课时26 化学平衡 化学平衡常数计算
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课时26 化学平衡 化学平衡常数计算
(本课时对应学生用书第172-176页)
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【课前自测】
1. (2014·邯郸模拟) 下列关于化学平衡的说法正确的是( )
A. 一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度 B. 当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等都等于0 C. 平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变 D. 化学平衡不可以通过改变条件而改变 【答案】 A
【解析】 可逆反应达到平衡状态后，虽v(正)=v(逆) ，但均不为0，是动态平衡，B 、C 错；通过改变影响化学平衡移动的条件可以改变化学反应的限度，D 错。
2. (2015·衡水模拟) 在一个不传热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)+nB(g)是( )
①体系的压强不再改变 ②体系的温度不再改变 ③各组分的浓度不再改变 ④各组分质量分数不再改变 ⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q ⑥单位时间内m mol A断键反应，同时p mol C也断键反应 ⑦体系的密度不再变化 A. ③④⑤⑥ 【答案】 B
【解析】 因为m+n与p+q的关系不确定，故容器内的压强随时间的变化不一定是变量，故①不一定是平衡状态；因容器是“不传热的固定容积的密闭容器”，反应过程中，体系中的温度应随时间变化，当温度不变时是平衡状态；各组分的浓度不再改变和各组分质量分数不再改变，反应都一定是平衡状态；速率之比等于化学方程式的化学计量数之比，不论反应是否达到平衡状态都存在这一关系，故⑤不一定是平衡状态；单位时间内m mol A 断键反应，则说明有p mol C生成(同时p mol C也断键反应) ，故⑥能说明反应已达平衡状态；体系的总质量和总体积始终不变，体系的密度始终不变，故⑦不能说明反应已达平衡状态。
3. (2015·山西校级模拟) 一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g)
2Z(g)，若X 、
B. ②③④⑥ C. ①③④⑤
D. ③④⑥⑦
pC(g)+qD(g)，当m 、n 、p 、q 为任意整数时，反应达到平衡的标志
Y 、Z 的起始浓度分别为c 1、c 2、c 3(均不为零) ，达到平衡时，X 、Y 、Z 的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1，则下列判断正确的是( )
A. c1∶c2=3∶1
B. 平衡时，Y 和Z 的生成速率之比为2∶3 C. X、Y 的转化率不相等
D. c1的取值范围为0
【解析】 X 与Y 的平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c 1∶c2=1∶3，X 、Y 的转化率相等，A 、C 不正确；平衡时Y 生成表示逆反应，Z 生成表示正反应，且v(Y)
生成
∶v(Z)生成应为3∶2，B 不正确；用极值法来确定c 1的浓度范围是0
mol·L-1。
4. (1)(2015·海南卷节选) 硝酸铵加热分解可得到N 2O 和H 2O ，250 ℃时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式
为 ，平衡常数表达式为 ；若有1 mol 硝酸铵完全分解，转移的电子数为 mol。 (2)(2014·福建卷) 已知T ℃时，反应FeO(s)+CO(g)K=0.25。
①T ℃时，反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)= 。
②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，T ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x= 。 【答案】 (1)NH4NO 3(2)①4∶1 ②0.05
【解析】 (1)根据平衡常数的定义可书写该反应的平衡常数表达式，硝酸铵为固体，不出现在平衡常数表达式中；硝酸铵中N 元素的化合价从+5价降低到+1价或从-3价升高到+1价，均转移4个电子，所以有1 mol硝酸铵完全分解，则转移4 mol电子。
N 2O↑+2H2O↑ K=c(N2O)·c2(H2O) 4
Fe(s)+CO2(g)的平衡常数
n (CO 2) c (CO 2) (2)①据题意有K=c (CO ) =0.25=V ，则n(CO)∶n(CO2)=4∶1。②据题意有n(CO)∶n(CO2)=(x-0.01)∶0.01=4∶1，解得x=0.05。
【自主学习】
考点1 化学平衡的建立与特征
【基础梳理】
1. 可逆反应
(1)概念：在 条件下，既能向 方向进行，又能向 方向进行的反应，叫做可逆反应。
(2)符号：可逆反应用“
”符号，而不用“
”表示。
(3)特点：在 条件下，正、逆反应 进行，反应物的转化率 100%。
2. 化学平衡的建立
(1)概念：在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率 逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持 的状态，称为化学平衡状态。
(2)化学平衡的建立
微课29 判断化学平衡状态的标志
化学平衡状态的本质特征是正反应速率和逆反应速率相等，这是判断化学平衡状态的根本标志。由于v(正)=v(逆) ，可使平衡体系中各组分的质量分数保持不变，所以一般情况下平衡体系的压强、气体密度、浓度等多种宏观性质也保持不变，这些宏观的特征有时也可作为判断化学平衡状态的标志。判断反应是否达到平衡的标志总结如下：
【举题说法】
【例题1】 (2015·江西临川联考) 在一个恒容绝热的密闭容器中，发生可逆反应：M(?)+2N(g)
( )
P(g)+Q(g)ΔH>0 ，已知M 的状态未知，则反应达到平衡的标志是
①当物质M 、N 、P 的体积分数比为 1∶ 1∶1时 ②混合气体的密度不变时 ③体系的温度不变时 ④反应速率2v (N)正=v(Q)逆时 ⑤体系的压强不变时 ⑥气体的平均相对分子质量不变时
A. ①③④ B. ③⑥ C. ②③⑥ D. ③④⑤
【答案】 B
【解析】 当物质M 、N 、P 的体积分数比不变时达到平衡状态，①错误；若M 是气体，反应前后密度恒定，此时混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，②错误；因为是恒容绝热容器，反应过程中伴随着热效应，因而体系温度会发生变化，当温度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；v (N)正=2v (Q)逆时才达到平衡状态，④错误；当M 是非气体时，反应前后气体体积不变，此时压强不变不能说明达到平衡状态，⑤错误；若M 是气体，反应正向进行，气体物质的量减小，气体质量不变，则气体的平均相对分子质量增大，若M 是非气体，反应正向进行，气体质量增大，气体物质的量不变，气体的平均相对分子质量增大，因而无论M 是什么状态，当气体的平均相对分子质量不变时均可说明反应达到平衡状态，⑥正确。
【变式】1 在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)C(s)+H2
O(g)CO(g)+H2(g)；(乙)CO(g)+H2
O(g)
CO 2(g)+H2(g)。现有下列状态：①混合气体
平均相对分子质量不再改变；②恒温时，气体压强不再改变；③各气体组分浓度相等；④断裂氢氧键的速率等于断裂氢氢键速率的2倍；⑤混合气体密度不变；⑥单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1；⑦同一时间内，水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量。其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是 ( ) A. ①②⑤
B. ③④⑥ C. ①⑥⑦
D. ④⑦
【答案】 D
【解析】 甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于气体体积不相等的反应，乙容器中，反应属于等气体分子数的反应，气体相对分子质量、密度、压强都始终不变，①②⑤错误；各组分浓度相等，不能判断反应是否达到了平衡状态，③错误；断裂氢氧键速率等于断裂氢氢键速率的2倍，经转化得，氢氧键的断裂速率等于生
成氢氧键的速率，④正确；消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向，⑥错误；经转化得消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量，⑦正确。
考点2 化学平衡常数及其计算
【基础梳理】
1. 化学平衡常数
化学平衡常数的表示：在 温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时， 浓度幂之积与 浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，符号为K 。在一定温度下的可逆反应：
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)达到
平衡状态时，平衡混合气体中各组分浓度之间满足如下关系(化学平衡常数) ：
K= 。
2. 平衡常数的意义
平衡常数K 的大小能衡量一个化学反应进行的 (也叫反应的限度) 。K 值越大，表示反应进行的 ；K 值越小，表示反应进行的 。
3. 影响平衡常数的因素
(1)K值只与 有关，而与反应物、生成物的浓度无关。如果可逆反应是放热反应，升高温度平衡常数K ；如果可逆反应是吸热反应，升高温度平衡常数K 。
(2)在平衡常数的表达式中，只包括气体和溶液中各溶质的浓度，而不包括固体或纯液体的浓度。在一般情况下，固体或纯液体参加的反应以及在稀溶液中有水参与的反应，它们的浓度不变或变化很小，本身就是或可以看作是一个常数，不在表达式中出现。
如：CaCO 3(s)
2-Cr 2O 7+H2O
CaO(s)+CO2(g)K=c(CO2)
2-O 2Cr 4+2H+
2-c 2(CrO 4) ⋅c 2(H +)
22-c (Cr O ) 27K=
(3)平衡常数表达式与化学方程式的化学计量数有关。同一个化学反应，化学方程式中化学计量数成比例扩大或缩小时，平衡常数的表达式不一样。注意体会K 1、K 2、K 3的关系，如：
2NO 2(g)
c (N 2O 4)
2c N 2O 4(g) K 1=(NO 2)
N 2O 4(g)2NO 2(g)
1
2N 2O 4(g)
c 2(NO 2) K 2=c (N 2O 4) c (N 2O 4) K =c (NO 2)
3
12
NO 2(g)
(4)平衡常数数值的大小，只能说明一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如2SO 2(g)+O
2
2SO 3(g)，298 K时
K=3.6×1024很大，但由于反应速率太慢，常温时几乎不发生反应。
【举题说法】
[化学平衡常数(K)以及转化率(α) 的计算]
【例题2】 (2015·重庆卷) 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H 2S 混合加热并达到下列平衡：
CO(g)+H2S(g)
COS(g)+H2(g)K=0.1
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，H 2S 浓度增加，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H 2S 的物质的量为7 mol D. CO的平衡转化率为80% 【答案】 C