高三化學(xué)教案：《平衡的計(jì)算》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　【歸納與整理】

　　一、化學(xué)平衡常數(shù)------平衡混合物中各組分的物質(zhì)的量濃度之間的限制關(guān)系

　　1.概念

　　在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到 時(shí)，生成物 與反應(yīng)物 的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)平衡常數(shù))，用符號(hào)

　　表示。

　　2.表達(dá)式

　　對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)在一定溫度條件下達(dá)到平衡時(shí)：

　　K=

　　3.平衡濃度

　　只寫(xiě)濃度可變的溶液相和氣相，純固態(tài)和純液態(tài)物質(zhì)不寫(xiě)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(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行的最大程度(即反應(yīng)限度)的特征值，一般可認(rèn)為，K越大，表示化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成物濃度對(duì)反應(yīng)物濃度的比值越大，也就是反應(yīng)進(jìn)行的程度越大;反之，K越小，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小。

　　一般地說(shuō)，K>K 時(shí)，該反應(yīng)進(jìn)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(qiáng) 催化劑 溫度

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

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

　　6.平衡常數(shù)K的表達(dá)

　　(1) 化學(xué) 計(jì)量數(shù)擴(kuò)大 2 倍， K

　　N2 + 3 H2 2 NH3 K=

　　1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 K=

　　(2)互逆反應(yīng)，其平衡常數(shù)

　　2NO2 N2O4 K=

　　N2O4 2NO2 K=

　　(3)反應(yīng)方程式相加 ( 減 )，平衡常數(shù)相

　　NH4I NH3 + HI ①K1=

　　2HI H2 + I2 ②K2=

　　2NH4I NH3 + I2 + H2 ③K3=

　　(4)用實(shí)際參加反應(yīng)的粒子進(jìn)行表達(dá)

　　Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO K=

　　7.平衡常數(shù)K的應(yīng)用

　　(1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的限度

　　(2)判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡

　　若用起始時(shí)各物質(zhì)濃度冪之積的比值(用Q表示)與K比較，可判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向。

　　當(dāng)Q=K時(shí)，可逆反應(yīng) ;

　　當(dāng)Q>K時(shí)，可逆反應(yīng) ;

　　當(dāng)Q

　　二、平衡轉(zhuǎn)化率

　　某個(gè)指定反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=

　　三、化學(xué)平衡計(jì)算

　　化學(xué)平衡計(jì)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(shí)，反應(yīng)：

　　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(yīng)達(dá)平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化成CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，如果將H2O的起始濃度加大為6 mol?L-1，試求此時(shí)CO轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化率。

　　【基本練習(xí)】

　　轉(zhuǎn)化率有關(guān)的計(jì)算

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

　　A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

　　3.在一定條件下進(jìn)行的合成氨反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得N2的轉(zhuǎn)化率為25%，而H2的轉(zhuǎn)化率為37.5%。則起始時(shí)N2和H2的物質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)為原來(lái)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(zhì)的量的A 和B 發(fā)生如下反應(yīng)：A(g)+ 2B(g) 2C(g)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若混和氣體中A 和B 的物質(zhì)的量之和與C 的物質(zhì)的量相等。則這時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為

　　A.40% B.50% C.60% D.70%

　　6.X、Y、Z為三種氣體，把a(bǔ) mol X 和 b mol Y充入一密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：X + 2Y 2Z，達(dá)到平衡時(shí)，若它們的物質(zhì)的量滿(mǎn)足n(X)+ n(Y)= n(Z)，則Y的轉(zhuǎn)化率為

　　A. B. C. D.

　　7.如右下圖所示兩個(gè)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(fā)生如下反應(yīng)：

　　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(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)。平衡時(shí)，A容器中氣體體積為起始時(shí)的4/5，平衡狀態(tài)記為P。

　　試回答下列問(wèn)題：

　　(1) 平衡時(shí)A容器中NH3 的體積分?jǐn)?shù)是 。若要使B容器中NH3 的體積分?jǐn)?shù)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(bǔ)加c mol NH3 ，再次達(dá)到平衡時(shí)，A、B兩容器中壓強(qiáng)恰好相等，則c= 。

　　(3)若保持溫度不變，開(kāi)始時(shí)向容器A中加入a mol N2 、b mol H2和c mol NH3 ，要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且達(dá)到平衡后各氣體的物質(zhì)的量與原A平衡狀態(tài)P相同，則起始時(shí)，c的取值范圍是 。

　　(4)若保持溫度不變，開(kāi)始時(shí)向容器B中加入a mol N2 、b mol H2 和 1 mol NH3 ，平衡時(shí)，測(cè)得放出的熱量為23.1 kJ，NH3 的體積分?jǐn)?shù)與A容器平衡狀態(tài)P相同，則a + b 的值是 。

　　化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算

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

　　(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為 ;

　　(2)根據(jù)圖1數(shù)據(jù)，反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)，平均速率v(HI)為 ;

　　(3)反應(yīng)達(dá)到平衡后，第8分鐘時(shí)：

　�、偃羯�高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)K (填寫(xiě)增大、減小或不變)HI濃度的變化正確 ;(用圖2中a～c的編號(hào)回答)

　�、谌艏尤隝2，H2濃度的變化正確的是 。(用圖2中d～f的編號(hào)回答)

　　(4)反應(yīng)達(dá)到平衡后，第8分鐘時(shí)，若反容器的容積擴(kuò)大一倍，請(qǐng)?jiān)趫D3中畫(huà)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(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)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(wèn)題：

　　(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

　　(2)該反應(yīng)△H 0

　　(3)能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

　　A.容器內(nèi)壓強(qiáng)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(shí)t= ℃

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

　　溫度(絕對(duì)溫度) K1 K2

　　973 1.47 2.38

　　1173 2.15 1.67

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

　　(2)計(jì)算K值：溫度為973開(kāi)時(shí)K= ;1173開(kāi)時(shí)：K= 。通過(guò)K值的計(jì)算(1)反應(yīng)是 反應(yīng)(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(kāi)時(shí)發(fā)生反應(yīng)并記錄前5min的濃度，第6min時(shí)改變了反應(yīng)的條件。各物質(zhì)的濃度變化如下表：

　　時(shí)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

　�、偾�2min，用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率是： 。

　�、谠�3~4min之間，反應(yīng)處于 狀態(tài)(填“平衡”或“非平衡”)。

　�、鄣�6min時(shí)，平衡向 方向移動(dòng)，可能的原因是 。

　　4.(2007?山東省泰安市?期末)合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)具有重要意義，對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化起著重要作用。根據(jù)已學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：

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

　　(1)合成氨工業(yè)采取的下列措施不可用平衡移動(dòng)原理解釋的是 (填序號(hào));

　　A.采用較高壓強(qiáng)(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(shí)從體系中分離出來(lái)

　　(2)合成氨工業(yè)中采用了較高壓強(qiáng)(20MPa ~50MPa)，而沒(méi)有采用100MPa或者更大壓強(qiáng)，試解釋沒(méi)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(gè)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(yīng)。最終達(dá)到平衡后，兩容器N2轉(zhuǎn)化率分別為α甲、α乙，則甲容器中平衡常數(shù)表達(dá)式為 (用含α甲的代數(shù)式表示)，此時(shí)α甲 α乙(填“>”、“<”“=”)。

　　5.(2007?上海市?調(diào)研)

　　甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),工業(yè)上可利用此反應(yīng)生產(chǎn)合成氨原料氣H2。

　　已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[ ]對(duì)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)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(yīng)平衡常數(shù)K表達(dá)式為_(kāi)_______________________。

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

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

　　(4)工業(yè)生產(chǎn)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(xué)教案：平衡的計(jì)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(xué)平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)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(jiàn)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

　�、塾一蛘�反應(yīng);升高溫度(或減少了H2的濃度)

　　4【解答】(1)B、C

　　(2)壓強(qiáng)越大，消耗的動(dòng)力越大，對(duì)設(shè)備的要求越高，而總體經(jīng)濟(jì)效益提高不大