人教版高中化学选择性必修1第2章第2节第2课时化学平衡常数课件+练习含答案(教师用)(共42张PPT)

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第二章 第二节 第二课时
一、选择题
1.已知下列反应的平衡常数:
H2(g)+S(s)??H2S(g),K1;
S(s)+O2(g)??SO2(g),K2。
则反应:H2(g)+SO2(g)??O2(g)+H2S(g)的平衡常数为( D )
A.K1+K2 B.K-K2
C.K1×K2 D.
2.T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气(COCl2),发生反应COCl2(g)??CO(g)+Cl2(g),同时还发生反应2CO(g)??2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,则该温度下,CO(g)+Cl2(g)??COCl2(g)的平衡常数K为( D )
A. B.2
C. D.
解析:T ℃时,在3 L的密闭容器中充入4 mol光气,同时发生的反应还有2CO(g)??2C(s)+O2(g),当反应达到平衡时,测得CO(g)和C(s)的物质的量分别为2 mol和1 mol,设消耗COCl2(g)物质的量为x
      COCl2(g)??Cl2(g)+CO(g)
起始量(mol)   4    0    0
变化量(mol)   x    x    x
平衡量(mol)  4-x    x    x
      2CO(g)??2C(s)+O2(g)
起始量(mol)  x     0   0
变化量(mol)  1     1   0.5
平衡量(mol)  2     1   0.5
      x=3 mol
则平衡浓度c(COCl2)为 mol·L-1,c(Cl2)为1 mol·L-1,c(CO)为 mol·L-1。COCl2(g)??Cl2(g)+CO(g)的平衡常数K′==2,则该温度下,Cl2(g)+CO(g)??COCl2(g)的平衡常数K=。
3.下列关于平衡常数K的说法正确的是( C )
A.加入催化剂可能会改变平衡常数K
B.改变反应物浓度能改变平衡常数K
C.平衡常数K与反应本身及温度有关
D.K越大,反应物的转化率越小
解析:化学平衡常数K与化学反应本身及温度有关,加入催化剂、改变反应物浓度等均不能改变平衡常数K;平衡常数K越大,反应正向进行的程度越大,反应物的转化率越大,故选C。
4.在一定条件下,有下列分子数相同的可逆反应,其平衡常数K值分别是
①H2+F2??2HF K=1047
②H2+Cl2??2HCl K=1017
③H2+Br2??2HBr K=109
④H2+I2??2HI K=1
比较K值大小,可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是( A )
A.①②③④ B.④②③①
C.①④③② D.无法确定
解析:化学平衡常数越大,正反应进行程度越大。
5.下列关于化学平衡常数的说法中正确的是( B )
A.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值
B.化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度
C.化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关
D.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数一定会发生改变
解析:化学平衡常数可推断一个反应进行的程度,K越大,正向进行程度越大,化学平衡常数K只与温度有关,与浓度、压强、催化剂等无关,故选B。
6.对于可逆反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g),下列措施能使反应物中化学反应速率和化学平衡常数都变化的是( C )
A.加入SO2 B.使用催化剂
C.升高温度 D.增大压强
解析: 化学平衡常数只受温度影响,不受浓度、压强、催化剂影响,C项符合题意。
7.已知反应A(g)+2B(g)??C(g),在密闭容器中充入A、B、C三种气体,至建立化学平衡后,在温度不改变的前提下将体积缩小,则该反应此时的平衡常数( D )
A.增大为原来的3倍 B.增大为原来的2倍
C.增大为原来的9倍 D.不变
解析:化学平衡常数仅与温度有关,温度不变,则平衡常数不变。
8.向300 mL的密闭容器中放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应Ni(s)+4CO(g)??Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如表:
温度/℃ 25 80 230
平衡常数 5×104 2 1.9×10-5
下列说法不正确的是( C )
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应
B.在25 ℃时,反应Ni(CO)4(g)??Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5
C.在80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v正>v逆
D.在80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1
解析:由表格数据可知,随着温度的升高,化学平衡常数减小,说明正反应是放热反应,A项正确;Ni(CO)4(g)??Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为已知反应平衡常数的倒数,即为=2×10-5,B项正确;80 ℃时K=2,此时浓度商Q==8>2,故反应逆向进行,此时v正9.甲醇既是重要的化工原料,又是电动公交车的清洁能源,利用水煤气在一定条件下合成甲醇,发生的反应为CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g) ΔH<0,下列说法正确的是( B )
A.该反应的平衡常数表达式为
B.保持其他条件不变,仅适当升高温度,该反应的平衡常数减小
C.保持其他条件不变,仅充入少量的CO,该反应的逆反应速率减小
D.在反应过程中,可能存在v(CH3OH)=2v(H2)
解析:平衡常数表达式为,A项错误;该反应是放热反应,保持其他条件不变,仅适当升高温度,平衡逆向移动,该反应的平衡常数减小,B项正确;保持其他条件不变,仅充入少量的CO,逆反应速率增大,C项错误;在反应过程中,速率比等于计量数之比,如2v正(CH3OH)=v逆(H2),D项错误。故选B。
10.某温度下,在2 L的密闭容器中充入1 mol X(g)和2 mol Y(g),发生反应:X(g)+mY(g)??3Z(g),达平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中充入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( D )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.第一次平衡时,X与Y的平衡转化率之比为1?1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
解析:根据再次充入1 mol Z(g),平衡后X、Y、Z的体积分数不变,可知该反应是一个反应前后气体体积相等的反应,因此m=2;由于温度没有变化,故两次平衡的平衡常数相同;因为是按照化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化率相等;该反应前后气体体积不变,因此反应后气体的物质的量与反应前一样,都为4 mol,而平衡后Z的体积分数为10%,平衡时Z的物质的量为4 mol×10%=0.4 mol,容器容积为2 L,Z的浓度为0.2 mol·L-1。
11.一定温度下,将2 mol A和2 mol B两种气体混合放入体积为2 L的密闭刚性容器中,发生反应3A(g)+B(g)??xC(g)+2D(g),2 min末反应达到平衡,生成0.8 mol D,并测得C的物质的量浓度为0.4 mol·L-1,下列说法正确的是( C )
A.x的值为1
B.A的平衡转化率为40%
C.此温度下该反应的平衡常数K的数值等于0.5
D.A和B的平衡转化率相等
解析:平衡时C的物质的量为0.8 mol,与D相等,则x的值为2;平衡时A消耗了1.2 mol,则其平衡转化率为60%;此温度下该反应的平衡常数K==0.5;由于未按照对应的化学反应系数之比投料,所以A、B的平衡转化率不相等。
二、非选择题
12.Ⅰ.已知在448 ℃时,反应H2(g)+I2(g)??2HI(g)的平衡常数K1为49,则该温度下反应2HI(g)??H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为  ;反应H2(g)+I2(g)??HI(g)的平衡常数K3为_7__。
Ⅱ.在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示:
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题:
(1)该反应的逆反应为_放热__(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_AC__。
A.混合气体中c(CO)不变
B.c(CO2)=c(CO)
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.容器中压强不变
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为_830__ ℃,在此温度下,加入2 mol的CO和3 mol的H2O,达到平衡时,CO的转化率为 60% 。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 mol·L-1,c(H2)为1.5 mol·L-1,c(CO)为1 mol·L-1,c(H2O)为3 mol·L-1,则下一时刻,反应将_逆向__(填“正向”或“逆向”)进行。
解析:Ⅰ.由K1·K2=1和K1=49可知,K2==,又由K3=可得K3=7。
Ⅱ.(1)根据方程式CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g),平衡常数与温度的关系式可知,平衡常数K=随温度的升高而增大,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,逆反应为放热反应。
(2)在一定条件下,当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变(混合物中各组分的百分含量不再改变),达到一种表面静止的状态,即“化学平衡状态”,则混合气体中c(CO)不变,A正确;c(CO2)=c(CO)不能说明正逆反应速率是否相等,则不一定处于平衡状态,B错误;当v正(H2)=v逆(H2O)=v逆(H2)时,则说明该反应处于平衡状态,C正确;根据方程式可知反应前后体积不变,压强始终不变,因此容器中压强不变不一定处于平衡状态,D错误。
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),由平衡常数K=可知平衡常数K=1,结合图表分析可知当K=1时的温度为830 ℃,由三段式可知
      CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)
起始量(mol)  2   3    0   0
转化量(mol)  x   x    x   x
平衡量(mol)  2-x  3-x   x   x
平衡时c(CO2)·c(H2)===c(CO)·c(H2O)且反应前后体积不变,因此可得(2-x)(3-x)=x2,解得x=1.2,即转化率=×100%=60%。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2 mol·L-1,c(H2)为1.5 mol·L-1,c(CO)为1 mol·L-1,c(H2O)为3 mol·L-1,此时浓度商为=1>0.9,因此该反应向逆反应方向进行。
13.(1)氢是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,因此氢能被称为人类的终极能源。氢气是一种绿色能源,又是一种重要的化工原料。如何将水中的氢释放出来是目前氢能研究的重要课题。
以生物材质(以C计)与水蒸气反应制取H2是一种低耗能、高效率的制H2方法。该方法由气化炉制造H2和燃烧炉再生CaO两步构成。气化炉中涉及的反应为
Ⅰ.C(s)+H2O(g)??CO(g)+H2(g) K1;
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g) K2;
Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)??CaCO3(s) K3;
该工艺制H2总反应可表示为C(s)+2H2O(g)+CaO(s)??CaCO3(s)+2H2(g),用K1、K2、K3的代数式表示此反应的平衡常数K。
(2)在化学平衡体系中,各气体物质的分压(分压=总压×该气体的体积分数或物质的量分数)代替浓度,计算的平衡常数叫做压强平衡常数。单位与表达式有关。
如反应aA(g)+bB(g)??cC(g)+dD(g),p(A)=×p总,Kp=。对于在恒压容器中进行的反应N2(g)+3H2(g)??2NH3(g),若起始投料为N2 1 mol、H2 3 mol,转化率为50%,压强平衡常数Kp是多少?(大气压为p0)
答案:(1)K=K1·K2·K3 (2)Kp=
解析:(1)已知:Ⅰ.C(s)+H2O(g)??CO(g)+H2(g) K1,
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g) K2,
Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)??CaCO3(s) K3,
反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之和为反应
C(s)+2H2O(g)+CaO(s)??CaCO3(s)+2H2(g)
则K=K1·K2·K3。
(2)列出“三段式”如下:
   N2(g)+3H2(g)??2NH3(g)
起始   1 mol  3 mol    0
转化  0.5 mol 1.5 mol   1 mol
平衡  0.5 mol 1.5 mol   1 mol,
则Kp===。
14.某温度下,在一密闭容器中充入一定量CO2,并加入足量铁粉,发生反应Fe(s)+CO2(g)??FeO(s)+CO(g),测得CO2和CO浓度随时间的变化如图所示:
(1)0~8 min,v(CO)=_0.062_5__ mol·L-1·min-1。
(2)已知:反应Fe(s)+CO2(g)??FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)??FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。不同温度时K1、K2的值如下表:
温度/K K1 K2
973 1.47 2.38
1 173 2.15 1.67
根据表中数据,计算反应CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g)的K。
①温度为973 K时:K=_0.62__。
②温度为1 173 K时:K=_1.29__。
解析:(1)v(CO)===0.062 5 mol·L-1·min-1。
(2)Fe(s)+CO2(g)??FeO(s)+CO(g)
K1=;
Fe(s)+H2O(g)??FeO(s)+H2(g)
K2=;
而CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g)的平衡常数K==,故973 K时,K==≈0.62;1 173 K时,K=≈1.29。
15.在80 ℃时,将0.4 mol的四氧化二氮气体充入2 L已抽成真空的固定容积的密闭容器中,隔一段时间对该容器内的物质进行分析,得到如下数据:
   时间(s)c(mol·L-1)   0 20 40 60 80 100
c(N2O4) 0.20 a 0.10 c d e
c(NO2) 0.00 0.12 b 0.22 0.22 0.22
反应进行至100 s后将反应混合物的温度降低,发现气体的颜色变浅。
(1)该反应的化学方程式为 N2O4(g)??2NO2(g) 表中b_>__(填“<”“=”或“>”)c。
(2)20 s时,N2O4的浓度为_0.14__mol·L-1,0~20 s内N2O4的平均反应速率为_0.003_mol·L-1·s-1__。
(3)该反应的平衡常数表达式K=  ,在80 ℃时该反应的平衡常数K值为_0.54__(保留2位小数)。
(4)在其他条件相同时,该反应的K值越大,表明建立平衡时_ABD__。
A.N2O4的转化率越高
B.NO2的产量越大
C.N2O4与NO2的浓度之比越大
D.正反应进行的程度越大
解析:(1)根据题中信息,知
           N2O4(g)??2NO2(g)
开始浓度/(mol·L-1):  0.20     0
20 s时浓度/(mol·L-1): 0.14     0.12
40 s时浓度/(mol·L-1): 0.10     0.20
60 s时浓度/(mol·L-1): 0.09 0.22(此时达到平衡)
所以b>c。
(2)20 s时,c(N2O4)=0.14 mol·L-1,v(N2O4)===0.003 mol·L-1·s-1。
(3)平衡常数K==≈0.54。
(4)K值越大,说明正向反应进行的程度越大,反应进行越完全,反应物转化率越大,故A、B、D正确。
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第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
第2课时 化学平衡常数
1.知道化学平衡常数的含义,会根据化学方程式书写化学平衡常数表达式。
2.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。如计算物质的平衡浓度、转化率等。
1.能建立“逆、等、动、定、变”的认知模型,并利用模型解决化学平衡的实际问题。
2.通过“三段式”分析推理方法,建立化学平衡常数的认知模型,并能根据模型理解本质和规律及进行简单计算。
1.化学平衡时各物质的浓度关系
一、化学平衡常数
近似相等
途径
近似相等
浓度
温度
2.化学平衡常数
(1)浓度商:在任意时刻的____________称为浓度商,常用Q表示,Q是个变量。
(2)化学平衡常数:当可逆反应在一定温度下达到化学平衡时,浓度商是一个常数,把平衡时的浓度商称为化学平衡常数,用K表示,即K
(3)Q与K的关系
当反应中有关物质的浓度商_______平衡常数时,表明反应达到限度,即达到___________状态。
注意 ①固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数。
②在确定的化学反应中,K只受温度影响。
等于
化学平衡
3.化学平衡常数的意义
化学平衡常数是表明_______________的一个特征值。平衡常数的大小反映了可逆反应进行的_______,K越大,正反应进行的程度越大,即该反应进行的越_______。一般来说,当K>105时,该反应就进行得___________了。
化学反应限度
程度
完全
基本完全
正|误|判|断
(1)K越大,表明可逆反应正向进行的程度越大。(  )
(2)浓度、温度变化时,平衡常数都会改变。(  )
(3)K越大,反应越容易进行。(  )
(4)K越大,该可逆反应的速率越快。(  )

×
×
×
深|度|思|考
1.写出下表中各反应的平衡常数表达式。
深|度|思|考
1.写出下表中各反应的平衡常数表达式。
2.已知在一定温度下,下列各反应的焓变和平衡常数如下:
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3=_____________,K1、K2、K3三者关系为K3=_________。
ΔH1+ΔH2
K1·K2
应|用|体|验
1.下列关于平衡常数的说法中,正确的是(  )
A.平衡常数只与反应本身及温度有关
B.改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数
C.加入催化剂可以改变反应速率,并且改变平衡常数
D.在任何条件下,化学平衡常数是一个恒定值
解析:平衡常数只与反应本身及温度有关,催化剂不能改变化学平衡,故加入催化剂不改变平衡常数。
A
2.在一定条件下,对于已达平衡的可逆反应2A(g)+B(g)??2C(g),下列说法中正确的是(  )
B.改变条件后,该反应的平衡常数一定不变
C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化
D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小
解析:化学平衡常数只受温度的影响,B、C、D三项均错误。
A
1/K1
[特别提醒]
(1)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关,对于同一个化学反应,由于书写方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数的表达式不同。K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。
(2)对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2,则:
①若两反应相加,则总反应的平衡常数K=K1·K2。
(4)由于一个化学反应的某一平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种表示形式相对应,因此不能笼统地说某一反应的平衡常数是多少。
二、化学平衡的相关计算
1.计算模型——“三段式”法
    
起始量/mol   a    b   0   0
转化量/mol   mx   nx   px   qx
平衡量/mol  a-mx  b-nx  px   qx
2.思维模型——三步骤
(1)巧设未知量,列全三段式:找已知量,设转化量(若由已知量能列三段式就不必设量)。
(2)抽提关键量,找准关系式:依据转化量之比等于_____________之比或关键量列等式关系。
(3)解答设问题,求解问题项:根据求解量,计算问题项。
化学计量数
3.常见的计算量
正|误|判|断
(1)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。(  )
(2)化学方程式中化学计量数等倍扩大或缩小,化学平衡常数不会发生改变。(  )
(3)化学平衡常数越大,反应物的转化率也越大。(  )

×
×
深|度|思|考
1.反应物的转化率增大,平衡常数一定增大吗?
提示:不一定;在一定温度下,对于一个反应可以通过改变外界条件增大反应物的转化率,但因温度不变,平衡常数也不变。
提示:可以。可根据反应物的起始浓度和平衡常数计算平衡时的浓度,然后根据反应物的变化量可求出其转化率。
应|用|体|验
A.0.025 mol·L-1 B.0.007 5 mol·L-1
C.0.005 mol·L-1 D.0.015 mol·L-1
B
解析:两次反应的温度相同,所以平衡常数不变,据此可以求出结果:
初始(mol·L-1)  0.01   0.01    0      0
转化(mol·L-1)  0.005   0.005   0.005    0.005
平衡(mol·L-1)  0.005   0.005   0.005    0.005
(1)在某温度下,反应物的初始浓度分别为c0(M)=1 mol·L-1,c0(N)=2.4 mol·L-1;达到平衡后,M的平衡转化率为60%,此时N的平衡转化率为__________;
(2)若反应温度不变,反应物的初始浓度分别为c0(M)=4 mol·L-1,c0(N)=a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a=_____。
25%
6
解析:(1)根据题意:
         
初始浓度/(mol·L-1) 1   2.4   0   0
转化浓度/(mol·L-1) 0.6  0.6   0.6  0.6
平衡浓度/(mol·L-1) 0.4  1.8   0.6  0.6
随堂演练·知识落实
1.化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志,在常温下,下列反应的平衡常数数值如下:
B
B.常温下,NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的进行程度由大到小的顺序为NO>H2O>CO2
C.常温下,水分解产生O2,此时平衡常数的数值约为5×10-80
D.以上说法都不正确
A.2 500 B.100
C.0.02 D.0.001
C
A.10.7 B.8.5
C.9.6 D.10.2
B
解析:设平衡时N2O5的浓度减小x,则
     
开始/(mol·L-1)  4   0  0  x    x
转化/(mol·L-1)  x   x   x
平衡/(mol·L-1) 4-x   x  x  1.7   4.5
所以4.5-x=x-1.7,所以x=3.1 mol·L-1,则t ℃时反应①的平衡
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= ______________ 。
(2)该反应为_______反应(填“吸热”或“放热”)。
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
吸热
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度_________℃。此温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g),充分反应,达到平衡时,CO2的转化率为__________。
(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)=2 mol·L-1,c(H2)=1.5 mol·L-1,c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=3 mol·L-1,则正、逆反应速率的比较为v(正)_____(填“>”“<”或“=”)v(逆)。
830
50%
<
解析:(2)温度越高,K值越大,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应。
(3)由题意可得K=1,查表可知对应温度为830 ℃;设反应了的CO2的物质的量为x mol,则消耗掉的H2的物质的量为x mol,生成的CO和H2O的物质的量均是x mol(容器体积为V L)。
则CO2的转化率为50%。

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