考点一 化学平衡常数[思维流程]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,称为化学平衡常数,用符号K 表示。
2.表达式(1)对于反应m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)K =c p (C )·c q (D )c m (A )·c n (B )(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)。
(2)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
3.实例N 2(g)+3H 2(g)2NH 3(g) 12N 2(g)+32H 2(g)NH 3(g)2NH 3(g)N 2(g)+3H 2(g)4.注意事项(1)K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(2)计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度,而不是任意时刻浓度,也不能用物质的量。
(3)催化剂能加快化学反应速率,但对化学平衡无影响,也不会改变平衡常数的大小。
(4)化学反应方向改变或化学计量数改变,化学平衡常数均发生改变。
[对点训练] 1.反应H 2(g)+I 2(g)2HI(g)的平衡常数为K 1;反应HI(g)12H 2(g)+12I 2(g)的平衡常数为K 2,则K 1、K 2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)( )A .K 1=2K 2B .K 1=K 22C .K 1=1K 22D .K 1=12K 2解析:选C 由反应H 2(g)+I 2(g)2HI(g)的平衡常数K 1,则相同温度下,反应2HI(g)H 2(g)+I 2(g)的平衡常数为1K 1,故反应HI(g)12H 2(g)+12I 2(g)的平衡常数K 2= 1K 1,故K 1=1K 22。
2.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K =c (X )·c (Y )c 3(W )B .其他条件不变,升高温度,若W 的体积分数减小,则此反应ΔH <0C .其他条件不变,使用催化剂,正、逆反应速率和平衡常数均增大,平衡不移动D .其他条件不变,当密闭容器中混合气体密度不变时,表明反应已达到平衡 解析:选B 由表知,X 、Y 是反应物,W 是生成物,且Δn (X)∶Δn (Y)∶Δn (W)=2∶1∶3,化学方程式为2X +Y3W ,反应的平衡常数表达式是K =c 3(W )c 2(X )·c (Y ),A 错误;升高温度,若W 的体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动,则此反应的ΔH <0,B 正确;使用催化剂,平衡常数不变,C 错误;混合气体密度一直不变,不能说明反应已达到平衡,D 错误。
3.某温度下气体反应达到化学平衡,平衡常数K =c (A )·c 2(B )c 2(E )·c (F ),恒容时,若温度适当降低,F 的浓度增加,下列说法正确的是( )A .增大c (A)、c (B),K 增大B .降低温度,正反应速率增大C .该反应的焓变为负值D .该反应的化学方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g)解析:选D 某温度下气体反应达到化学平衡,平衡常数K =c (A )c 2(B )c 2(E )c (F ),则该反应为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g),恒容时,若温度适当降低,F 的浓度增加,平衡向逆反应方向移动,正反应为吸热反应,故C 错误,D 正确;平衡常数只受温度影响,与浓度无关,温度不变,平衡常数不变,故A 错误;降低温度,正、逆反应速率都降低,正反应速率降低更多,平衡向逆反应方向移动,故B 错误。
1.对于可逆反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系:Q =c c (C )·c d (D )c a (A )·c b (B ),称为浓度商。
Q ⎩⎪⎨⎪⎧<K 反应向正反应方向进行,v 正>v 逆=K 反应处于化学平衡状态,v 正=v 逆>K 反应向逆反应方向进行,v 正<v 逆2.判断可逆反应的热效应[对点训练]4.利用醋酸二氨合铜[Cu(NH 3)2Ac]溶液吸收CO ,能达到保护环境和能源再利用的目的,反应方程式为Cu(NH 3)2Ac +CO +NH 3[Cu(NH 3)3]Ac·CO 。
已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示:下列说法正确的是( ) A .上述正反应为吸热反应 B .15 ℃时,反应[Cu(NH 3)3]Ac·COCu(NH 3)2Ac +CO +NH 3的平衡常数为2×10-5C .保持其他条件不变,减小压强,CO 的转化率升高D .醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO 的吸收多少没有影响解析:选B 根据提供数据,温度降低,平衡常数增大,说明降低温度,平衡向正反应方向移动,则正反应为放热反应,A 项错误;[Cu(NH 3)3]Ac·CO Cu(NH 3)2Ac +CO +NH 3为Cu(NH 3)2Ac +CO +NH 3[Cu(NH 3)3]Ac·CO 的逆反应,两反应的平衡常数互为倒数,则[Cu(NH 3)3]Ac·COCu(NH 3)2Ac +CO +NH 3的平衡常数K =15×104=2×10-5,B 项正确;减小压强,平衡逆向移动,CO 的转化率降低,C 项错误;增大醋酸二氨合铜溶液的浓度,平衡向正反应方向移动,有利于CO 的吸收,D 项错误。
5.700 ℃时,向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的CO(g)和H 2O(g),发生反应CO(g)+H 2O(g)CO 2(g)+H 2(g),反应过程中测定的部分数据见下表(表中t 2>t 1):下列说法正确的是( )A .反应在0~t 1 min 内的平均速率为v (H 2)=0.40t 1mol·L -1·min -1 B .若800 ℃时该反应的平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应C .保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H 2O(g)和0.40 mol H 2(g),则v正>v 逆D .保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60 mol CO(g)和1.20 mol H 2O(g),达到平衡时n (CO 2)=0.40 mol解析:选D 0~t 1 min 内,v (H 2)=v (CO)=(1.20-0.80)mol 2 L ×t 1min=0.20t 1 mol·L -1·min -1,A项错误;700 ℃,t 1 min 时反应已达到平衡状态,此时c (CO)=0.80 mol 2 L =0.40 mol·L -1,c (H 2O)=0.20 mol 2 L =0.10 mol·L -1,c (CO 2)=c (H 2)=0.40 mol 2 L =0.20 mol·L -1,则K =0.20×0.200.40×0.10=1>0.64,说明温度升高,平衡常数减小,故正反应为放热反应,B 项错误;保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H 2O(g)和0.40 mol H 2(g),c (H 2O)=0.40 mol2 L=0.20 mol·L -1,c (H 2)=0.80 mol 2 L =0.40 mol·L -1,Q c =0.20×0.400.40×0.20=1=K ,平衡不移动,则v 正=v 逆,C项错误;CO(g)与H 2O(g)按物质的量之比为1∶1反应,充入0.60 mol CO(g)和1.20 mol H 2O(g)与充入1.20 mol CO(g)和0.60 mol H 2O(g)对平衡状态的影响相同,t 1 min 时,n (CO)=0.80 mol ,n (H 2O)=0.60 mol -0.40 mol =0.20 mol ,t 2 min 时,n (H 2O)=0.20 mol ,说明t 1 min 时反应已经达到平衡状态,根据化学方程式可知,达到平衡时n (CO 2)=0.40 mol ,D 项正确。
6.在一定温度下,1 L 的密闭容器中发生反应:C(s)+H 2O(g)CO(g)+H 2(g),平衡时测得C 、H 2O 、CO 、H 2的物质的量都为0.1 mol 。
(1)该反应的平衡常数K =________。
(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应的ΔH ________0(填“>”或“<”)。
(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均为0.2 mol ②C(s)、H 2O 为0.2 mol ,CO 、H 2为 0.1 mol ,判断该反应进行的方向:①________________,②________________。
解析:(1)容积为1 L ,则H 2O 、CO 、H 2的浓度均为0.1 mol·L -1,K =c (CO )·c (H 2)c (H 2O )=0.1×0.10.1=0.1。
(2)升高温度平衡常数增大,说明平衡向右移动,正反应为吸热反应,ΔH >0。
(3)①Q c =0.2×0.20.2=0.2>K =0.1,反应向逆反应方向进行;②Q c =0.1×0.10.2=0.05<K =0.1,反应向正反应方向进行。
答案:(1)0.1 (2)> (3)①向逆反应方向 ②向正反应方向地列出起始量、变化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
1.明确三个量——起始量、变化量、平衡量 N 2 + 3H 2催化剂高温、高压2NH 3 起始量 1 3 0 变化量 a b c 平衡量 1-a 3-b c (1)反应物的平衡量=起始量-变化量。
(2)生成物的平衡量=起始量+变化量。
(3)各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。
变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。
因此,抓变化浓度是解题的关键。
2.掌握三个百分数(1)转化率=n (转化)n (起始)×100%=c (转化)c (起始)×100%。
(2)生成物的产率:实际产量占理论产量的百分数。
一般来说,转化率越高,原料利用率越高,产率越高。