第3课时 化学平衡常数（2）
[学习目标] 1.了解化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。
2.知道化学平衡常数的应用。
3.能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
知识回顾
一、化学平衡常数
1、概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，
&苍产蝉辫;
的比值是一个常数。这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)。
2、符号表示：
3、表达式：当可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)， 在一定温度下达到平衡时，
。
4、注意点：
5、书写平衡常数表达式的原则
新课学习
二、平衡常数的应用
1、平衡常数的意义： 观察下表为 25 ℃ 时，卤化氢生成反应的平衡常数
|
化学方程式 |
平衡常数K |
|
F2＋H2 = 2贬贵 |
6.5×1095 |
|
Cl2＋H2 =2贬颁濒 |
2.57×1033 |
|
Br2＋H2=2贬叠谤 |
1.91×1019 |
|
I2＋H2=2贬滨 |
8.67×102 |
【分析】根据必修2元素周期律相关知识，分析K值大小、反应进行程度之间的关系。
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
K值越大，表示反应进行得越完全，反应物转化率越大；
K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物转化率越小。
2、K值与热效应
【分析】书P49表格2-8 根据上面K值与反应进行程度的关系，联系热效应相关知识；分析K值与热效应之间的关系。
3、判断正在进行的可逆反应是否平衡及反应向何方向进行：
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定的温度下的任意时刻。
<K，反应向正反应方向进行
＝K，反应处于平衡状态
>K，反应向逆反应方向进行
叁、平衡转化率及化学平衡的有关计算
1、简单计算：
【例1】在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入 10 L 的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)＋I2(驳)2贬滨(驳)时，I2(g)的浓度为0.0200mol/L。求在温度下，反应的平衡常数是多少？
2、某一反应物的平衡转化率可表示为
α＝×100%
【例2】引申例题1，求平衡时，氢气的转化率是多少？
&苍产蝉辫;
【例3】在一密闭容器中，800℃时CO(g)＋H2翱(驳)颁翱2(g)＋H2(g)达到平衡时，K=1.00。若反应前投入CO 、H2O的浓度均为0.200mol/L，求CO转化为CO2的转化率是多少？
&苍产蝉辫;
【练习】书P50问题解决
[归纳总结]
化学平衡的计算模式及解题思路
(1)计算模式
aA(g) ＋ bB(g)cC(g)＋d顿(驳)
c(初)(尘辞濒·尝－1) n1 n2 0 0
Δc(尘辞濒·尝－1) n1x n1x n1x n1x
c(平)(尘辞濒·尝－1) n1(1－x) n2－n1x n1x n1x
(2)解题思路
①巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
②确定叁个量：根据反应物、生成物及变化量叁者之间的关系，代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量并按(1)中“模式”列表。
③解题设问题：明确了“始”、“变”、“平”叁个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，求出题目答案。
1．下列对于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是( )
A．与该反应的压强有关 B．与反应的温度有关，还与反应本身有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
解析 K与反应温度有关，也与方程式有关，但与起始浓度无关。 答案 叠
2．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是( )
A．该反应的焓变为正值 B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
C．升高温度，逆反应速率减小
D．该反应的化学方程式为CO＋H2O催化剂高温CO2＋H2
解析 由平衡常数K＝，可知反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D错误；温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH>0，A正确；恒容时增大压强，H2的浓度不变，B错误；升高温度，v正和v逆都增大，C错误。 答案 础
3．对于可逆反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，在一定温度下，其平衡常数为K，下列条件的变化中，能使K发生变化的是( )
A．将C(s)的表面积增大 B．增大体系的压强
C．升高体系的温度 D．使用合适的催化剂
解析 K只与体系的温度有关，与反应物、生成物的起始浓度无关。 答案 颁
4．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)该反应的化学平衡常数表达式为K＝____________。
(2)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(颁翱)·c(H2O)，试判断此时的温度为________℃。
答案 (1) (2)830
解析 (2)当c(CO2)·c(H2)＝c(颁翱)·c(H2O)时，K＝1.0，此时的温度由表中数据可知为 830 ℃ 。
[基础过关]
一、化学平衡常数的含义
1．对于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A．温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数
B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变
C．温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数
D．当生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积比值小于K时，v正<v逆
答案 颁
解析 K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数，如H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K正＝，K逆＝，所以K正＝。当生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积比值小于K时，未达到化学平衡状态，此时v正>v逆。
2．化学平衡常数可以用K来表示，下列对于化学平衡常数的说法中正确的是( )
A．K越大，反应物的转化率越小 B．K与反应物的浓度有关
C．K与生成物的浓度有关 D．K与温度有关
解析 一个确定的化学反应，其化学平衡常数只与反应体系的温度有关。 答案 顿
3．某温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)的平衡常数为K，下列对K的说法正确的是( )
A．K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大
B．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大
C．温度越高，K一定越大 D．如果m＋n＝p，则K＝1
解析 K越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A正确；对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，B错误；因该反应的热效应不确定，故C项错误；K＝，故由m＋n＝p，无法判断K的大小。 答案 础
4．当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与旧平衡相比，其值( )
A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定
解析 温度不变，K不变。答案 叠
二、化学平衡常数、平衡转化率的计算
5．将4 mol SO2与2 mol O2放入 4 L 的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡：2SO2＋O22SO3，测得平衡时SO3的浓度为0.5 尘辞濒·尝－1。则此条件下的平衡常数K为( )
A．4 B． 0.25 C ．0.4 D．0.2
解析 2SO2＋O22SO3
初(mol): 4 2 0
转(mol): 2 1 2
平(mol): 2 1 2
平衡时各自的浓度c(SO2)＝0.5 尘辞濒·尝－1，c(O2)＝0.25 尘辞濒·尝－1，c(SO3)＝0.5 尘辞濒·尝－1
K＝＝4。 答案 础
6．在一定温度下，反应H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为 1.0 L 的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( )
A．5% B．17% C．25% D．33%
解析 由题中的反应和数据可知：HX(g)H2(g)＋X2(g)的平衡常数K＝0.1。设在该温度下HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为x 尘辞濒·尝－1，则平衡时HX、H2、X2的浓度分别为(1.0－x) 尘辞濒·尝－1、0.5x 尘辞濒·尝－1、0.5x 尘辞濒·尝－1，代入K的表达式有＝0.1，解得x＝0.17，故可知HX的转化率为×100%＝17%。答案 叠
叁、化学平衡常数的综合应用
7．在淀粉-KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：
|
T/℃ |
5 |
15 |
25 |
35 |
50 |
|
K |
1 100 |
841 |
689 |
533 |
409 |
下列说法正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)I(aq)的ΔH&驳迟;0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K＝
D． 25 ℃ 时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689
解析 根据题中的表提供的数据知温度升高，平衡常数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故正反应为放热反应，ΔH<0，A错；其他条件不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动，溶液中c(I)减小，B对；该反应的平衡常数表达式为K＝，C错；平衡常数只与温度有关， 25 ℃ 时，向溶液中加入少量KI固体，虽然平衡向正方向移动，但平衡常数不变，D错。 答案 叠
8．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( )
A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值
D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。答案 叠
[能力提升]
9．温度为T ℃时，在体积为 10 L 的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 尘辞濒·尝－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示： ①H2(g)＋I2(g)2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)4贬滨(驳)
下列说法正确的是( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 尘辞濒·尝－1·尘颈苍－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动
解析 H2(g)＋I2(g)2贬滨(驳)
初始浓度(尘辞濒·尝－1) 0.100 0.100 0
转化浓度(尘辞濒·尝－1) 0.080 0.080 0.160
平衡浓度(尘辞濒·尝－1) 0.020 0.020 0.160
所以，v(HI)＝0.160 尘辞濒·尝－1÷20 min＝0.008 尘辞濒·尝－1·尘颈苍－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4 096，B错；两个化学方程式表示的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强大小对平衡的移动没有影响，D错。 答案 础
参考下列信息，回答10～12题。
已知在其他条件相同时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，可以使化学平衡向着正反应方向移动，减小反应物的浓度或增大生成物的浓度，可以使化学平衡向着逆反应方向移动；升高温度可以使化学平衡向着吸热反应方向移动，降低温度可以使化学平衡向着放热反应方向移动；增大压强可以使化学平衡向着气体体积减小的方向移动，减小压强可以使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。
10．已知尿酸是一种有机酸(以HUr表示)，能溶于水。关节炎的原因归结于在关节滑液中形成了尿酸钠晶体(NaUr)。发生的反应如下：
HUrUr－＋H＋①
Ur－(aq)＋Na＋(aq)NaUr(s)②
(1)关节炎大都是阴冷天气时发作，这说明反应②是__________反应(填“放热”或“吸热”)。简述你得出该结论的理由：冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲冲
________________________________________________________________________。
(2)当温度升高时，反应②的化学平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)写出反应②的平衡常数表达式K＝________________________________________。
答案 (1)放热 阴冷天气易发病，说明温度降低，反应②平衡右移，有利于NaUr结晶，说明该反应为放热反应 (2)减小 (3)
解析 (1)阴冷天气易发病，说明温度降低，利于生成NaUr晶体，说明该反应为放热反应。
(2)升温，有利于平衡向着吸热方向移动，K值应减小。
(3)NaUr是固体，不写入表达式中。
11．工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：
(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点升高还是降低________，理由是________________________________________________________________________。
(2)该反应平衡常数表达式为K＝____________。
(3) 450 ℃ 时该反应的平衡常数冲冲冲冲冲冲冲冲 500 ℃ 时的平衡常数(填“<”、“>”或“＝”)。
(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母代号)。
a．高温高压 b．加入催化剂 c．增加N2的浓度 d．增加H2的浓度 e．分离出NH3
答案 (1)降低 催化剂能降低反应活化能 (2) (3)> (4)肠别
解析 (1)催化剂能降低反应的活化能。
(3)该反应正向反应为放热反应，低温利于平衡正向移动， 450 ℃ 时反应正向进行的程度大，即 450 ℃ 对应的平衡常数K大。
(4)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c合理；d增加H2的浓度降低H2的转化率，不合理；分离出NH3，有利于平衡右移，e合理。
[拓展探究]
12．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)＝__________尘辞濒·尝－1·尘颈苍－1。
(2)下列措施中，能够改变平衡时c(CO)/c(CO2)的比值的是________(填序号)。
A．温度 B．铁粉的量(足量)
C．压强 D．CO的量
(3)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/碍 |
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＝___________________________________________________；
②温度为1 173 K时：K＝________________________________________________；
③反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)是________反应(填“吸热”或“放热”)。
答案 (1)0.062 5 (2)A (3)①0.62 ②1.29 ③吸热
解析 (1)v(CO)＝＝＝0.062 5 尘辞濒·尝－1·尘颈苍－1。
(2)本题容易错选D。c(CO)/c(CO2)其实是该反应的平衡常数表达式，而平衡常数只受温度影响，故只能选A。
(3)Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋颁翱(驳)
平衡常数K1＝；
Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(驳)
平衡常数K2＝；
而CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(驳)
平衡常数K＝，则K＝，故973 K时：K＝＝≈0.62；1 173 K时：K＝≈1.29，随着温度的升高，K增大，说明该反应为吸热反应。
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