高考化学考点化学平衡常数及转化
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1.化学平衡常数
(1)定义
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用K表示。
(2)表达式
对于一般的可逆反应:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g),K=。
(3)应用
①判断反应进行的限度
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
②判断反应是否达到平衡状态
化学反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)在任意状态时,浓度商均为Q c=。
Q c>K时,反应向逆反应方向进行;
Q c=K时,反应处于平衡状态;
Q c ③利用平衡常数判断反应的热效应 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。 2.转化率 对于一般的化学反应:a A+b B c C+d D,达到平衡时反应物A的转化率为 α(A)=×100%=×100% [c0(A)为起始时A的浓度,c(A)为平衡时A的浓度] 反应物平衡转化率的变化判断 判断反应物转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。 常见有以下几种情形: 考向一化学平衡常数及影响因素 典例1在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表: 下列说法错误的是 A.反应达平衡时,X的转化率为50% B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1 600 C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大 D.改变温度可以改变此反应的平衡常数 【答案】C 1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0(Ⅰ) 2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2ΔH2<0(Ⅱ) (1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K= (用K1、K2表示)。 (2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向 2 L恒容密闭容器中加入 mol NO和 mol Cl2, 10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(ClNO)=×10−3mol·L−1·min−1,则平衡后n(Cl2)= mol,NO的转化率α1= 。其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO 的转化率α2α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小,可采取的措施是。 平衡常数的几个易错点 (1)正、逆反应的平衡常数互为倒数;若方程式中各物质的化学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。 (2)能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质,固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数,不能代入。 考向二化学平衡常数的计算与应用 典例1 (1)(2016·高考四川卷改编)在一定条件下CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g),当CO 与H 2O(g)的起始 物质的量之比为1∶5,达平衡时,CO 转化了5 6。若a kg 含Ca 5(PO 4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿,在上述过程中有b %的Ca 5(PO 4)3F 转化为P 4,将产生的CO 与H 2O(g)按起始物质的量之比1∶3混合,则在相同条件下达平衡时能产生H 2________kg 。[已知:4Ca 5(PO 4)3F +18SiO 2+30C2CaF 2+30CO +18CaSiO 3+3P 4] (2)(2015·高考浙江卷改编)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应: CH 2CH 3(g) CH==CH 2(g)+H 2(g) 维持体系总压p 恒定,在温度T 时,物质的量为n 、体积为V 的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K =________(用α等符号表示)。 【解析】(1)当CO 和H 2O(g)的起始物质的量之比为1∶5时,设CO 为1 mol ,则: CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g) 起始物质的量(mol) 1 5 0 0 改变物质的量(mol) 56 56 56 56 平衡物质的量(mol) 16 256 56 5 6 故此温度下,反应的平衡常数K =c (CO 2)·c (H 2) c (CO )·c (H 2O )=1。 由题意知,反应4Ca 5(PO 4)3F +18SiO 2+30C=====高温 2CaF 2+30CO +18CaSiO 3+3P 4,若a kg 含Ca 5(PO 4)3F 的质量分数为10%的磷尾矿,当有b %的Ca 5(PO 4)3F 转化为P 4时,产生的CO 的物质的量为n =ab / mol ,将产生的CO 和H 2O(g)按起始物质的量之比为1∶3混合,设在相同条件下达到平衡时CO 转化了x mol ,则 CO(g)+H 2O(g) CO 2(g)+H 2(g) 起始物质的量(mol) n 3n 0 0 改变物质的量(mol) x x x x 平衡物质的量(mol) n -x 3n -x x x 故x ·x (n -x )·(3n -x )=1,得x =3 4n ,则达到平衡时产生的氢气的物质的量为错误!×错误! mol = 错误! mol ,氢气的质量为错误! g =错误!×10-3 kg =错误! kg 。