高三化學教案：《平衡的計算》教學設計

　　【歸納與整理】

　　一、化學平衡常數------平衡混合物中各組分的物質的量濃度之間的限制關系

　　1.概念

　　在一定溫度下，當一個可逆反應達到 時，生成物 與反應物 的比值是一個常數，這個常數就是該反應的化學平衡常數(簡稱平衡常數)，用符號

　　表示。

　　2.表達式

　　對于可逆反應mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)在一定溫度條件下達到平衡時：

　　K=

　　3.平衡濃度

　　只寫濃度可變的溶液相和氣相，純固態和純液態物質不寫入(濃度視為1)：

　　CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) K

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

　　4.K的意義

　　平衡常數是表明化學反應在一定條件下進行的最大程度(即反應限度)的特征值，一般可認為，K越大，表示化學反應達到平衡時生成物濃度對反應物濃度的比值越大，也就是反應進行的程度越大;反之，K越小，表示反應進行的程度越小。

　　一般地說，K>K 時，該反應進行得就基本完全了。

　　F2 + H2 2HF K=6.5×1095

　　Cl2 + H2 2HCl K=2.57×1033

　　Br2 + H2 2HBr K=1.91×1019

　　I2 + H2 2HI K=8.67×102

　　5.影響K的因素

　　濃度 壓強 催化劑 溫度

　　? 放熱反應,溫度升高,平衡常數______________(“變大”、“變小”)

　　? 吸熱反應,溫度升高,平衡常數______________(“變大”、“變小”)

　　6.平衡常數K的表達

　　(1) 化學 計量數擴大 2 倍， K

　　N2 + 3 H2 2 NH3 K=

　　1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 K=

　　(2)互逆反應，其平衡常數

　　2NO2 N2O4 K=

　　N2O4 2NO2 K=

　　(3)反應方程式相加 ( 減 )，平衡常數相

　　NH4I NH3 + HI ①K1=

　　2HI H2 + I2 ②K2=

　　2NH4I NH3 + I2 + H2 ③K3=

　　(4)用實際參加反應的粒子進行表達

　　Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO K=

　　7.平衡常數K的應用

　　(1)判斷可逆反應進行的限度

　　(2)判斷一個可逆反應是否達到平衡

　　若用起始時各物質濃度冪之積的比值(用Q表示)與K比較，可判斷可逆反應進行的方向。

　　當Q=K時，可逆反應 ;

　　當Q>K時，可逆反應 ;

　　當Q

　　二、平衡轉化率

　　某個指定反應物的轉化率=

　　三、化學平衡計算

　　化學平衡計算三步曲

　　mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)

　　n起始/mol a b c d

　　n變化/mol　　 mx nx px qx

　　n平衡/mol　 a-mx b-nx c+px d+qx

　　【例1】已知在800K時，反應：

　　CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)

　　若起始濃度c(CO) = 2mol?L-1，c(H2O) = 3mol?L-1，則反應達平衡時，CO轉化成CO2的轉化率為60%，如果將H2O的起始濃度加大為6 mol?L-1，試求此時CO轉化為CO2的轉化率。

　　【基本練習】

　　轉化率有關的計算

　　1.將1mol氣體A和3mol氣體B在一定條件下發生反應：A(g) + 3B(g) 2C(g) (△H<0)。達到平衡時，B的轉化率為50%，則A的轉化率為

　　A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

　　2.將2mol氣體A和3mol氣體B在一定條件下發生反應：A(g)+3B(g) 2C(g) (△H<0)。達到平衡時，B的轉化率為50%，則A的轉化率為

　　A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

　　3.在一定條件下進行的合成氨反應，當反應達到平衡時，實驗測得N2的轉化率為25%，而H2的轉化率為37.5%。則起始時N2和H2的物質的量之比為：

　　A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 2∶1

　　4.在一定溫度下，在密閉容器中使NO2分解，2NO2 2NO + O2，反應達到平衡時，容器內壓強為原來的1.4倍，則NO2的分解率為

　　A.20% B.40% C.50% D.80%

　　5.在一密閉容器中，用等物質的量的A 和B 發生如下反應：A(g)+ 2B(g) 2C(g)，反應達到平衡時，若混和氣體中A 和B 的物質的量之和與C 的物質的量相等。則這時A的轉化率為

　　A.40% B.50% C.60% D.70%

　　6.X、Y、Z為三種氣體，把a mol X 和 b mol Y充入一密閉容器中，發生反應：X + 2Y 2Z，達到平衡時，若它們的物質的量滿足n(X)+ n(Y)= n(Z)，則Y的轉化率為

　　A. B. C. D.

　　7.如右下圖所示兩個等體積的容器，A為恒壓容器，B為恒容容器。在相同溫度下，分別將1 mol N2 和3 mol H2 混合氣體充入A、B容器中，發生如下反應：

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

　　保持溫度不變，A、B容器中的反應均達到平衡狀態。平衡時，A容器中氣體體積為起始時的4/5，平衡狀態記為P。

　　試回答下列問題：

　　(1) 平衡時A容器中NH3 的體積分數是 。若要使B容器中NH3 的體積分數與 A容器中相同，可采取的措施是 。

　　(2) 若保持溫度不變，向B容器中補加c mol NH3 ，再次達到平衡時，A、B兩容器中壓強恰好相等，則c= 。

　　(3)若保持溫度不變，開始時向容器A中加入a mol N2 、b mol H2和c mol NH3 ，要使反應向逆反應方向進行，且達到平衡后各氣體的物質的量與原A平衡狀態P相同，則起始時，c的取值范圍是 。

　　(4)若保持溫度不變，開始時向容器B中加入a mol N2 、b mol H2 和 1 mol NH3 ，平衡時，測得放出的熱量為23.1 kJ，NH3 的體積分數與A容器平衡狀態P相同，則a + b 的值是 。

　　化學平衡常數有關的計算

　　1.在某一容積為2L的密閉容器內，加入0.8mol的H2和0.6mol的I2，在一定的條件下發生如下反應：H2(g)+I2(g) 2HI(g);△H<0。反應中各物質的濃度隨時間變化情況如圖1：

　　(1)該反應的化學平衡常數表達式為 ;

　　(2)根據圖1數據，反應開始至達到平衡時，平均速率v(HI)為 ;

　　(3)反應達到平衡后，第8分鐘時：

　　①若升高溫度，化學平衡常數K (填寫增大、減小或不變)HI濃度的變化正確 ;(用圖2中a～c的編號回答)

　　②若加入I2，H2濃度的變化正確的是 。(用圖2中d～f的編號回答)

　　(4)反應達到平衡后，第8分鐘時，若反容器的容積擴大一倍，請在圖3中畫出8分鐘后HI濃度的變化情況。

　　2.在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化學平衡常數K和溫度t的關系如下表：

　　t℃ 700 800 830 1000 1200

　　K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

　　回答下列問題：

　　(1)該反應的化學平衡常數表達式為K=

　　(2)該反應△H 0

　　(3)能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是

　　A.容器內壓強不變 B.混合氣體中c(CO)不變

　　C.v正(H2)=v逆(H2O) D.c(CO2)=c(CO)

　　(4)某溫度下，平衡濃度符合下式：c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)，此時t= ℃

　　3.(2007?廣東省茂名?二模)反應Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)的平衡常數為K1;反應Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的平衡常數為K2。在不同溫度時K1、K2的值如下表：

　　溫度(絕對溫度) K1 K2

　　973 1.47 2.38

　　1173 2.15 1.67

　　(1)推導反應CO2(氣)+H2(氣) CO(氣)+H2O(氣)的平衡常數K與K1、K2的關系式： 。

　　(2)計算K值：溫度為973開時K= ;1173開時：K= 。通過K值的計算(1)反應是 反應(填“吸熱”或“放熱”)。

　　(3)在一體積為10L的密閉容器中，加入一定量的CO2和H2O(氣)，在1173開時發生反應并記錄前5min的濃度，第6min時改變了反應的條件。各物質的濃度變化如下表：

　　時間/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表示的該化學反應的速率是： 。

　　②在3~4min之間，反應處于 狀態(填“平衡”或“非平衡”)。

　　③第6min時，平衡向 方向移動，可能的原因是 。

　　4.(2007?山東省泰安市?期末)合成氨工業對化學工業和國防工業具有重要意義，對我國實現農業現代化起著重要作用。根據已學知識回答下列問題：

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

　　(1)合成氨工業采取的下列措施不可用平衡移動原理解釋的是 (填序號);

　　A.采用較高壓強(20MPa ~50MPa)

　　B.采用500℃的高溫

　　C.用鐵觸媒作催化劑

　　D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來

　　(2)合成氨工業中采用了較高壓強(20MPa ~50MPa)，而沒有采用100MPa或者更大壓強，試解釋沒有這么做的理由 ;

　　(3)在容積均為2L(容器體積不可變)的甲、乙兩個容器中，分別加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2，在相同溫度、催化劑下使其反應。最終達到平衡后，兩容器N2轉化率分別為α甲、α乙，則甲容器中平衡常數表達式為 (用含α甲的代數式表示)，此時α甲 α乙(填“>”、“<”“=”)。

　　5.(2007?上海市?調研)

　　甲烷蒸氣轉化反應為：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),工業上可利用此反應生產合成氨原料氣H2。

　　已知溫度、壓強和水碳比[ ]對甲烷蒸汽轉化反應的影響如下圖：

　　圖1(水碳比為3) 圖2(水碳比為3) 圖3(800℃)

　　(1)該反應平衡常數K表達式為________________________。

　　(2)升高溫度，平衡常數K__________(選填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，降低反應的水碳比，平衡常數K__________。

　　(3)圖2中，兩條曲線所示溫度的關系是：t1_____t2(選填>、=或<);在圖3中畫出壓強為2 MPa時，CH4平衡含量與水碳比之間關系曲線。

　　(4)工業生產中使用鎳作催化劑。但要求原料中含硫量小于5×10-7%，其目的是____________________________。

　　高三化學教案：平衡的計算參考答案:

　　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、H?2或降低溫度 (2) 0.5

　　(3) 0.8

　　? 化學平衡常數有關的計算

　　1【解析】本題為05上海高考題25

　　(1)K = c2(HI)c(H2)?c(I2)

　　(2)0.167mol/L?min

　　(3)① 減小 c

　　② f

　　(4)見右圖

　　2【解析】

　　3【解答】(1)K=K1/K2

　　(2)0.62;1.29;吸熱

　　(3)①v(CO)=0.0130mol?L-1?nin-1 ②平衡

　　③右或正反應;升高溫度(或減少了H2的濃度)

　　4【解答】(1)B、C

　　(2)壓強越大，消耗的動力越大，對設備的要求越高，而總體經濟效益提高不大