化学平衡常数及化学平衡的计算的教案

2023-04-30 教案

　　一. 教学内容：

　　化学平衡常数及有关化学平衡的计算

　　二. 教学目标：

　　理解条件对化学平衡移动的影响，理解化学平衡常数的意义；掌握化学平衡的计算。

　　三. 教学重点、难点：

　　化学平衡的计算的解题方法及技巧

　　四. 教学过程：

　　（一）化学平衡常数：

　　pC（g）＋qD（g）

　　（二）有关化学平衡的计算：

　　可逆反应在一定条件下达到化学平衡：

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

　　pC（g）＋qD（g）

　　起始（mol/L） a b 0 0

　　转化（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

　　平衡时：A的转化率＝（x/a）×100%

　　【典型例题】

　　例1. CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白：

　　CO＋Hb?O2 →O2＋Hb?CO

　　实验表明，Hb?CO的浓度即使只有Hb?O2浓度的2%，也可造成人的智力损伤。抽烟后，测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10－6mol?L－1和10－2mol?L－1，并已知37℃时上述反应的平衡常数K＝220，那么，此时HbCO的浓度是Hb?O2的浓度的多少倍？

　　生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，可得：

　　又因为：肺部的空气CO和O2的浓度分别为10－6mol?L－1和10－2mol?L－1，则：

　　则有：

　　＝2.2%

　　CO2（气）＋H2（气）放热反应；在850℃时，K＝1。

　　（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K__ ___l （填“大于”、“小于”、或“等于”）

　　（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，则：当x＝5.0时，上述反应向___________________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________ __________。

　　（3）在850℃时，若设x＝5.0 和x＝6.0，其它物质的投放量不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%，b%，则a___ __b（填“大于、小于或等于”）

　　CO2（气）＋H2（气），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，根据平衡常数的计算公式可知，K变小，即小于1。

　　（2）

　　在一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，当x＝5.0时，则有：K＝5×1/3×1＞1，此时生成的浓度偏大，而在同一温度下平衡常数保持不变，则必然随着反应的进行，生成物的浓度降低，平衡逆向移动。

　　若要使平衡正向移动，则有：K＝x×1/3×1＜1，即x＜3时，可使平衡正向移动。

　　（3）可逆反应在一定条件下达到化学平衡：当x＝5.0时

　　CO（气）＋H2O（气）

　　CO2（气）＋H2（气）

　　起始（mol/L） 1 3 1 5

　　转化（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：当x＝6.0，b%＝52.9%

　　解析：同温同压下，任何气体的体积比等于物质的量之比，则根据平衡常数的计算公式：有：

　　N2 ＋ 3H2

　　2NH3

　　起始（L） 1 3 0

　　转化（L） x 3x 2x

　　平衡（L） 1－x 3－3x 2x

　　则有2x/（4－2x）＝25%，x＝0.4，则从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为：（1－x）：（3－3x）＝1：3。

　　在一定温度和体积固定的容器中，气体的压强比等于物质的量之比，则有：

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

　　解析：在同温同压下，反应前后的气体的总质量保持不变，则混合气体的密度与体积成反比。设混合气体中氮气的体积为a，则氢气的体积为：100－a，则有：

　　N2 ＋ 3H2

　　2NH3

　　起始（L） a 100－a 0

　　转化（L） x 3x 2x

　　平衡（L） a－x 100－a－3x 2x

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

　　又同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，则有：

　　混合气体的相对分子质量等于混合气体的总质量与混合气体的总物质的量之比，则有：混合气体的总质量＝28a＋2（100－a），

　　则有：［28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得：

　　a＝40 mL

　　则：氮气的转化率为：10/40＝25%

　　pC（g）＋qD（g）的平衡常数为K，下列说法正确的是（）

　　A. K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大

　　B. K越小，达到平衡时，反应物的转化率增大

　　C. K随反应物浓度的改变而改变

　　D. K随温度的改变而改变

　　2、在一密闭容器中，aA（g）

　　bB（g）达平衡后温度保持不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来平衡时浓度的60%，则：（）

　　A. 平衡向正反应方向移动了 B. 物质A的转化率减少了

　　C. 物质B的质量分数增加了 D. a＞b

　　3、在373K时，把0.5molN2O4气体通入体积为5L的真空密闭容器中，立即出现棕色，反应进行到2s时，浓度为0.02mol/L，在60s时，体系已达到平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍，下列说法正确的是（）

　　A. 前2s，以N2O4的浓度变化表示的平均反应速度为0.01mol/（L?s）

　　B. 在2s时容器内压强为开始时压强的1.1倍

　　C. 在平衡体系内含N2O40.25mol

　　D. 平衡时，如果压缩容器体积，则可提高N2O4的转化率

　　4、在一密闭容器中，等物质的量的X和Y发生如下反应：X（g） 2Y（g）

　　2Z（g），反应达到平衡时，若混合气体中X和Y的物质的量之和与Z的物质的量相等，则X的转化率为（）

　　A. 10% B、50% C、60% D、70%

　　5、在一密闭的容器中，将一定量的NH3加热使其发生分解反应：2NH3（g）

　　N2（g）＋3H2（g），当达到平衡时，测得25%的NH3分解，此时容器内的压强是原来的（）

　　A、1.125倍 B、1.25倍 C、1.375倍 D、1.50倍

　　6、在一定温度下，将1molCO和1mol水蒸气放入一固定容积的密闭容器中，发生反应CO（g）＋H2O （g）

　　CO2（g）＋H2（g），达平衡状态后，得到CO20.6mol；再通入0.3mol水蒸气，达到新的平衡状态后，CO2的物质的量可能是（）

　　A、0.9mol B、0.8mol C、0.7mol D、0.6mol

　　7、将0.4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A（g）＋B（g）

　　2C（g），若经2s后测得C的浓度为0.6mol?L－1，现有下列几种说法： = 1 * GB3 ①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol?（L?s）－1

　　= 2 * GB3 ②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol?（L?s）－1

　　= 3 * GB3 ③2s时物质A的转化率为70%

　　= 4 * GB3 ④2s时物质B的浓度为0.7mol?L－1

　　其中正确的是（）

　　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、在一定体积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q，在一定条件下发生反应：

　　2R（g）＋5Q（g）

　　4X（g）＋nY（g），反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是（）

　　A、2 B、3 C、4 D、5

　　9、某容器中加入N2和H2，在一定条件下，N2＋3H2

　　2NH3，达到平衡时N2、H2、NH3的浓度分别是3mol/L、4mol/L、4mol/L，则反应开始时H2的浓度是（）

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

　　10、已知下列反应的平衡常数：H2（g）＋S（s）

　　H2S（g） K1

　　S（s）＋O2（g）

　　SO2（g） K2

　　则反应H2（g）＋SO2（g）

　　O2（g）＋H2S（g）的平衡常数是（）

　　A、K1＋ K2 B、K1 －K2 C、K1 ×K2 D、K1／K2

　　11、有可逆反应2A（g）＋2B（g）

　　2C（g）＋D（g）

　　（1）该反应的化学平衡常数的表达式可表示为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（2）该反应选用了一种合适的催化剂，发现反应温度在100℃～400℃的范围内，每高10℃，反应速度为原来的3倍，在400℃～450℃时，每高10℃，反应速度却约为原来的10倍，而温度高于450℃时，反应速度却约为原来的3倍，若其它反应条件不变，试分析造成这种现象的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（3）若该反应在固定容积的密闭容器中进行，并保持温度不变。往容器里充入等物质的量的A、B两种气体物质，反应进行5min后，试推测容器内的压强可能发生的变化＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（填正确的字母编号）

　　A、增大 B、减小 C、不变

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

　　（4）若该反应在恒温下进行并已达平衡，再维持温度不变，将压强由100kPa增大到500kPa平衡发生了移动，但却发现平衡向左移动，你是否怀疑勒夏特列原理对平衡系统的普遍适用性？＿＿＿＿＿＿＿＿；试写出你的分析理由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　12、平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在25℃时，下列反应式及其平衡常数：

　　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）常温下NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（2）常温下水分解产生O2，此时平衡常数值约为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（3）常温下NO、H2O、CO2三种化合物分解放出氧气的大小顺序为：

　　＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

　　（4）随着轿车进入家庭，汽车尾气污染成为备受关注的环境问题，市政府要求全市对所有汽车尾气处理装置完成改装，以求基本去除氢氧化物、一氧化碳污染气体的排放。而改装后的尾气处理装置主要是加入了有效催化剂，请你根据以上有关数据分析，仅仅使用催化剂＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填能或否）促进污染气体间的反应，而去除污染气体。

　　13、可逆反应CO＋H2O

　　CO2＋H2在密闭容器中建立了平衡。当温度为749K时，Kc＝2.60，问：

　　（1）当CO起始浓度为2mol/L，H2O起始浓度为2mol/L时，CO的转化率为多少？

　　（2）当CO起始浓度仍为2mol/L，H2O的起始浓度为6mol/L时，CO的转化率为多少？

　　14、在接触法制硫酸中，将SO2与空气按1：3的体积比混合（空气中氮气与氧气的体积比为4：1）后进入接触室，在一定条件下反应达到平衡后，气体总体积减少为原来的88%（体积均在相同情况下测定），试求：

　　（1）反应达到平衡时SO2的转化率；

　　（2）若生成的SO3可在吸收塔中完全被吸收，则排出的尾气中SO2的体积百分含量。

　　15、在673K，1.01×105Pa时，有1mol气体A发生如下反应：2A（g）

　　xB（g）＋C（g）。在一定条件下已达到平衡。在平衡混合气体中，A占其体积百分比为58.84%。混合气体总质量为46g，密度为0.72g?L－1。求：

　　（1）平衡混合气体的平均相对分子质量；

　　（2）A的平衡转化率；

　　（3）x值