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本文题目：高三化学教案：平衡的计算

化学平衡

(5化学平衡的计算)

【归纳与整理】

一、化学平衡常数------平衡混合物中各组分的物质的量浓度之间的限制关系

1.概念

在一定温度下，当一个可逆反应达到 时，生成物 与反应物 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)，用符号

表示。

2.表达式

对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)在一定温度条件下达到平衡时：

K=

3.平衡浓度

只写浓度可变的溶液相和气相，纯固态和纯液态物质不写入(浓度视为1)：

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) K

Cr2O72 -( aq ) + H2O ( l ) 2 CrO4 2 -( aq ) + 2 H+ ( aq ) K

4.K的意义

平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度(即反应限度)的特征值，一般可认为，K越大，表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比值越大，也就是反应进行的程度越大;反之，K越小，表示反应进行的程度越小。

一般地说，KK 时，该反应进行得就基本完全了。

F2 + H2 2HF K=6.51095

Cl2 + H2 2HCl K=2.571033

Br2 + H2 2HBr K=1.911019

I2 + H2 2HI K=8.67102

5.影响K的因素

浓度 压强 催化剂 温度

放热反应,温度升高,平衡常数______________(变大、变小)

吸热反应,温度升高,平衡常数______________(变大、变小)

6.平衡常数K的表达

(1) 化学 计量数扩大 2 倍， K

N2 + 3 H2 2 NH3 K=

1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 K=

(2)互逆反应，其平衡常数

2NO2 N2O4 K=

N2O4 2NO2 K=

(3)反应方程式相加 ( 减 )，平衡常数相

NH4I NH3 + HI ①K1=

2HI H2 + I2 ②K2=

2NH4I NH3 + I2 + H2 ③K3=

(4)用实际参加反应的粒子进行表达

Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO K=

7.平衡常数K的应用

(1)判断可逆反应进行的限度

(2)判断一个可逆反应是否达到平衡

若用起始时各物质浓度幂之积的比值(用Q表示)与K比较，可判断可逆反应进行的方向。

当Q=K时，可逆反应 ;

当QK时，可逆反应 ;

当Q

二、平衡转化率

某个指定反应物的转化率=

三、化学平衡计算

化学平衡计算三步曲

mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)

n起始/mol a b c d

n变化/mol mx nx px qx

n平衡/mol a-mx b-nx c+px d+qx

【例1】已知在800K时，反应：

CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)

若起始浓度c(CO) = 2molL-1，c(H2O) = 3molL-1，则反应达平衡时，CO转化成CO2的转化率为60%，如果将H2O的起始浓度加大为6 molL-1，试求此时CO转化为CO2的转化率。

【基本练习】

转化率有关的计算

1.将1mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应：A(g) + 3B(g) 2C(g) (△H0)。达到平衡时，B的转化率为50%，则A的转化率为

A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

2.将2mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应：A(g)+3B(g) 2C(g) (△H0)。达到平衡时，B的转化率为50%，则A的转化率为

A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

3.在一定条件下进行的合成氨反应，当反应达到平衡时，实验测得N2的转化率为25%，而H2的转化率为37.5%。则起始时N2和H2的物质的量之比为：

A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 2∶1

4.在一定温度下，在密闭容器中使NO2分解，2NO2 2NO + O2，反应达到平衡时，容器内压强为原来的1.4倍，则NO2的分解率为

A.20% B.40% C.50% D.80%

5.在一密闭容器中，用等物质的量的A 和B 发生如下反应：A(g)+ 2B(g) 2C(g)，反应达到平衡时，若混和气体中A 和B 的物质的量之和与C 的物质的量相等。则这时A的转化率为

A.40% B.50% C.60% D.70%

6.X、Y、Z为三种气体，把a mol X 和 b mol Y充入一密闭容器中，发生反应：X + 2Y 2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足n(X)+ n(Y)= n(Z)，则Y的转化率为

A. B. C. D.

7.如右下图所示两个等体积的容器，A为恒压容器，B为恒容容器。在相同温度下，分别将1 mol N2 和3 mol H2 混合气体充入A、B容器中，发生如下反应：

N2(g)+3 H2 (g) 2NH3 (g); △H=-92.4 kJ/mol 。

保持温度不变，A、B容器中的反应均达到平衡状态。平衡时，A容器中气体体积为起始时的4/5，平衡状态记为P。

试回答下列问题：

(1) 平衡时A容器中NH3 的体积分数是 。若要使B容器中NH3 的体积分数与 A容器中相同，可采取的措施是 。

(2) 若保持温度不变，向B容器中补加c mol NH3 ，再次达到平衡时，A、B两容器中压强恰好相等，则c= 。

(3)若保持温度不变，开始时向容器A中加入a mol N2 、b mol H2和c mol NH3 ，要使反应向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与原A平衡状态P相同，则起始时，c的取值范围是 。

(4)若保持温度不变，开始时向容器B中加入a mol N2 、b mol H2 和 1 mol NH3 ，平衡时，测得放出的热量为23.1 kJ，NH3 的体积分数与A容器平衡状态P相同，则a + b 的值是 。

化学平衡常数有关的计算

1.在某一容积为2L的密闭容器内，加入0.8mol的H2和0.6mol的I2，在一定的条件下发生如下反应：H2(g)+I2(g) 2HI(g);△H0。反应中各物质的浓度随时间变化情况如图1：

(1)该反应的化学平衡常数表达式为 ;

(2)根据图1数据，反应开始至达到平衡时，平均速率v(HI)为 ;

(3)反应达到平衡后，第8分钟时：

①若升高温度，化学平衡常数K (填写增大、减小或不变)HI浓度的变化正确 ;(用图2中a～c的编号回答)

②若加入I2，H2浓度的变化正确的是 。(用图2中d～f的编号回答)

(4)反应达到平衡后，第8分钟时，若反容器的容积扩大一倍，请在图3中画出8分钟后HI浓度的变化情况。

2.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：

t℃ 700 800 830 1000 1200

K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

回答下列问题：

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=

(2)该反应△H 0

(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是

A.容器内压强不变 B.混合气体中c(CO)不变

C.v正(H2)=v逆(H2O) D.c(CO2)=c(CO)

(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)，此时t= ℃

3.(2007广东省茂名二模)反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。在不同温度时K1、K2的值如下表：

温度(绝对温度) K1 K2

973 1.47 2.38

1173 2.15 1.67

(1)推导反应CO2(气)+H2(气) CO(气)+H2O(气)的平衡常数K与K1、K2的关系式： 。

(2)计算K值：温度为973开时K= ;1173开时：K= 。通过K值的计算(1)反应是 反应(填吸热或放热)。

(3)在一体积为10L的密闭容器中，加入一定量的CO2和H2O(气)，在1173开时发生反应并记录前5min的浓度，第6min时改变了反应的条件。各物质的浓度变化如下表：

时间/min CO2 H2O CO H2

0 0.2000 0.3000 0 0

2 0.1740 0.2740 0.0260 0.0260

3 c1 c2 c3 c3

4 c1 c2 c3

5 0.0727 0.1727 0.1273 0.1273

6 0.0350 0.1350 0.1650

①前2min，用CO表示的该化学反应的速率是： 。

②在3~4min之间，反应处于 状态(填平衡或非平衡)。

③第6min时，平衡向 方向移动，可能的原因是 。

4.(2007山东省泰安市期末)合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对我国实现农业现代化起着重要作用。根据已学知识回答下列问题：

已知N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) △H =-92.4kJmol-1

(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号);

A.采用较高压强(20MPa ~50MPa)

B.采用500℃的高温

C.用铁触媒作催化剂

D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来

(2)合成氨工业中采用了较高压强(20MPa ~50MPa)，而没有采用100MPa或者更大压强，试解释没有这么做的理由 ;

(3)在容积均为2L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中，分别加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2，在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后，两容器N2转化率分别为甲、乙，则甲容器中平衡常数表达式为 (用含甲的代数式表示)，此时甲 乙(填、=)。

5.(2007上海市调研)

甲烷蒸气转化反应为：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2。

已知温度、压强和水碳比[ ]对甲烷蒸汽转化反应的影响如下图：

图1(水碳比为3) 图2(水碳比为3) 图3(800℃)

(1)该反应平衡常数K表达式为________________________。

(2)升高温度，平衡常数K__________(选填增大、减小或不变，下同)，降低反应的水碳比，平衡常数K__________。

(3)图2中，两条曲线所示温度的关系是：t1_____t2(选填、=或在图3中画出压强为2 MPa时，CH4平衡含量与水碳比之间关系曲线。

(4)工业生产中使用镍作催化剂。但要求原料中含硫量小于510-7%，其目的是____________________________。

参考答案:

1【解析】D

2【解析】A

3【解析】B

4【解析】D

5【解析】A

6【解析】B

15【解答】(1)25% 增加N2、H2或降低温度 (2) 0.5

(3) 0.8

化学平衡常数有关的计算

1【解析】本题为05上海高考题25

(1)K = c2(HI)c(H2)c(I2)

(2)0.167mol/Lmin

(3)① 减小 c

② f

(4)见右图

2【解析】

3【解答】(1)K=K1/K2

(2)0.62;1.29;吸热

(3)①v(CO)=0.0130molL-1nin-1 ②平衡

③右或正反应;升高温度(或减少了H2的浓度)

4【解答】(1)B、C

(2)压强越大，消耗的动力越大，对设备的要求越高，而总体经济效益提高不大

(3) ;

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