化学平衡常数在中学化学中的考查方式

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  摘 要:在许多试题中,化学平衡常数(用K表示,下同)常作为化学平衡考查的一个“热点”。
  关键词:化学平衡常数;考查方式;“热点”
  主要有以下几个方面:
  一、 判断可逆反应进行的程度
  K值越大,可逆反应平衡体系中生成物越多,正反应进行的程度越大,转化率越高,反应进行越完全;反之,K值越小,可逆反应平衡体系中生成物越少,正反应进行的程度越小,转化率越低,反应进行得越不完全。一般来说,当K值大于105时,反应进行完全。
  例如,在某温度时,H2 Cl22HCl,K=5.3×1033,H2 I2(g)2HI,K=48.74。H2与Cl2反应进行的程度大,H2与I2(g)反应进行的程度小,可以确认H2与Cl2的反应进行得完全,不是可逆反应,H2与I2反应进行不完全,是可逆反应。
  二、 判断反应的热效应
  ①温度升高,K值增大,平衡正向移动,正反应吸热;K值减小,平衡逆向移动,正反应放热。
  ②温度降低,K值增大,平衡正向移动,正反应放热;K值减小,平衡逆向移动,正反应吸热。
  例如:在一定体积的密闭容器中,对于可逆反应:
  Cu(NH3)2Ac CO NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO,K与T存在如下关系:15℃时,K=5×104,50℃时,K=2,100℃时,K=1.9×10-5。
  试判断该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
  解析:通过K与T的关系可得:升高温度,K值减小,说明平衡逆向移动,正反应放热。
  三、 判断可逆反应是否平衡以及不平衡时反应进行的方向
  对可逆反应mA(g) nB(g)pC(g) qD(g),在定温下的某时刻,QC与K有如下关系:QC=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)(QC為浓度商)
  当QCK时,反应逆向进行;当QC=K时,反应处于平衡状态。
  例如:在定温下的密闭容器中存在如下反应:
  2SO2 O22SO3(g),已知二氧化硫的起始浓度为0.4 mol/L,氧气的起始浓度为1 mol/L,经测定某温度下的平衡常数约为19,当二氧化硫转化率为50%时,判断反应是否达到平衡状态?若未达到,向哪个方向进行?
  解析: 2SO2 O2 2SO3
  起始浓度(mol/L): 0.410
  转化浓度(mol/L): 0.4×50%0.10.2
  转化后浓度(mol/L):0.20.90.2
  此时:QC=c2(SO3)c2(SO2)·c(O2)=0.220.22×0.9=109<19=K
  所以,当SO2转化率为50%时,反应未达平衡状态,反应向正反应方向进行。
  四、 计算反应物的转化率
  根据转化率的计算公式:
  转化率=已反应的反应物浓度该反应物的起始浓度×100%
  已知平衡常数和平衡浓度(或起始浓度),可以计算起始浓度(或平衡浓度),进而可以计算出反应物的转化率。
  例如:考查方式三中的例题:继续设问达平衡状态时,SO2的转化率应为多少?
  解析:设SO2的转化率为x,则:
  2SO2 O2 2SO3
  起始浓度(mol/L):0.410
  转化浓度(mol/L):0.4x0.2x0.4x
  平衡浓度(mol/L):0.4(1-x)1-0.2x0.4x
  则:(0.4x)2[0.4(1-x)]2·(1-0.2x)≈19 解得:x=0.8
  所以SO2的转化率为80%。
  五、 计算可逆反应中某物质的平衡浓度或起始浓度
  依据平衡常数和起始浓度来计算平衡浓度,也可依据平衡常数和平衡浓度来计算起始浓度。
  例如:在容积为1.0 L的密闭容器中,将1.0 mol H2O和0.2 mol CO混合加热至600℃,达到下列平衡:H2O(g) CO(g)H2(g) CO2(g),K=1.0,试求H2O的平衡浓度。
  解析:设x为达到平衡时H2O的平衡浓度,
  H2O(g) CO(g)H2(g) CO2(g)
  开始浓度(mol/L):1 0.2 0 0
  转化浓度(mol/L):1-x1-x1-x1-x
  平衡浓度(mol/L):xx-0.81-x1-x
  根据K=c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)=(1-x)2x(x-0.8)=1,得x=0.83
  故H2O的平衡浓度为0.83 mol/L。
  作者简介:
  田鸿鸠,邹萧霞,甘肃省武威市,古浪县第三中学。
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