有關化學平衡常數及有關化學平衡的計算的教案

有關化學平衡常數及有關化學平衡的計算的教案

　　一. 教學內容：

　　化學平衡常數及有關化學平衡的計算

　　二. 教學目標：

　　理解條件對化學平衡移動的影響，理解化學平衡常數的意義；掌握化學平衡的計算。

　　三. 教學重點、難點：

　　化學平衡的計算的解題方法及技巧

　　四. 教學過程：

　　（一）化學平衡常數：

　　pC（g）＋qD（g）

　　（二）有關化學平衡的計算：

　　可逆反應在一定條件下達到化學平衡：

　　mA（g）＋nB（g）< style='height:9pt' fillcolor="window">

　　pC（g）＋qD（g）

　　起始（mol/L） a b 0 0

　　轉化（mol/L） x （n/m）x （p/m）x （q/m）x

　　平衡（mol/L） a－x b－（n/m）x （p/m）x （q/m）x

　　平衡時：A的轉化率＝（x/a）×100%

　　【典型例題】

　　例1. CO的中毒是由於CO與血液中血紅蛋白的血紅素部分反應生成碳氧血紅蛋白：

　　CO＋Hb?O2 →O2＋Hb?CO

　　實驗表明，Hb?CO的濃度即使只有Hb?O2濃度的2%，也可造成人的智力損傷。抽菸後，測得吸入肺部的空氣中CO和O2的濃度分別為10－6mol?L－1和10－2mol?L－1，並已知37℃時上述反應的平衡常數K＝220，那麼，此時HbCO的濃度是Hb?O2的濃度的多少倍？

　　生成物濃度的冪次方乘積與反應物濃度的冪次方乘積之比是常數，可得：

　　又因為：肺部的空氣CO和O2的濃度分別為10－6mol?L－1和10－2mol?L－1，則：

　　則有：

　　＝2.2%

　　CO2（氣）＋H2（氣）放熱反應；在850℃時，K＝1。

　　（1）若升高溫度到950℃時，達到平衡時K__ ___l （填“大於”、“小於”、或“等於”）

　　（2）850℃時，若向一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，則：當x＝5.0時，上述反應向___________________（填“正反應”或“逆反應”）方向進行。若要使上述反應開始時向正反應方向進行，則x應滿足的條件是________ __________。

　　（3）在850℃時，若設x＝5.0 和x＝6.0，其它物質的投放量不變，當上述反應達到平衡後，測得H2的體積分數分別為a%，b%，則a___ __b（填“大於、小於或等於”）

　　CO2（氣）＋H2（氣），正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，生成物的濃度減小，反應物的濃度增大，根據平衡常數的計算公式可知，K變小，即小於1。

　　（2）

　　在一容積可變的密閉容器中同時充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，當x＝5.0時，則有：K＝5×1/3×1＞1，此時生成的濃度偏大，而在同一溫度下平衡常數保持不變，則必然隨著反應的進行，生成物的濃度降低，平衡逆向移動。

　　若要使平衡正向移動，則有：K＝x×1/3×1＜1，即x＜3時，可使平衡正向移動。

　　（3）可逆反應在一定條件下達到化學平衡：當x＝5.0時

　　CO（氣）＋H2O（氣）

　　CO2（氣）＋H2（氣）

　　起始（mol/L） 1 3 1 5

　　轉化（mol/L） x x x x

　　平衡（mol/L） 1－x 3－x 1＋x 5＋x

　　a%＝H2%＝（5＋x）/10＝40%

　　同理可得：當x＝6.0，b%＝52.9%

　　解析：同溫同壓下，任何氣體的體積比等於物質的量之比，則根據平衡常數的計算公式：有：

　　N2 ＋ 3H2

　　2NH3

　　起始（L） 1 3 0

　　轉化（L） x 3x 2x

　　平衡（L） 1－x 3－3x 2x

　　則有2x/（4－2x）＝25%，x＝0.4，則從合成塔出來的氣體中氮氣和氫氣的體積比為：（1－x）：（3－3x）＝1：3。

　　在一定溫度和體積固定的`容器中，氣體的壓強比等於物質的量之比，則有：

　　P前/P後＝4/（4－2x）；160atm/P後＝4/3.2，P後＝128atm。

　　解析：在同溫同壓下，反應前後的氣體的總質量保持不變，則混合氣體的密度與體積成反比。設混合氣體中氮氣的體積為a，則氫氣的體積為：100－a，則有：

　　N2 ＋ 3H2

　　2NH3

　　起始（L） a 100－a 0

　　轉化（L） x 3x 2x

　　平衡（L） a－x 100－a－3x 2x

　　則有：ρ前/ρ後＝V前/V後；100/（100－2x）＝1.25，x＝10mL。

　　又同溫同壓下，氣體的體積比等於物質的量之比，則有：

　　混合氣體的相對分子質量等於混合氣體的總質量與混合氣體的總物質的量之比，則有：混合氣體的總質量＝28a＋2（100－a），

　　則有：［28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得：

　　a＝40 mL

　　則：氮氣的轉化率為：10/40＝25%

　　pC（g）＋qD（g）的平衡常數為K，下列說法正確的是（ ）

　　A. K越大，達到平衡時，反應進行的程度越大

　　B. K越小，達到平衡時，反應物的轉化率增大

　　C. K隨反應物濃度的改變而改變

　　D. K隨溫度的改變而改變

　　2、在一密閉容器中，aA（g）

　　bB（g）達平衡後溫度保持不變，將容器體積增加一倍，當達到新的平衡時，B的濃度是原來平衡時濃度的60%，則：（ ）

　　A. 平衡向正反應方向移動了 B. 物質A的轉化率減少了

　　C. 物質B的質量分數增加了 D. a＞b

　　3、在373K時，把0.5molN2O4氣體通入體積為5L的真空密閉容器中，立即出現棕色，反應進行到2s時，濃度為0.02mol/L，在60s時，體系已達到平衡，此時容器內壓強為開始時的1.6倍，下列說法正確的是（ ）

　　A. 前2s，以N2O4的濃度變化表示的平均反應速度為0.01mol/（L?s）

　　B. 在2s時容器內壓強為開始時壓強的1.1倍

　　C. 在平衡體系內含N2O40.25mol

　　D. 平衡時，如果壓縮容器體積，則可提高N2O4的轉化率

　　4、在一密閉容器中，等物質的量的X和Y發生如下反應：X（g） 2Y（g）

　　2Z（g），反應達到平衡時，若混合氣體中X和Y的物質的量之和與Z的物質的量相等，則X的轉化率為（ ）

　　A. 10% B、50% C、60% D、70%

　　5、在一密閉的容器中，將一定量的NH3加熱使其發生分解反應：2NH3（g）

　　N2（g）＋3H2（g），當達到平衡時，測得25%的NH3分解，此時容器內的壓強是原來的（ ）

　　A、1.125倍 B、1.25倍 C、1.375倍 D、1.50倍

　　6、在一定溫度下，將1molCO和1mol水蒸氣放入一固定容積的密閉容器中，發生反應CO（g）＋H2O （g）

　　CO2（g）＋H2（g），達平衡狀態後，得到CO20.6mol；再通入0.3mol水蒸氣，達到新的平衡狀態後，CO2的物質的量可能是（ ）

　　A、0.9mol B、0.8mol C、0.7mol D、0.6mol

　　7、將0.4molA氣體和2molB氣體在2L的容器中混合並在一定條件下發生如下反應：2A（g）＋B（g）

　　2C（g），若經2s後測得C的濃度為0.6mol?L－1，現有下列幾種說法： = 1 * GB3 ①用物質A表示的反應的平均速率為0.3mol?（L?s）－1

　　= 2 * GB3 ②用物質B表示的反應的平均速率為0.6mol?（L?s）－1

　　= 3 * GB3 ③2s時物質A的轉化率為70%

　　= 4 * GB3 ④2s時物質B的濃度為0.7mol?L－1

　　其中正確的是（ ）

　　A、 = 1 * GB3 ① = 3 * GB3 ③ B、 = 1 * GB3 ① = 4 * GB3 ④ C、 = 2 * GB3 ② = 3 * GB3 ③ D、 = 3 * GB3 ③ = 4 * GB3 ④

　　8、在一定體積的密閉容器中放入3L氣體R和5L氣體Q，在一定條件下發生反應：

　　2R（g）＋5Q（g）

　　4X（g）＋nY（g），反應完全後，容器溫度不變，混合氣體的壓強是原來的87.5%，則化學方程式中的n值是（ ）

　　A、2 B、3 C、4 D、5

　　9、某容器中加入N2和H2，在一定條件下，N2＋3H2

　　2NH3，達到平衡時N2、H2、NH3的濃度分別是3mol/L、4mol/L、4mol/L，則反應開始時H2的濃度是 （ ）

　　A、5mol/L B、10mol/L C、8mol/L D、6.7mol/L

　　10、已知下列反應的平衡常數：H2（g）＋S（s）

　　H2S（g） K1

　　S（s）＋O2（g）

　　SO2（g） K2

　　則反應H2（g）＋SO2（g）

　　O2（g）＋H2S（g）的平衡常數是 （ ）

　　A、K1＋ K2 B、K1 －K2 C、K1 ×K2 D、K1／K2

　　11、有可逆反應2A（g）＋2B（g）

　　2C（g）＋D（g）

　　（1）該反應的化學平衡常數的表示式可表示為：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（2）該反應選用了一種合適的催化劑，發現反應溫度在100℃～400℃的範圍內，每高10℃，反應速度為原來的3倍，在400℃～450℃時，每高10℃，反應速度卻約為原來的10倍，而溫度高於450℃時，反應速度卻約為原來的3倍，若其它反應條件不變，試分析造成這種現象的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（3）若該反應在固定容積的密閉容器中進行，並保持溫度不變。往容器裡充入等物質的量的A、B兩種氣體物質，反應進行5min後，試推測容器內的壓強可能發生的變化＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（填正確的字母編號）

　　A、增大 B、減小 C、不變

　　其理由是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（4）若該反應在恆溫下進行並已達平衡，再維持溫度不變，將壓強由100kPa增大到500kPa平衡發生了移動，但卻發現平衡向左移動，你是否懷疑勒夏特列原理對平衡系統的普遍適用性？＿＿＿＿＿＿＿＿；試寫出你的分析理由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　12、平衡常數K的數值大小是衡量化學反應進行程度的標誌，在25℃時，下列反應式及其平衡常數：

　　2NO（g）

　　N2（g）＋O2（g） K1＝1×1030

　　2H2（g） ＋O2（g）

　　2H2O（g） K2＝2×1081

　　2CO2（g）

　　2CO（g）＋O2（g） K3＝4×10－92

　　（1）常溫下NO分解產生O2的反應的平衡常數表示式為＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（2）常溫下水分解產生O2，此時平衡常數值約為＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（3）常溫下NO、H2O、CO2三種化合物分解放出氧氣的大小順序為：

　　＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（4）隨著轎車進入家庭，汽車尾氣汙染成為備受關注的環境問題，市政府要求全市對所有汽車尾氣處理裝置完成改裝，以求基本去除氫氧化物、一氧化碳汙染氣體的排放。而改裝後的尾氣處理裝置主要是加入了有效催化劑，請你根據以上有關資料分析，僅僅使用催化劑＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填能或否）促進汙染氣體間的反應，而去除汙染氣體。

　　13、可逆反應CO＋H2O

　　CO2＋H2在密閉容器中建立了平衡。當溫度為749K時，Kc＝2.60，問：

　　（1）當CO起始濃度為2mol/L，H2O起始濃度為2mol/L時，CO的轉化率為多少？

　　（2）當CO起始濃度仍為2mol/L，H2O的起始濃度為6mol/L時，CO的轉化率為多少？

　　14、在接觸法制硫酸中，將SO2與空氣按1：3的體積比混合（空氣中氮氣與氧氣的體積比為4：1）後進入接觸室，在一定條件下反應達到平衡後，氣體總體積減少為原來的88%（體積均在相同情況下測定），試求：

　　（1）反應達到平衡時SO2的轉化率；

　　（2）若生成的SO3可在吸收塔中完全被吸收，則排出的尾氣中SO2的體積百分含量。

　　15、在673K，1.01×105Pa時，有1mol氣體A發生如下反應：2A（g）

　　xB（g）＋C（g）。在一定條件下已達到平衡。在平衡混合氣體中，A佔其體積百分比為58.84%。混合氣體總質量為46g，密度為0.72g?L－1。求：

　　（1）平衡混合氣體的平均相對分子質量；

　　（2）A的平衡轉化率；

　　（3）x值

　　（4）相同條件下，反應前A的密度是平衡混合氣體密度的幾倍。

　　【試題答案】

　　1、AD 2、AC 3、B 4、A 5、B

　　6、C 7、B 8、A 9、B 10、D

　　11、（1）

　　（2）催化劑在400℃～450℃活性最大

　　（3）B；在該條件下，發生反應的氣體體積減小，壓強減小

　　（4）不；可能反應物中某物質的狀態發生變體。

　　12、（1）

　　（2）2×10－82

　　（3）NO；H2O；CO2

　　（4）能

　　13、61.7%，86.6%

　　14、96%，1.56%

　　15、（1）39.73 （2）A的轉化率為32%

　　（2）x＝2 （4）反應前A的密度是平衡混合氣體密度的1.16倍。