2024-2025學年新教材高中化學第2章化學反應速率與化學平衡第2節(jié)微專題3化學平衡常數(shù)的應用方向教案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE3-微專題3化學平衡常數(shù)的應用方向[微點突破]1．考查化學平衡常數(shù)(K)的計算方法——三段式法三段式法就是依據(jù)化學方程式列出各物質的起始量、變更量和平衡量，然后依據(jù)已知條件建立代數(shù)等式而進行解題的一種方法。這是解答化學平衡計算題的一種“萬能方法”，只要已知起始量和轉化率就可用平衡模式法解題。對于反應前后氣體體積變更的反應，假如已知反應前氣體的總物質的量與反應后氣體的總物質的量的差值，也可用差量法解題。【典例1】在1.5L的密閉容器中通入2molN2和3molH2，混合氣體在肯定溫度下發(fā)生反應。達到平衡時，容器內壓強為反應起先時的0.8，則該反應的化學平衡常數(shù)約為()A．0.34 B．0.64C．0.44 D．0.54C[定T、V的狀況下，壓強之比等于物質的量之比，設N2轉化xmol，則N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量/mol2 30轉化量/molx 3x2x平衡量/mol2－x 3－3x2xeq\f(p平,p始)＝eq\f(n平,n始)＝eq\f(5－2x,5)＝eq\f(0.8,1)，解得x＝0.5，則K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,1.5)))eq\s\up12(2),\f(1.5,1.5)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,1.5)))eq\s\up12(3))＝eq\f(4,9)≈0.44。]2．考查利用K值變更推斷反應的熱效應其他條件不變時，若正反應是吸熱反應，由于上升(或降低)溫度時平衡向正(或逆)反應方向移動，K值增大(或減小)；若正反應是放熱反應，由于上升(或降低)溫度時平衡向逆(或正)反應方向移動，K值減小(或增加)；所以溫度上升時平衡常數(shù)可能增大，也可能減小，但不會不變?！镜淅?】高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應為eq\f(1,3)Fe2O3(s)＋CO(g)eq\f(2,3)Fe(s)＋CO2(g)。已知該反應在不同溫度下的平衡常數(shù)如下：溫度/℃100011501300平衡常數(shù)4.03.73.5該反應的平衡常數(shù)表達式K＝__________，ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)。[解析]因Fe和Fe2O3都為固體，不能代入平衡常數(shù)的表達式，所以K＝eq\f(cCO2,cCO)，由表中數(shù)據(jù)知，溫度上升，平衡常數(shù)減小，說明平衡向左移動，故ΔH＜0。[答案]eq\f(cCO2,cCO)＜3．考查可逆反應是否達到平衡狀態(tài)及反應方向的推斷在溫度肯定的條件下，推斷一個化學反應是否達到平衡的依據(jù)是：計算出來某一時刻該反應的濃度商Q，將其與平衡常數(shù)K進行比較，假如二者相等，則說明反應已達到平衡狀態(tài)，否則該反應處于非平衡狀態(tài)。假如反應中有固體或純液體參與，則它們的濃度不列入平衡常數(shù)表達式中，一般步驟為設任一時刻的濃度商(即同樣應用K的計算式，但為某一時刻的)為Q，若Q＝K，說明反應平衡；Q>K，說明反應向逆向進行；Q<K，說明反應向正向進行。【典例3】在肯定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化學平衡常數(shù)K和溫度t的關系如表所示：t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6在800℃時，發(fā)生上述反應，某一時刻測得容器內各物質的濃度分別為c(CO2)為2mol·L－1，c(H2)為1.5mol·L－1，c(CO)為1mol·L－1，c(H2O)為3mol·L－1，則下一時刻，反應向________(填“正向”或“逆向”)進行。[解析]推斷反應進行的方向時，可依據(jù)Q與K的大小關系進行推斷，此時刻下，Q＝eq\f(cCO·cH2O,cCO2·cH2)＝eq\f(1mol·L－1×3mol·L－1,2mol·L－1×1.5mol·L－1)＝1>0.9，所以反應向逆反應方向進行。[答案]逆向4．考查利用K計算平衡濃度和反應物的轉化率依據(jù)起始濃度(或平衡濃度)和平衡常數(shù)可以計算平衡濃度(或起始濃度)，從而計算反應物的轉化率。對于反應：aA＋bBcC＋dD，反應物A的轉化率可以表示為α(A)＝eq\f(A的初始濃度－A的平衡濃度,A的初始濃度)×100%＝eq\f(c0A－cA,c0A)×100%＝eq\f(反應物轉化的物質的量或濃度,反應物起始的物質的量或濃度)×100%?！镜淅?】可逆反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在密閉容器中建立了平衡。當溫度為749K時，K＝eq\f(9,4)，問：(1)當CO和H2O的起始濃度為2mol·L－1時，CO的轉化率為________。(2)當CO的起始濃度仍為2mol·L－1，H2O的起始濃度為6mol·L－1時，CO的轉化率為________。[解析](1)設CO的轉化量為x，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/(mol·L－1)2 2 0 0轉化/(mol·L－1)x x x x平衡/(mol·L－1)2－x 2－x x xK＝eq\f(x2,2－x2)＝eq\f(9,4)＝解得：x＝1.2，CO的轉化率：eq\f(1.2mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝60%。(2)設CO的轉化量為y，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/(mol·L－1)2 6 0 0轉化/(mol·L－1)y y y y平衡/(mol·L－1)2－y 6－y y yK＝eq\f(y2,2－y6－y)＝eq\f(9,4)，解得：y≈1.7CO的轉化率：eq\f(1.7mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝85%。[答案](1)60%(2)85%[專題對練]1．某溫度下，向容積為2L的密閉反應器中充入0.10molSO3，當反應器中的氣體壓強不再變更時，測得SO3的轉化率為20%，則該溫度下反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常數(shù)為()A．3.2×103 B．1.6×103C．8.0×102 D．4.0×102A[2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)c(始)/(mol·L－1)0 0 0.05c(變)/(mol·L－1)0.01 0.005 0.01c(平)/(mol·L－1)0.01 0.005 0.04K＝eq\f(c2SO3,c2SO2·cO2)＝3.2×103。]2．肯定條件下，將3molA和1molB兩種氣體混合于固定容積為2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(s)。2min末該反應達到平衡，生成0.8molD，并測得C的濃度為0.2mol·L－1。下列推斷正確的是()A．該條件下此反應的化學平衡常數(shù)約為0.91B．A的平均反應速率為0.3mol·L－1·s－1C．B的轉化率為60%D．若混合氣體的密度不再變更時，該反應不肯定達到平衡狀態(tài)A[平衡時，n(C)＝0.2mol·L－1×2L＝0.4mol，n(D)＝0.8mol，故n(C)∶n(D)＝1∶2，所以x＝1；平衡時A、B、C的濃度分別為0.9mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，則平衡常數(shù)K＝eq\f(0.2,0.93×0.3)≈0.91，A對；v(C)＝eq\f(0.2mol·L－1,2min)＝0.1mol·L－1·min