1、届高考化学一轮复习化学平衡常数及转化率的计算学案第25讲化学平衡常数及转化率的计算考纲要求1.了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确计算化学反应的转化率()。考点一化学平衡常数的概念及应用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(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。如(1)C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)的平衡常数表达式K。(2)Fe3(aq)3H2O(l) Fe(OH)3(s)3H(
2、aq)的平衡常数表达式K。3.意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。4.应用(1)判断可逆反应进行的程度。(2)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(g)dD(g)的任意状态，浓度商：Q。QK，反应向正反应方向进行；QK，反应处于平衡状态；QK，反应向逆反应方向进行。(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。(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()(2
3、)催化剂既能改变速率常数，也能改变化学平衡常数()(3)对于同一可逆反应，升高温度，则化学平衡常数增大()(4)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大()(5)Cl2H2O HClHClO的平衡常数表达式K()1.在一定温度下，已知以下三个反应的平衡常数：反应：CO(g)CuO(s) CO2(g)Cu(s)K1反应：H2(g)CuO(s) Cu(s)H2O(g)K2反应：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)K3(1)反应的平衡常数表达式为_。(2)反应的K3与K1、K2的关系是K3_。答案(1)K1(2) 解析(2)K3，K2，结合K1，可知K3。2.在某温度下，N23H2
4、 2NH3的平衡常数为K1，则该温度下，NH3 N2H2的平衡常数K3_。答案化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或次幂。(3)两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。题组一化学平衡常数及影响因素1.(2018西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应O3 O2OH0平衡常数为K1；反应OO3 2O
5、2H0平衡常数为K2；总反应：2O3 3O2H”或“”)0。(3)500 时测得反应在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(molL1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正_(填“”“”或“”)v逆。答案(1)K1K2(2)(3)解析(1)K1，K2，K3，K3K1K2。(2)根据K3K1K2，500 、800 时，反应的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以H0。(3)500 时，K32.5Q0.88K3故反应正向进行，v正v逆。6.(1)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO2
6、(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图1。该反应的平衡常数表达式为_。曲线、对应的平衡常数大小关系为K_(填“”“”或“”)K。在某压强下，合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图2所示。KA、KB、KC三者之间的大小关系为_。(2)一氧化碳可将金属氧化物还原为金属单质和二氧化碳。四种金属氧化物(Cr2O3、SnO2、PbO2、Cu2O)被一氧化碳还原时，lg与温度(T)的关系如图3。700 时，其中最难被还原的金属氧化物是_(填化学式)。700 时，一氧化碳还原该金属氧化物的化学方程式中化学计量数为最简整数比，该反应的平衡
7、常数(K)数值等于_。答案(1)KKAKCKB(2)Cr2O310127.在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(s) CaO(s)CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为_(填“吸”或“放”)热反应，温度为T5 时，该反应耗时40 s达到平衡，则T5时，该反应的平衡常数数值为_。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应_(选填字母)。a.一定向逆反应方向移动 b.在平
8、衡移动时正反应速率先增大后减小c.一定向正反应方向移动 d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：_。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量_，CaO的质量_，CO2的浓度_(填“增大”，“减小”或“不变”)。(5)在T5下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5 mol N2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为_ g。答案(1)吸 0.2(2)bc(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变(5)10解析(1)T5 时，c(CO2)0.20 molL1，Kc(CO2)0.2
9、0。(2)K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。(5)保持体积、温度不变，充入N2，平衡不移动，c(CO2)仍等于0.20 molL1，其物质的量为0.4 mol，所以剩余CaCO3的物质的量为0.5 mol0.4 mol0.1 mol，其质量为10 g。考点二“三段式”突破平衡常数(K)、转化率的相关计算1.一个模式“三段式”如mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a molL1、b molL1，达到平衡后消耗A的物质的量
10、浓度为mx molL1。mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)c始/molL1 a b 0 0c转/molL1 mx nx px qxc平/molL1 amx bnx px qxK。2.明确三个量的关系(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。(2)关系对于同一反应物，起始量变化量平衡量。对于同一生成物，起始量变化量平衡量。各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3.掌握四个公式(1)反应物的转化率100%100%。(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量100%。(4)某组分
11、的体积分数100%。按要求回答下列问题：对于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92 kJmol1，在相同体积的甲、乙两密闭容器中，恒温条件下，甲容器中充入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中充入2 mol NH3，达到平衡时：(1)甲容器中N2的转化率_(填“等于”“大于”或“小于”)H2的转化率。(2)甲容器中N2的转化率与乙容器中NH3的分解率之和为_。(3)甲容器中释放的热量与乙容器中吸收的热量之和为_。答案(1)等于(2)1(3)92题组一化学平衡常数的单纯计算1.(2018南宁二中质检)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g) 2NO2
12、(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的H_(填“大于”或“小于”)0；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。反应的平衡常数K1为_。(2)100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。T_(填“大于”或“小于”)100 ，判断理由是_。列式计算温度T时反应的平衡常数K2：_。答案(1)大于0.36(2)大于正反应吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高平衡时，c(NO2)0.002 0 molL1s110 s20.120 molL10.160 molL1c(N2O4)0.040 mo
13、lL10.002 0 molL1s110 s0.020 molL1K21.28解析(1)升温，颜色变深，NO2增多，即平衡右移，所以正反应吸热，即H0。由题中图像可知平衡时NO2和N2O4的浓度，将数据代入平衡常数表达式计算即可。(2)由题意可知，改变温度使N2O4的浓度降低，即平衡正向移动，则应是升高温度，T大于100 。根据速率和时间，求出减少的N2O4的浓度为0.020 molL1，则平衡时N2O4的浓度为0.020 molL1，NO2的浓度为0.160 molL1，由平衡常数表达式可得K2的值。2.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s) NH3(g)HI
14、(g)，2HI(g) H2(g)I2(g)。达到平衡时：c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为_。答案20解析由平衡时H2的浓度，可求得反应分解消耗HI的浓度，c分解(HI)0.5 molL121 molL1，故式生成c(HI)c平衡(HI)c分解(HI)4 molL11 molL15 molL1，则c平衡(NH3)5 molL1，根据平衡常数表达式Kc平衡(NH3)c平衡(HI)5420。这是一道比较经典的“易错”题，极易错填成25。原因是将式生成的c(HI)5 molL1代入公式中进行求算，而未带入平衡时HI的浓度(4 molL1)。计算平衡常数
15、时，应严格按照平衡常数的定义进行求算，代入的一定是物质的平衡浓度。题组二化学平衡常数与转化率相结合计算3.羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。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)K0.1反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是()A.升高温度，H2S浓度增大，表明该反应是吸热反应B.通入CO后，正反应速率逐渐增大C.反应前H2S物质的量为7 molD.CO的平衡转化率为80%答案C解析A项，升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应
16、吸热，正反应放热，错误；B项，通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率逐渐减小，错误；C项，设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为V L，则CO(g)H2S(g) COS(g)H2(g)K0.1n(始)/mol 10 n 0 0n(转)/mol 2 2 2 2n(平)/mol 8 n2 2 2K0.1，解得n7，正确；D项，根据上述计算可知CO的转化率为20%，错误。4.氢气是一种清洁能源。可由CO和水蒸气反应制备，其能量变化如下图所示。(1)该反应为可逆反应。在800 时，若CO的起始浓度为2.0 molL1，水蒸气的起始浓度为3.0 mo
17、lL1，达到化学平衡状态后，测得CO2的浓度为1.2 molL1，则此反应的平衡常数为_，随着温度升高，该反应的化学平衡常数的变化趋势是_。(2)某温度下，该反应的平衡常数为K。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2O(g)和CO(g)，其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是_(填字母)。起始浓度甲乙丙c(H2O)/molL10.0100.0200.020c(CO)/molL10.0100.0100.020A.反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢B.平衡时，甲中和丙中H2O的转化率均是25%C.平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.015 molL1D.平衡时，乙
18、中H2O的转化率大于25%答案(1)1减小(2)CD解析(1)COH2O CO2H2初始浓度/molL1 2.0 3.0 0 0平衡浓度/molL1 0.8 1.8 1.2 1.2K1由于该反应为放热反应，升高温度平衡常数减小。(2)A项中，甲容器中反应物的浓度最小，丙容器中反应物的浓度最大，正确；B项，设甲中H2O的转化率为x，COH2O CO2 H2初始浓度/molL1 0.01 0.01 0 0平衡浓度/molL1 0.01(1x) 0.01(1x) 0.01x 0.01xK，解得x25%，丙相当于甲中压强增大一倍，平衡不移动，因而H2O的转化率为25%，正确；C项，丙中c(CO2)0.
19、02 molL125%0.005 molL1；D项，乙相当于在甲的基础上增大水蒸气的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，但H2O的转化率减小，因而其转化率小于25%。题组三另类平衡常数的计算5.一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)CO2(g) 2CO(g)H173 kJmol1，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
20、动，原因是_。答案(1)25%(2)0.5p不QpKp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 mol0.4 mol0.8 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Kp0.5p。6.100 kPa时，反应2NO(g)O2(g) 2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2(g) N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。(1)图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)O2(g) 2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则_点对应的压强最大。(2)100 kPa、25 时，2NO2(g) N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为_，N2O4的分压p(N2O4)_kPa，列式计算平衡常数Kp_(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。(3)100 kPa、25 时，V mL NO与0.5V mL O2混合后最终气体的体积为_ mL。答案(
