?第3課時　化學平衡常數(shù)
[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]　1.證據(jù)推理：通過化學平衡狀態(tài)時的濃度數(shù)據(jù)分析，認識化學平衡常數(shù)的概念，并能分析推測其相關(guān)應(yīng)用。2.模型認知：構(gòu)建化學平衡常數(shù)相關(guān)計算的思維模型(三段式法)，理清計算的思路，靈活解答各類問題。
一、化學平衡常數(shù)
1．化學平衡狀態(tài)時的濃度數(shù)據(jù)分析
(1)NO2、N2O4的相互轉(zhuǎn)化是一個可逆反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)。在25 ℃時，如果用不同起始濃度的NO2或N2O4進行反應(yīng)，平衡后得到以下實驗數(shù)據(jù)。請根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)填寫空格：
起始濃度/(mol·L－1)
平衡濃度/(mol·L－1)
平衡濃度關(guān)系
c(NO2)
c(N2O4)
c(NO2)
c(N2O4)


2.00×10－2
0
6.32×10－3
6.84×10－3
1.08
1.71×102
3.00×10－2
0
8.00×10－3
1.10×10－2
1.38
1.72×102
0
2.00×10－2
9.46×10－3
1.52×10－2
1.61
1.70×102
0
0.100
2.28×10－2
8.86×10－2
3.89
1.70×102

(2)數(shù)據(jù)分析
分析25 ℃時反應(yīng)體系2NO2(g)N2O4(g)中各物質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：
①無論該反應(yīng)從正向進行還是從逆向進行，平衡時只要溫度一定，的值近似相等。
②無論反應(yīng)物或生成物的濃度如何改變，平衡時只要溫度一定，的值近似相等。
2．化學平衡常數(shù)的概念與表達式
(1)概念
在一定溫度下，當一個可逆反應(yīng)達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個定值，我們把這個定值稱為該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)(簡稱平衡常數(shù))，用符號K表示。
(2)表達式
對于一般的可逆反應(yīng)，aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，當在一定溫度下達到平衡時，K＝。
3．比較表中K值的相對大小，說明平衡常數(shù)的意義
已知：25 ℃時，鹵化氫生成反應(yīng)的平衡常數(shù)：
化學方程式
平衡常數(shù)K
F2＋H22HF
6.5×1095
Cl2＋H22HCl
2.57×1033
Br2＋H22HBr
1.91×1019
I2＋H22HI
8.67×102

平衡常數(shù)的大小能說明反應(yīng)進行的程度(也叫反應(yīng)的限度)。
K值越大，表示反應(yīng)進行得越完全，當K>105時，該反應(yīng)進行得基本完全了。
K值越小，表示反應(yīng)進行得越不完全，當Kα1。


題組一　化學平衡常數(shù)及影響因素
1．下列關(guān)于平衡常數(shù)K的說法中，正確的是(　　)
①平衡常數(shù)K只與反應(yīng)本身及溫度有關(guān)　②改變反應(yīng)物濃度或生成物濃度都會改變平衡常數(shù)K?、奂尤氪呋瘎┎桓淖兤胶獬?shù)K?、芷胶獬?shù)K只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)的本身及濃度、壓強無關(guān)
A．①② B．②③ C．③④ D．①③
答案　D
解析　平衡常數(shù)K是一個溫度常數(shù)，只與反應(yīng)本身及溫度有關(guān)，催化劑不能改變化學平衡，故加入催化劑不改變平衡常數(shù)K。
2．(2021·河北滄州市高二期末)下列平衡常數(shù)的表達式書寫錯誤的是(　　)
A．SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　K＝
B．PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)　K＝
C．3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)　K＝
D．Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq)　K＝
答案　A
解析　A項，該反應(yīng)平衡常數(shù)表達式為K＝，錯誤；B、C、D項均符合平衡常數(shù)的定義，正確。
3．在一定條件下，有下列分子數(shù)之比相同的可逆反應(yīng)，其平衡常數(shù)K值分別是①H2＋F22HF　K＝1047；②H2＋Cl22HCl　K＝1017；③H2＋Br22HBr　K＝109；④H2＋I22HI　K＝1。比較K值大小，可知各反應(yīng)的正反應(yīng)進行的程度由大到小的順序是(　　)
A．①②③④ B．④②③①
C．①④③② D．無法確定
答案　A
解析　化學平衡常數(shù)越大，表示該反應(yīng)的正反應(yīng)進行的程度越大，故A正確。
4．下列有關(guān)平衡常數(shù)的說法中，正確的是(　　)
A．改變條件，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，平衡常數(shù)一定增大
B．反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH0，在一定條件下，向容積為1 L的密閉容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，測得H2O(g)和H2(g)的濃度隨時間變化曲線如圖所示，下列說法正確的是(　　)

A．達平衡時，CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為75%
B．0～10 min內(nèi)，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1
C．該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K＝0.187 5
D．當CH4(g)的消耗速率與H2O(g)的消耗速率相等時，反應(yīng)達到平衡
答案　C
解析　根據(jù)題干圖像可知，反應(yīng)進行到10 min時達到平衡狀態(tài)，氫氣和水蒸氣的平衡濃度均是0.75 mol·L－1，因此消耗水蒸氣的濃度是1 mol·L－1－0.75 mol·L－1＝0.25 mol·L－1，則：
　　　　 CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
起始濃度/(mol·L－1) 1 1 0 0
轉(zhuǎn)化濃度/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.75
平衡濃度/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.75
所以達平衡時，CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為×100%＝25%，A不正確；0～10 min內(nèi)，v(CO)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，B不正確；該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K＝＝＝0.187 5，C正確；CH4(g)的消耗與H2O(g)的消耗反應(yīng)方向相同，無法判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，D不正確。
14．相同溫度下，體積相等的兩個恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.6 kJ·mol－1，實驗測得起始、平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：
容器
編號
起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol
達到平衡時能量的變化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出熱量：27.78 kJ
②
0.9
2.7
0.2
放出熱量：Q kJ

下列敘述錯誤的是(　　)
A．容器①②中反應(yīng)的平衡常數(shù)相等
B．平衡時，容器①中NH3的體積分數(shù)為
C．容器①達到平衡時，混合氣體的密度是同溫同壓下H2密度的5倍
D．容器②中平衡常數(shù)K＝
答案　D
15．下列反應(yīng)在210 ℃時達到平衡：
①PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH1＞0　K1＝1
②CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)　ΔH2＜0　K2＝5×104
③COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH3＞0　K3
(1)根據(jù)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K的表達式，平衡時下列等式必定成立的是________(填字母)。
A．c(PCl5)＝c(PCl3)＝c(Cl2)的值為1
B．c(PCl5)＝c(PCl3)·c(Cl2)的值為1
C．c(PCl5)＝c(PCl3)·c(Cl2)
(2)反應(yīng)②和反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達式________(填“相同”或“不同”)，K3＝________。
(3)降低Cl2濃度，反應(yīng)③的平衡常數(shù)K3將________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)。
(4)升高溫度，反應(yīng)①的平衡常數(shù)K1將________。
答案　(1)C　(2)不同　2×10－5　(3)不變　(4)增大
解析　(1)反應(yīng)①K1＝＝1，故c(PCl5)＝c(PCl3)·c(Cl2)，但其值不一定等于1，故選C。
(2)反應(yīng)②③互為逆反應(yīng)，所以K2與K3不同，K3＝＝2×10－5。
(3)平衡常數(shù)只隨溫度變化而變化，故Cl2濃度改變，K3不變。
(4)由于ΔH1＞0，溫度升高，K1增大。
16．在一定溫度下，將3 mol CO2和2 mol H2混合于2 L的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：
CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。
(1)該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式K＝__________。
(2)已知在700 ℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1＝0.5，則該溫度下反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)K2＝________，反應(yīng)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常數(shù)K3＝__________。
(3)已知在1 000 ℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K4＝1.0，則該反應(yīng)為________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
答案　(1)　(2)2　　(3)吸熱　
解析　(1)根據(jù)化學平衡常數(shù)的概念：
K＝。
(2)K2＝＝＝＝2，
K3＝＝＝＝。
(3)由于升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
17．三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}：
對于反應(yīng)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。

(1)343 K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________%。平衡常數(shù)K343 K＝________(保留2位小數(shù))。
(2)在343 K下，要縮短反應(yīng)達到平衡的時間，可采取的措施有____________________、____________________、________________。
(3)比較a、b處反應(yīng)速率大?。簐a____________(填“大于”“小于”或“等于”)vb。反應(yīng)速率v＝v正－v逆＝，k正、k逆分別為正向、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù)，計算a處的＝________(保留1位小數(shù))。
答案　(1)22　0.02　(2)縮小反應(yīng)容器容積　改良催化劑　提高反應(yīng)物的濃度　(3)大于　1.3
解析　(1)利用“先拐先平數(shù)值大”可知，a點所在曲線是343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化曲線，由題圖可知，343 K下SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率為22%；假設(shè)起始時c(SiHCl3)＝1 mol·L－1，采用“三段式”可知平衡時SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的濃度分別為0.78 mol·L－1、0.11 mol·L－1、0.11 mol·L－1，故反應(yīng)的平衡常數(shù)K343 K＝≈0.02。
(2)要縮短達到平衡的時間，則需要加快反應(yīng)速率，所以可采取改良催化劑、縮小反應(yīng)容器容積或增大反應(yīng)物的濃度等措施。
(3)a、b兩點處容器內(nèi)各物質(zhì)濃度相同，但a點溫度高，故a點反應(yīng)速率大；在343 K時，＝K343 K＝0.02，而a點SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物質(zhì)的量分數(shù)分別為0.8、0.1、0.1，故＝＝0.02×64≈1.3。

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第二單元 化學反應(yīng)的方向與限度

版本： 蘇教版 (2019)

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