化學(xué)平衡常數(shù)與化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算

一、化學(xué)平衡常數(shù)

1．概念

在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，

生成物

與

反應(yīng)物濃度的比值是一個(gè)常數(shù)，稱為化學(xué)平衡常數(shù)，用符號(hào)K表示。

2．意義及影響因素

(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大(當(dāng)K>105時(shí)，該反應(yīng)進(jìn)行基本完全)。

(2)K只受溫度影響。

(3)化學(xué)平衡常數(shù)指的是某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。

3．應(yīng)用

(1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。

一般來(lái)說(shuō)，一定溫度下的一個(gè)具體的可逆反應(yīng)：平衡常數(shù)值越大，反應(yīng)進(jìn)行程度越大

(2)判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。

若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

(3)計(jì)算平衡體系中的相關(guān)量。

根據(jù)相同溫度下，同一反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，計(jì)算反應(yīng)物或生成物的濃度、轉(zhuǎn)化率等。

例1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。

(1)平衡常數(shù)表達(dá)式中，可以是物質(zhì)的任一濃度。(×)

(2)催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，也能改變平衡常數(shù)。(×)

(3)平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動(dòng)。(×)

(4)化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，平衡常數(shù)不一定發(fā)生變化。(√)

(5)平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都能體現(xiàn)可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。(√)

(6)化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)的變化取決于該反應(yīng)的反應(yīng)熱。(√)

(7)對(duì)于一個(gè)可逆反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式及數(shù)值也不同。(√)

二、有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算——起變平“三段式”

如mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為amol·L-1、bmol·L-1，達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmol·L-1。

mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)

c始/(mol·L-1)

a

b

0

0

c變/(mol·L-1)

mx

nx

px

qx

c平/(mol·L-1)

a-mx

b-nx

px

qx

則K＝(px)p·(qx)q(a-mx)m·(b-nx)n。

例2．(化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用)(2020·合肥高三模擬)在體積為1L的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)

CO(g)＋H2O(g)，化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表：T/℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6回答下列問(wèn)題：

(1)升高溫度，化學(xué)平衡向

(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。

(2)若某溫度下，平衡濃度符合下列關(guān)系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此時(shí)的溫度為

；在此溫度下，若該容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，則此時(shí)反應(yīng)所處的狀態(tài)為

(填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行”“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行”或“平衡狀態(tài)”)。

答案：(1)正反應(yīng)(2)850℃向正反應(yīng)方向進(jìn)行

三、等效平衡

1、等效平衡含義：在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，同一可逆反應(yīng)體系，不管是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，還是正、逆反應(yīng)同時(shí)投料，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，任何相同組分的百分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)等)均相同。

2、三類等效平衡

I．恒溫恒容條件下反應(yīng)前后體積改變的反應(yīng)

判斷方法：經(jīng)極限轉(zhuǎn)化后兩組數(shù)據(jù)全等即等效。

例如：2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

①

2mol

1mol

0

②

0

0

2mol

③

0.5mol

0.25mol

1.5mol

④

amol

bmol

cmol

II．恒溫恒容條件下反應(yīng)前后體積不變的反應(yīng)

判斷方法：恒溫恒容，只要經(jīng)極限轉(zhuǎn)化后兩組數(shù)據(jù)成比即等效，因?yàn)閴簭?qiáng)改變對(duì)該類反應(yīng)的化學(xué)平衡無(wú)影響。

例如：H2(g)＋I(xiàn)2(g)

2HI(g)

①

1mol

1mol

0

②

2mol

2mol

1mol

③

amol

amol

cmol

III．恒溫恒壓條件下反應(yīng)前后體積改變的反應(yīng)

判斷方法：經(jīng)極限轉(zhuǎn)化后兩組數(shù)據(jù)成比即等效。

例如：2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

①

2mol

1mol

0

②

1mol

0.5mol

2mol

③

amol

bmol

cmol

其中③中a、b、c三者關(guān)系只要滿足滿足a＝2b，c≥0時(shí)，即與①③平衡等效。

例3．(恒溫恒容下的等效平衡)向一固定體積的密閉容器中通入amolN2O4氣體，在密閉器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)2NO2(g)，達(dá)到平衡時(shí)再通入amolN2O4氣體，再次達(dá)到平衡時(shí)，與第一次達(dá)平衡時(shí)相比，N2O4的轉(zhuǎn)化率(C)

A．不變B．增大C．減小D．無(wú)法判斷

解析:虛擬“中間態(tài)”法構(gòu)建等效平衡

1．構(gòu)建恒溫恒容平衡思維模式

新平衡狀態(tài)可認(rèn)為是兩個(gè)原平衡狀態(tài)簡(jiǎn)單的疊加并壓縮而成，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)。

2．構(gòu)建恒溫恒壓平衡思維模式(以氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)為例，見(jiàn)圖示)

新平衡狀態(tài)可以認(rèn)為是兩個(gè)原平衡狀態(tài)簡(jiǎn)單的疊加，壓強(qiáng)不變，平衡不移動(dòng)。

該題目為恒溫恒容條件下，投料等比增加相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，N2O4的轉(zhuǎn)化率減小。選C。

例4．(恒溫恒容下的等效平衡)在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

[已知N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1]容器甲乙丙反應(yīng)物投入量1molN2、3molH22molNH34molNH3NH3的濃度/(mol·L-1)c1c2c3反應(yīng)的能量變化放出akJ吸收bkJ吸收ckJ體系壓強(qiáng)/Pap1p2p3反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率α1α2α3下列說(shuō)法正確的是

(B)

A．2c1>c3

B．a(chǎn)＋b＝92.4

C．2p2

D．α1＋α3>1

四、反饋與評(píng)價(jià)

例6、[2014·四川卷]在10L恒容密閉容器中充入X(g)和Y(g)，發(fā)生反應(yīng)X(g)＋Y(g)

M(g)＋N(g)，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：實(shí)驗(yàn)編號(hào)溫度/℃起始時(shí)物質(zhì)的量/mol平衡時(shí)物質(zhì)的量/moln(X)n(Y)n(M)①7000.400.100.090②8000.100.400.080③8000.200.30a④9000.100.15b下列說(shuō)法正確的是(C)

A．實(shí)驗(yàn)①中，若5min時(shí)測(cè)得n(M)＝0.050mol，則0至5min時(shí)間內(nèi)，用N表示的平均反應(yīng)速率v(N)＝1.0×10－2mol·L－1·min－1

B．實(shí)驗(yàn)②中，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝2.0

C．實(shí)驗(yàn)③中，達(dá)到平衡時(shí)，X的轉(zhuǎn)化率為60%

D．實(shí)驗(yàn)④中，達(dá)到平衡時(shí)，b>0.060

【解析】B、實(shí)驗(yàn)②中，平衡時(shí)M的濃度是0.0080mol/L，則同時(shí)生成的N的濃度是0.0080mol/L，消耗X與Y的濃度均是0.0080mol/L，因此平衡時(shí)X和Y的濃度分別為0.01mol/L-0.0080mol/L＝0.002mol/L，0.04mol/L-0.0080mol/L＝0.032mol/L，代入數(shù)據(jù)解得此反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1，B不正確；

【解析】C、根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，如果X的轉(zhuǎn)化率為60%，則

X(g)

＋

Y(g)

M(g)

＋

N(g)

起始濃度（mol/）0.020

0.030

0

0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）a