)化量/mol x x x x
平衡量/mol 0.40-x 0.10-x x x
反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02,則有=0.02,解得x=0.01,故H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1=100%=2.5%。
此時H2S、CO2、COS和H2O(g)的物質(zhì)的量(mol)分別為0.39、0.09、0.01、0.01,故該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===≈2.810-3。
(2)在620 K重復(fù)實驗,平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03,溫度升高,平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大,說明平衡正向移動,則ΔH>0;升高溫度,平衡正向移動,反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率增大,則H2S的轉(zhuǎn)化率:α2>α1。
(3)該反應(yīng)器為鋼瓶,反應(yīng)過程中容積不變。向反應(yīng)器中再充入H2S氣體,平衡正向移動,CO2的轉(zhuǎn)化率增大,但H2S的轉(zhuǎn)化率減小,A錯誤;充入CO2,平衡正向移動,H2S的轉(zhuǎn)化率增大,CO2的轉(zhuǎn)化率減小,B正確;充入COS,平衡逆向移動,H2S的轉(zhuǎn)化率減小,C錯誤;充入N2,平衡不移動,H2S的轉(zhuǎn)化率不變,D錯誤。
答案:(1)2.5 2.810-3 (2)>?。尽?3)B
考法三 壓強平衡常數(shù)(Kp)的相關(guān)計算
6.一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應(yīng):C(s)+CO2(g)2CO(g)。平衡時,體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示:
已知:氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)體積分?jǐn)?shù)。
下列說法正確的是( )
A.550 ℃時,若充入惰性氣體,v正、v逆均減小,平衡不移動
B.650 ℃時,反應(yīng)達平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為25.0%
C.T ℃時,若充入等體積的CO2和CO,平衡向逆反應(yīng)方向移動
D.925 ℃時,用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=24.0p總
解析:選B 550 ℃時,若充入惰性氣體,v正、v逆均減小,由于保持了壓強不變,相當(dāng)于擴大了體積,平衡正向移動,A項錯誤。根據(jù)圖示可知,在650 ℃時,CO的體積分?jǐn)?shù)為40.0%,根據(jù)反應(yīng)方程式:C(s)+CO2(g)2CO(g),設(shè)開始加入1 mol CO2,反應(yīng)掉了x mol CO2,則有
C(s)+CO2(g)2CO(g)
始態(tài)/mol 1 0
變化/mol x 2x
平衡/mol 1-x 2x
因此有100%=40.0%,解得x=0.25,則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為100%=25.0%,B項正確。由題圖可知,T ℃時,CO與CO2的體積分?jǐn)?shù)相等,在等壓下充入等體積的CO和CO2,對原平衡無影響,平衡不移動,C項錯誤。925 ℃時,CO的體積分?jǐn)?shù)為96.0%,故Kp===23.04p總,D項錯誤。
7.汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一,尾氣中的主要污染物為CxHy、NO、CO、SO2及固體顆粒物等。活性炭可用于處理汽車尾氣中的NO,在1 L恒容密閉容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固體活性炭,生成A、B兩種氣體,在不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強如下表:
活性炭/mol
NO/mol
A/mol
B/mol
p/MPa
200 ℃
2.000
0.040 0
0.030 0
0.030 0
3.93
335 ℃
2.005
0.050 0
0.025 0
0.025 0
p
根據(jù)上表數(shù)據(jù),寫出容器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________________,判斷p________(填“>”“<”或“=”)3.93 MPa。計算反應(yīng)體系在200 ℃時的平衡常數(shù)Kp=____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓體積分?jǐn)?shù))。
解析:1 L恒容密閉容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固體活性炭,生成A、B兩種氣體,從不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強數(shù)據(jù)可以看出:Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)=1∶2∶1∶1,所以可以推斷出生成的A、B兩種氣體分別為N2和CO2,反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+2NON2+CO2。該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=,容器的體積為1 L,平衡分壓之比等于平衡濃度之比,帶入表中數(shù)據(jù)計算得Kp=。
答案:C+2NON2+CO2 >
[備考方略]
1.理解Kp含義
在化學(xué)平衡體系中,用各氣體物質(zhì)的分壓代替濃度,計算的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù)。
2.運用計算技巧
鏈接地址:http://www.3dchina-expo.com/p-3939341.html