资源简介

第2节　化学反应的限度
第1课时　化学平衡常数　平衡转化率(基础课)
学习任务 1．通过“H2(g)＋I2(g) 2HI(g)”体会化学平衡常数模型构建过程，能书写化学平衡常数表达式；能进行平衡常数、转化率的简单计算。 2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动的方向。
旧知回顾 1．可逆反应的含义：在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。 2．可逆反应的特征：在一定条件下反应物不可能全部转化为反应产物，反应只能进行到一定的程度，存在一定的反应限度。 3．化学平衡状态：在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和反应产物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等的状态。
一、化学平衡常数
1．交流·研讨
(1)698.6 K 时反应体系H2(g)＋I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度，如下表所示：
初始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) 平衡时
c始(H2) c始(I2) c始(HI) c平(H2) c平(I2) c平
0.010 67 0.011 96 0 0.001 83 0.003 13 0.017 67 __________
0.011 35 0.009 04 0 0.003 56 0.001 25 0.015 59 __________
0.011 34 0.007 51 0 0.004 57 0.000 74 0.013 54 __________
0 0 0.004 49 0.000 48 0.000 48 0.003 53 __________
__________
平均值 __________
(2)分析上表数据可知，该反应在698.6 K 达到平衡时是一个常数。
2．平衡常数表达式
(1)概念：以化学反应aA＋bB cC＋dD为例：K＝，单位：(mol·L-1)(c＋d)－(a＋b)。
(2)意义
对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的____(即反应限度)。平衡常数的数值越__，说明反应可以进行得越完全。
(3)影响因素
① 内因：反应物的________。
② 外因：反应体系的____。
(4)应用
①判断反应可能进行的程度
K ＜10-5 (或＜10-6) 10-5～105 (或10-6～106) ＞105 (或＞106)
反应程度 很难进行 反应可逆 进行较完全
②判断反应是否达到平衡状态
对化学反应aA＋bB cC＋dD的任意状态有浓度商：Q＝。
③ 判断反应的热效应
　写出下列各反应的平衡常数表达式：
(1)CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)__________________。　
(2)3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)__________________。
(3)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)______________________________________。
二、平衡转化率
1．表达式
对于化学反应aA＋bB cC＋dD，反应物A的平衡转化率可以表示为
α(A)＝×100%＝×100%＝×100%。
2．规律
(1)同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物转化率相同。
(2)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的物质的量，可以____其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会____。
　25 ℃时，密闭容器中A、B、C三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质 A B C
初始浓度/(mol·L-1) 2 3 0
平衡浓度/(mol·L-1) 1.5 1.5 1
则A的平衡转化率为________，B的平衡转化率为________。
探究化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H22NH3。请根据图示填表：
N2＋3H22NH3 2NH3N2＋3H2
反应物 浓度 v正 反应 产物 浓度 v逆 反应物 浓度 v正 反应 产物 浓度 v逆
开始时 c始(N2) ____ c始(H2) ____ 最大 0 0 c始(NH3) ____ 最大 0 0
进行中 c(N2) ____ c(H2) ____ 减小 增大 增大 c(NH3) ____ 减小 增大 增大
平衡时 c平(N2) ____ c平(H2) ____ 不变 不变 不变 c平(NH3) ____ 不变 不变 不变
上述过程的v-t图像表示为
1．利用速率关系判断化学平衡状态的“两角度”
(1)对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率。
(2)对于不同物质而言，速率之比等于化学方程式中化学式前的系数之比，但必须是不同方向的速率。
2．利用“变量”与“不变量”判断
(1)确定反应中“变量” 随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，表明反应已达平衡状态。而当“不变量”不变时，不能判断反应是否处于平衡状态
(2)把握常见的“变量” 气体的颜色
对于气体体积有变化的反应，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强
对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应，混合气体的平均相对分子质量
对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等
注意：在利用、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题
【例题】　可逆反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，该反应达到平衡状态的标志是(　　)
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦　　　　　 B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
判断可逆反应是否达到平衡状态的思路
1．在恒温恒容的密闭体系中，可逆反应：A(s)＋2B(g) 2C(g)　ΔH<0，不能作为该反应达到化学平衡的标志的是(　　)
①v正(B)＝v逆(C)　②n(B)∶n(C)＝1∶1　③容器内压强不再改变　④容器内气体的密度不再改变　⑤容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
A．②④⑤　　　　　　 B．②③
C．①③⑤ D．③④
2．对于可逆反应4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是(　　)
A．达到平衡状态时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成x mol NO的同时消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态
C．恒容容器中气体密度不再改变能说明反应达到平衡状态
D．化学反应速率关系：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
3．下列说法可以证明反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)已达平衡状态的是______(填序号)。
①单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI　②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂　③百分含量ω(HI)＝ω(I2)　④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1　⑥体积一定时，某一反应产物浓度不再变化　⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化　⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化　⑩压强一定时，混合气体的密度不再变化
化学平衡常数的理解与应用
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
1．该反应的化学平衡常数K的表示式是什么？
2．该反应ΔH＞0还是ΔH＜0
3．在800 ℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度：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，反应向哪个方向进行？
1．化学平衡常数表达式的书写及注意事项
(1)对于可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，K＝(计算平衡常数K利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，也不能用各物质的物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。如①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，K＝；②FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)，K＝。
(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学式前的系数改变，化学平衡常数均发生改变。举例如下：
化学方程式 平衡常数表达式 关系式
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝ K2＝K3＝
N2(g)＋H2(g) NH3(g) K2＝
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) K3＝
(3)注意事项
①K越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。
②K受温度影响，与反应物或反应产物的浓度变化无关。
③催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。
2．化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行程度的大小。
(2)判断反应是否平衡及不平衡时的反应方向。
(3)判断反应的热效应。
1．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)　K1＝1×10-30
②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g)　K2＝2×1081 mol-1·L
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10-92 mol·L-1
下列说法正确的是(　　)
A．NO分解反应：NO(g) N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×1015
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，2 mol NO、2 mol H2O(g)、2 mol CO2三种物质分解放出1 mol O2的倾向顺序为NO>CO2>H2O
D．温度升高，题述三个反应的平衡常数均增大
2．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示：
t/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38
下列有关叙述不正确的是(　　)
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO为 0.4 mol，则该反应达到平衡状态
D．若平衡浓度符合下列关系式：＝，则此时的温度为1 000 ℃
有关化学平衡常数及平衡转化率的计算
羰基硫(COS)是具有臭鸡蛋气味的无色气体，在工业生产中可用作粮食熏蒸剂，能够防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。羰基硫可由一氧化碳与硫化氢在一定温度、常压下催化反应制得。
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)　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。
1．反应前H2S的物质的量是多少？
2．CO的平衡转化率为多少？
3．羰基硫(COS)的产率为多少？
1．明确三个量及其关系
(1)三个量：起始量、变化量、平衡量。
(2)三个关系：
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一反应产物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各物质的转化量之比等于化学方程式中各物质的化学式前面的系数之比。
2．掌握一种方法——“三段式”法
　　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
初始浓度/(mol·L-1) a b 0 0
转化浓度/(mol·L-1) mx nx px qx
平衡浓度/(mol·L-1) a－mx b－nx px qx
3．基本计算关系
(1)各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学式前的系数之比。
(2)反应物的转化率＝×100%＝×100%。
(3)生成物的产率＝×100%。
(4)平衡时各气体组分的体积分数＝该气体组分的物质的量分数＝×100%。
1．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示：
物质 X Y Z
初始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.2 0
平衡浓度/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.1
下列说法错误的是(　　)
A．反应达到平衡时，X的转化率为50%
B．反应可表示为X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，其平衡常数为1 600 mol-2·L2
C．增大压强，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
2．将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。某温度下反应达到平衡，平衡常数K＝·L-2，此时测得CO的物质的量为0.10 mol。则CH4的平衡转化率为________(计算结果保留两位有效数字)。
[教材　观察·思考]
1．(1)反应SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L-1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求在该温度下，此反应的平衡常数是多少？
(2)在(1)中温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L-1，NO2(g)的初始浓度仍为，达到化学平衡时各物质的浓度分别是多少？
2．计算(1)中NO2的转化率，(2)中SO2、NO2的转化率并比较，你能得出什么结论？
1．平衡常数：以化学反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)为例：K＝，只受温度影响。 2．平衡转化率：α(A)＝×100%。 3．平衡常数和平衡转化率的计算方法——“三段式”。
1．一定条件下反应2AB(g) A2(g)＋B2(g)达到平衡状态的标志是(　　)
A．单位时间内生成n mol A2，同时消耗2n mol AB
B．容器内，3种气体AB、A2、B2共存
C．AB的消耗速率等于A2的消耗速率
D．容器中各组分的物质的量分数不随时间变化
2．某温度时，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K＝a(mol·L-1)-2，则此温度下(g)的平衡常数的数值为(　　)
A． B． C．a D．
3．将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g) nC(g)＋2D(g)，5 s后反应达到平衡状态，生成2 mol D和2 mol C。下列说法不正确的是(　　)
A．该温度下反应的化学平衡常数为
B．n等于2
C．平衡时B的浓度为1 mol·L-1
D．平衡时B的转化率为50%
4．一定温度下，在密闭容器中，发生反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，达到化学平衡时，测得混合气中NO2浓度为0.06 mol·L-1，O2的浓度为0.12 mol·L-1。
求：(1)该可逆反应的平衡常数K＝______。
(2)此时NO2的转化率为________。
1/1

展开更多......

收起↑