化学平衡常数、转化率、体积分数及其有关计算补充资料
化学平衡常数、转化率、体积分数及其有关计算补充资料 一、必备知识
c,A,,c,A,平0 ,n(A)n(A) 0,A,平 c01、平衡转化率α(A),×100% (或=×100% ) n(A)0
n(A)V(A) 平 平 2、体积分数ψ(A)= ×100% (或=×100% )(公式中的“V”不是容器体积~(总) nV(总) 平 平
是气体本身的体积~这个体积并非空间体积~而是
示数量意义~这个体积越大~意味着充入容器中的气体物质的量就越多)
3、化学平衡常数的表达式:对于一般的可逆反应mA(g),nB(g) pC(g),qD(g),在
qpc(C),c(D)一定温度下达到平衡时,K , 。(表达式中的各物质的浓度必须是平衡时的浓度) mnc(A),c(B)
4(化学平衡常数的特点
(1)对于一个已给定的可逆反应的化学平衡常数K只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关,与体系压强大小无关,与某物质的转化率大小无关(K可以影响转化率,但转化率不影响K。一个给定的可逆反应,K只受温度影响,温度不变,K值就不变)。
(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可看做“1”(100%)而不代入公式。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数(若反应方向改变,则平衡常数改变(若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变,但意义不变。所以化学平衡常数还跟化学反应本身有关~
5、化学平衡常数的应用
(1)利用K可以推测可逆反应进行的程度
K的大小表示可逆反应进行的程度,K值越大说明反应进行的程度越大,反应物的转化率越大;K值越小说明反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。
(2)利用K可判断反应热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(3)借助平衡常数,可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态(
对于可逆反应aA(g),bB(g) cC(g),dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与
生成物浓度有如下关系: cdc,C,?c,D,Q, ,Q 叫做浓度商,表达式与平衡常数相同,但表达式中各物质的浓度abc,A,?c,B,
不一定是平衡浓度,要比较Q与K的大小关系,
? Q < K,反应未达平衡,反应向正方向进行,υ>υ ; 正逆
? Q = K,反应处于平衡状态,υ= υ ;(这时Q表达式中的浓度就是平衡浓度了) 正 逆
? Q > K,反应未达平衡,反应向逆方向进行,υ< υ ; 正 逆
1
二、基础练习
1(写出下列可逆反应的化学平衡常数的表达式:
(1)N(g) + 3H(g) 2NH(g) 223
(2)2NH(g) N(g) + 3H(g) 322
(3)1/2 N(g) + 3/2H(g) NH(g) 223
(3)FeO (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO(g) 232
-+(4)NH (aq) + HO(l) NH•HO(aq) + OH(g) 4232
(5)C(s) + HO (g) CO(g) + H(g) 22
(6)CHCOOH + CHCHOH CHCOOCHCH + HO 3323232
(7)CO吸入肺中与血红蛋白(Hb)反应:CO,HbO O,HbCO 222(在300?时,将0.23 mol SO和0.11 mol O放入的密闭容器中,2SO,O 2SO22223
达到平衡时得到0.12 mol SO,则此温度下,该反应的化学平衡常数是 3
,1[23.8V(或23.8 Vmol?L)]
3(2SO(g),O(g) 2SO(g) ΔH,0,升高温度,平衡常数K ,K 正逆223
(填“增大”或“减小”,下同),降低温度,平衡常数K ,K 。 正逆
,下列说法中正确的是( ) 4(关于平衡常数K
A(K越大,反应速率越大
B(对任一给定的可逆反应,温度升高,K值一定增大
C(对可逆反应,K值越大,反应物的转化率越高
D(加入催化剂或增大反应物浓度,K值将增大
5(关于化学平衡常数的叙述中,正确的是( )
A(只与化学反应本身和温度有关 B(只与反应的温度有关
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 16(2 000 K时,反应CO(g),O(g) CO(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应222
2CO(g) 2CO(g),O(g)的平衡常数K′为( ) 221112 1A. B(K C. D. 22KKK,317(在相同的温度下,已知反应:?N(g),O(g) 2NO(g)的平衡常数K,3.84×10;?2SO(g)222
26,1,O(g) 2SO(g)的平衡常数K,3.10×10 L?mol。则在该温度下,两个化学反应的反23
应程度之间的关系为( )
A(?>? B(? C(?,? D(不能确定 118(已知448?反应H(g),I(g) 2HI(g)的平衡常数是49,则H(g),I(g) HI(g)222222在该温度下的平衡常数是( )
A(1/49 B(2 401 C(7 D(1/7 119(在一定温度下,反应H(g),X(g) HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)2222
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%
7,110(1 000 K时反应C(s),2H(g) CH(g)的K,8.28×10 L?mol,当各气体物质的量24
,1,1浓度分别为H:0.7 mol?L,CH:0.2 mol?L时,上述反应( ) 24
A(正向移动 B(逆向移动 C(达到平衡 D(不一定
2
三、综合练习
11、在一容积固定的密闭容器中发生反应:N(g) + 3H(g) 2NH(g) ,开始投料是2230.2molN,0.8molH,达到平衡后,(1)测得NH为0.2mol,则N的转化率是多少,平衡时2232H所占的体积分数是多少,平衡时的压强是开始时的多少倍,(2)若开始投料是4LN,22
8LH,测得平衡时NH所占的体积分数是50%,则N的转化率是多少, 232
12、在某温度下,将H和I各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中,充分反应,22
达到平衡后,测得c(H)=0.080mol/L。 2
(1)求该反应的平衡常数。
(2)在上述温度下,该容器中若通入H和I蒸气各0.20mol,试求达化学平衡状态时各物22
质的浓度。
13、2.0molPCl和1.0molCl充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应: 32
PCl(g) + Cl(g) PCl(g) 达平衡时,PCl为0.40mol,求平衡常数。 3255
14、已知一氧化碳与水蒸气的反应为:CO(g) +HO(g) CO(g) + H(g) ,在427?时222的平衡常数是9.4。如果反应开始时,一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L,计算一氧化
碳在此反应条件下的转化率。
15.(12分)氮是地球上含量最丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着
重要作用。请回答下列问题:
(1)如图是1 mol NO和1 mol CO反应生成CO和NO过程22
中能量变化示意图,请写出NO和CO反应的热化学方程式2
_______________。
(2)在0.5 L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下化学反应:N(g)+3H(g) 2NH(g) ΔH<0,223
其化学平衡常数K与温度t的关系如表:
3
请完成下列问题:
?试比较K、的大小,K_____K(填写“>”、“=”或“<”)。 1K212
?下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_______(填序号字母)。 a.容器内N、H、NH的浓度之比为1?3?2 b.v(N)=3v(H) 正逆22322
c.容器内压强保持不变 d.混合气体的密度保持不变
?400 ?时,反应2NH(g) N(g)+3H(g)的化学平衡常数的值为_____。当322
测得NH和N、H的物质的量分别为3 mol和2 mol、1 mol时,则该反应的v(N) 正3222____v(N)(填写“>”、“=”或“<”)。 逆2
)= ,【解析】(1)由反应过程中的能量变化示意图可知,该反应放热,且ΔH= ,(E,E21
—,,111(368 kJ?mol ,134 kJ?mol)= ,234 kJ?mol,结合题中给出的反应物和生成物可顺利写出热化学方程式:
NO(g)+CO(g)==== CO(g)+NO(g)ΔH=-234 kJ?mol-1。 22
(2)?由该反应放热可知温度越高,K值越小,故K>K。?a中达化学平衡状态时,N、H、1222NH的浓度保持不变,但不一定符合化学计量数之比;b中达平衡时v(正)=v(逆),且速3
率之比等于化学计量数之比,故应为3v(N)正=v(H)逆;c中对于气体体积改变的反22
应,压强不变,表明已达平衡;d中由于气体的质量、容器体积保持不变,故密度一直不变,不能作为达到平衡的标志。所以应选c。
16、已知化学反应?:Fe(s),CO(g) FeO(s),CO(g),其平衡常数为K;化学反应?:21Fe(s),HO(g) FeO(s),H(g),其22
平衡常数为K,在温度973 K和1173 K2
情况下,K、K的值分别如下: 12
(1)通过
中的数值可以推断:反应?是_____(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)现有反应?:CO(g)+H2(g) CO(g)+HO(g),请你写出该反应的平衡常数K的223数学表达式:K= 。 3
(3)能判断反应?已达平衡状态的是_______。
A.容器中压强不变 B.混合气体中c(CO)不变
C.v(H)=v(HO) D.c(CO)=c(CO) 正逆222
4
(4)根据反应?与?可推导出K、K与K之间的关系式_______。据此关系式及上表数据,123
也能推断出反应?是____(填“吸热”或“放热”)反应。要使反应?在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取的措施是________(填写序号)。
A.缩小反应容器容积 B.扩大反应容器容积 C.降低温度
D.升高温度 E.使用合适的催化剂 F.设法减少CO的量 (5)图甲、乙分别表示反应?在t1时刻达到平衡,在t时刻因改变某个条件而发生变化的2
情况:
?图甲中t时刻发生改变的条件 2
是 。
?图乙中t时刻发生改变的条件 2
是 。
【解析】(1)反应?,温度升高,K值增大,反应正向进行,则正反应为吸热反应。 (3)反应?是前后气体体积相等的反应,故压强不变不是达平衡的条件,其平衡标志是v(正)=v(逆)或浓度不变。
(5)图甲中~t时刻化学平衡没有移动~反应速率加快~因此t时刻增大压强或使用催化剂,22
图乙中~发生的反应为:CO(g),HO(g) CO(g),H(g) ΔH,0~t?t时间段~化22223学平衡向正反应方向移动~因此~对比0?t和t?t图象变化可知~t时刻降低温度或设法1232分离出H. 2
(5)?增大压强或使用催化剂 ?降低温度或从体系中分离出H 2
17、已知CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g)的平衡常数随温度变化如下表: 222
请回答下列问题:
5
(1)上述正向反应是__________反应(选填“放热”或“吸热”)。
(2)若达平衡后降温,则平衡向_______移动,CO2转化率____,正反应速率_______(填写“增大”、“减小”或“不变”)。
3)在850 ?发生上述反应,以表中的物质的量投入恒容反应器中,其中向正反应方向移动的有_____(选填A、B、C、D、E)。
(4)在850 ?时,可逆反应:CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g),在该容器内各物质的222
浓度变化如下:
则3 min,4 min平衡后,c=__________,CO的转化率为_________。 32
【解析】(1)由表可知温度升高,K减小,说明温度升高,平衡逆向进行,正反应为放热反应。
(2)平衡后降温,平衡正向移动,K增大,CO2转化率增大,由于降温,正、逆反应速率都减小,但正反应速率大于逆反应速率。
四、高考题练习(见另一份资料“《化学反应速率与化学平衡》海南历年高考题” )
6
五、课后练习
1(对可逆反应aA(g),bB(g) cC(g),dD(g),达到平衡时,各物质的物质的量浓度应
cdcc满足以下关系:,,为一常数,称为化学平衡常数,其反应的值只与KKKabcc
温度有关,现有反应:CO(g),HO(g) CO(g),H(g) Δ<0,在850?时,,1。 HK222
(1)若升高温度到950?,达到平衡________(填“大于”、“小于”或“等于”)1。 K
(2)850?时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO,3.0 mol HO,1.0 mol 2CO和x mol H,则: 22
?当x,5.0时,上述平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
?若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是__________。 2(高炉炼铁中发生的基本反应之一如下:
FeO(s),CO(g)Fe(s),CO(g) ΔH>0 2
其平衡常数可表示为K,c(CO)/c(CO),已知1 100?时K,0.263,且化学平衡常数只2
与温度有关,不随浓度和压强的变化而变化。
(1)温度升高,化学平衡移动后达到新的平衡,高炉内CO和CO的体积比值2
________________,平衡常数K值______________(均填“增大”、“减小”或“不变”)。
,1,1(2)1 100?时测得高炉中c(CO),0.025 mol?L,c(CO),0.1 mol?L,在这种情2
况下,该反应是否处于化学平衡状态________(填“是”或“否”)。此时,化学反应速率是υ__________υ(填“大于”、“小于”或“等于”),其原因是___________________。 正逆
1([
](1)小于 (2)?逆反应 ?x<3.0
2([答案](1)增大 增大
(2)否 大于 因温度不变,K值不变,此时c(CO)/c(CO)<0.263,为增大c(CO)/c(CO)22比值,需υ>υ 正逆
[解析](1)反应的正方向是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,c(CO)增大,2c(CO)减小,所以平衡常数K,c(CO)/c(CO)增大。 2
(2)平衡时,二氧化碳、一氧化碳的浓度比值等于平衡常数,若比值不等于平衡常数,
c2,1,1就处于非平衡状态。将c(CO),0.025 mol?L,c(CO),0.1 mol?L代入可得,2c
,10.025 mol?L,0.25<0.263。所以此时不是平衡状态,为了使浓度值等于平衡常数,二氧,10.1 mol?L
化碳浓度要增大,一氧化碳浓度要减小。所以,平衡将向正反应方向移动,正反应速率大于逆反应速率。
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3、在密闭容器中,将2.0mol CO与10molHO混合加热到800?,达到下列平衡:CO(g) 2
+HO(g) CO(g) + H(g) K=1.0 ,求CO转化为CO的转化率。 2222
4、将0.050 mol SO(g)和0.030 mol O(g)放入容积为1 L 的密闭容器中,反应2SO(g)+O2222
(g) 2SO(g)在一定条件下达到平衡,测得c(SO)=0.040 mol?L-1。计算该条33件下反应的平衡常数K和SO的平衡转化率。 2
【解析】 2SO,g, + O,g, 2SO,g, 223
3 答案:K=1.6×10 80%
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