高中化学课程课件 化学平衡常数及转化率的计算
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√D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达
到平衡时 cH2 增大 cCH3OH
4.在体积为1 L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),化学平衡常数K与温度T的关系如下表:
T/℃ 700 800 850 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(4)CO23-+H2O HCO- 3 +OH- 答案 K=cOHc-C·Oc23H-CO- 3 (5)CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) 答案 K=c(CO2)
2.一定温度下,分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1 ②12N2(g)+32H2(g) NH3(g) K2
(2)若反应温度升高,该反应的平衡常数、M的转化率如何变化? _由__于__该__反__应__正__向__为__吸__热__反__应__,__温__度__升__高__,__平__衡__右__移__,__K__值__增__大__,__M__的__转_ _化__率__增__大__。
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(M)=4 mol·L-1,c(N) =a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,则M的转化率为___5_0_%___, N的起始浓度为__6__m_o_l_·L__-_1_。
(3)计算模式
对以下反应:A(g)+3B(g) 2C(g)+3D(g),令A、B起始物质的量
(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为x mol,容器容积为V L。
A(g) + 3B(g) 2C(g)+3D(g)
起始/mol a
b
0
0
变化/mol x
3x
2x 3x
平衡/mol a-x
b-3x 2x 3x
1.书写下列化学反应的平衡常数表达式。 (1)Cl2+H2O HCl+HClO 答案 K=cHCcl·Ccl2H ClO (2)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 答案 K=cCcOH·2cOH2 (3)CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O 答案 K=ccCCHH33CCOOOOHC2·Hc5C·2cHH5O2OH
(2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)+bB(g)
ccC·cdD _c_a_A___·c_b_B__ _。
cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商:Q=
Q<K,反应向_正__反应方向进行;
Q=K,反应处于_平__衡__状态;
Q>K,反应向_逆__反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应
回答下列问题: (1)升高温度,化学平衡向_正__反__应__(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O), 此时的温度为_8_5_0_℃__;在此温度下,若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为向__正__反__应__方__向__ __进__行__中__(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡 状态”)。
3 若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的分压平衡常数Kp=___p__
(用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体
积分数)。
考点三 速率常数与化学平衡常数的关系
知识梳理·夯基础
1.假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g), 其速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常 数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催 化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进 行得越快。不同反应有不同的速率常数。
√C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%
2.Kp计算 (1)Kp含义:在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度计算的平 衡常数叫压强平衡常数。
(2)计算技巧:第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质
的量或物质的量浓度;第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积
错因:_它__们__互__为__倒__数__关__系__。
(5)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动( × )
错因:平__衡__常__数__发__生__改__变__,__温__度__一__定__改__变__,__所__以__化__学__平__衡__一__定__发__生__移__动__ 。
深度思考
K2
1.0 2.50
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
K3
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=_K__1·_K_2__(用K1、 K2表示)。
(2)反应③的ΔH___<___(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓 度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正__>____(填“>”“=” 或“<”)v逆。
③2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K3 (1)K1和K2,K1=_K_22_。
1 (2)K1和K3,K1=_K_3_。
3.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:CO(g)+CuO(s) CO2(g)+Cu(s) K1 反应②:H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g) K2 反应③:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K3
递进题组·练能力
题组一 化学平衡常数与转化率相结合计算 1.羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的 危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡: CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1 反应前CO的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说 法正确的是 A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应 B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
达到平衡时,K=
(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计
入化学平衡常数表达式中)。
3.意义及影响因素 (1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)K只受 温度 影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4.应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
5.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或 CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下 的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应
温度/℃ 平衡常数
500 800
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)
K1
2.5 0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)
化学平衡常数及转化率的计算
复习 目标
1.了解化学平衡常数(K)的含义。 2.能利用化学平衡常数进行相关计算。 3.能正确计算化学反应的转化率(α)。
考点一 化学平衡常数的概念及应用
知识梳理·夯基础
1.概念 在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积 与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号_K__表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),当在一定温度下
2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于基元反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆 =k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K=ccacCA··ccdbDB=kk正 逆··vv逆 正 ,反应达到平衡时v正 =v 逆,故 K=kk正 逆。
易错易混辨析 错误的写明原因
(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度( × )
错因:_平__衡__常__数__表__达__式__中__,__必__须__是__各__物__质__的__平__衡__浓__度__。
(2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大( × )
错因:_平__衡__常__数__只__与__温__度__有__关__。
K1 K3与K1、K2的关系是K3=__K_2__。
递进题组·练能力
题组一 平衡常数及影响因素 1.对于反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH>0,下列有关说法正确的是 A.平衡常数表达式为K=ccCCO·c·cH2HO2
√B.恒温条件下压缩容器的体积,平衡逆向移动,平衡常数K不发生变化
考点二 “三段式”突破平衡常数、转化率的相关计算
知识梳理·夯基础
1.三段式计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时, 要注意准确地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算, 同时还要注意单位的统一。 (1)分析三个量:即起始量、转化量、平衡量。 (2)明确三个关系 ①对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。 ②对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。 ③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
(3)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大( × )
错因:_升__温__,__对__于__吸__热__反__应__,__平__衡__常__数__增__大__,__对__于__放__热__反__应__,__平__衡__常__数_ _减__小__。
(4)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等( × )
分数;第三步,根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分
压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数);第四步,根据
平衡常数计算公式代入计算。例如,N2(g)+3H2(g) 衡常数表达式为Kp=pNp22N·pH33H 2 。
2NH3(g),压强平源自6.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2),反 应为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)。按投料 比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器 中发生上述反应,SO2的转化率与温度T的 关系如图所示:
反应① O3 O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1; 反应② [O]+O3 2O2 ΔH<0 平衡常数为K2; 总反应:2O3 3O2 ΔH<0 平衡常数为K。 下列叙述正确的是
A.降低温度,总反应K减小
√C.适当升温,可提高消毒效率
B.K=K1+K2 D.压强增大,K2减小
题组二 平衡常数的应用
3.(2019·宁 夏 高 三 调 研 ) 在 恒 容 密 闭 容 器 中 , 由 CO 合 成 甲 醇 : CO(g) +
2H2(g) CH3OH(g),在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响, 实验结果如图所示,下列说法正确的是 A.平衡常数K=ccCCOH·3cOHH2 B.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 C.CO合成甲醇的反应为吸热反应
计算:化学平衡常数、A的平衡浓度、A的平衡转化率、平衡时A的体积分数、 平衡时气体的平均相对分子质量、生成物的产率等。
深度思考
已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0。某 温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1。 思考并解答下列问题: (1)若达到平衡后,M的转化率为60%,列出“三段式”,计算此时N的 平衡浓度是多少?
答案
M(g)+ N(g)
P(g) + Q(g)
初始/mol·L-1 1
2.4
0
0
转化/mol·L-1 1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
平衡/mol·L-1 0.4
1.8
0.6
0.6
由三段式得N的平衡浓度为1.8 mol·L-1。
已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0。某 温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1。 思考并解答下列问题:
C.升高体系温度,平衡常数K减小
√D.恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数K不发生变化
2.(2020·西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、 方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧 原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:
到平衡时 cH2 增大 cCH3OH
4.在体积为1 L的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),化学平衡常数K与温度T的关系如下表:
T/℃ 700 800 850 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(4)CO23-+H2O HCO- 3 +OH- 答案 K=cOHc-C·Oc23H-CO- 3 (5)CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) 答案 K=c(CO2)
2.一定温度下,分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1 ②12N2(g)+32H2(g) NH3(g) K2
(2)若反应温度升高,该反应的平衡常数、M的转化率如何变化? _由__于__该__反__应__正__向__为__吸__热__反__应__,__温__度__升__高__,__平__衡__右__移__,__K__值__增__大__,__M__的__转_ _化__率__增__大__。
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(M)=4 mol·L-1,c(N) =a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,则M的转化率为___5_0_%___, N的起始浓度为__6__m_o_l_·L__-_1_。
(3)计算模式
对以下反应:A(g)+3B(g) 2C(g)+3D(g),令A、B起始物质的量
(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为x mol,容器容积为V L。
A(g) + 3B(g) 2C(g)+3D(g)
起始/mol a
b
0
0
变化/mol x
3x
2x 3x
平衡/mol a-x
b-3x 2x 3x
1.书写下列化学反应的平衡常数表达式。 (1)Cl2+H2O HCl+HClO 答案 K=cHCcl·Ccl2H ClO (2)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 答案 K=cCcOH·2cOH2 (3)CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O 答案 K=ccCCHH33CCOOOOHC2·Hc5C·2cHH5O2OH
(2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)+bB(g)
ccC·cdD _c_a_A___·c_b_B__ _。
cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商:Q=
Q<K,反应向_正__反应方向进行;
Q=K,反应处于_平__衡__状态;
Q>K,反应向_逆__反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应
回答下列问题: (1)升高温度,化学平衡向_正__反__应__(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O), 此时的温度为_8_5_0_℃__;在此温度下,若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为向__正__反__应__方__向__ __进__行__中__(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡 状态”)。
3 若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的分压平衡常数Kp=___p__
(用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体
积分数)。
考点三 速率常数与化学平衡常数的关系
知识梳理·夯基础
1.假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g), 其速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常 数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催 化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进 行得越快。不同反应有不同的速率常数。
√C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%
2.Kp计算 (1)Kp含义:在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度计算的平 衡常数叫压强平衡常数。
(2)计算技巧:第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质
的量或物质的量浓度;第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积
错因:_它__们__互__为__倒__数__关__系__。
(5)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动( × )
错因:平__衡__常__数__发__生__改__变__,__温__度__一__定__改__变__,__所__以__化__学__平__衡__一__定__发__生__移__动__ 。
深度思考
K2
1.0 2.50
③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
K3
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=_K__1·_K_2__(用K1、 K2表示)。
(2)反应③的ΔH___<___(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓 度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正__>____(填“>”“=” 或“<”)v逆。
③2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K3 (1)K1和K2,K1=_K_22_。
1 (2)K1和K3,K1=_K_3_。
3.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:CO(g)+CuO(s) CO2(g)+Cu(s) K1 反应②:H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g) K2 反应③:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K3
递进题组·练能力
题组一 化学平衡常数与转化率相结合计算 1.羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的 危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡: CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1 反应前CO的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说 法正确的是 A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应 B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
达到平衡时,K=
(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计
入化学平衡常数表达式中)。
3.意义及影响因素 (1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)K只受 温度 影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4.应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
5.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或 CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下 的化学反应平衡常数如下表所示:
化学反应
温度/℃ 平衡常数
500 800
①2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)
K1
2.5 0.15
②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)
化学平衡常数及转化率的计算
复习 目标
1.了解化学平衡常数(K)的含义。 2.能利用化学平衡常数进行相关计算。 3.能正确计算化学反应的转化率(α)。
考点一 化学平衡常数的概念及应用
知识梳理·夯基础
1.概念 在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积 与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号_K__表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),当在一定温度下
2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于基元反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆 =k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K=ccacCA··ccdbDB=kk正 逆··vv逆 正 ,反应达到平衡时v正 =v 逆,故 K=kk正 逆。
易错易混辨析 错误的写明原因
(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度( × )
错因:_平__衡__常__数__表__达__式__中__,__必__须__是__各__物__质__的__平__衡__浓__度__。
(2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大( × )
错因:_平__衡__常__数__只__与__温__度__有__关__。
K1 K3与K1、K2的关系是K3=__K_2__。
递进题组·练能力
题组一 平衡常数及影响因素 1.对于反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH>0,下列有关说法正确的是 A.平衡常数表达式为K=ccCCO·c·cH2HO2
√B.恒温条件下压缩容器的体积,平衡逆向移动,平衡常数K不发生变化
考点二 “三段式”突破平衡常数、转化率的相关计算
知识梳理·夯基础
1.三段式计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时, 要注意准确地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算, 同时还要注意单位的统一。 (1)分析三个量:即起始量、转化量、平衡量。 (2)明确三个关系 ①对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。 ②对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。 ③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
(3)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大( × )
错因:_升__温__,__对__于__吸__热__反__应__,__平__衡__常__数__增__大__,__对__于__放__热__反__应__,__平__衡__常__数_ _减__小__。
(4)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等( × )
分数;第三步,根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分
压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数);第四步,根据
平衡常数计算公式代入计算。例如,N2(g)+3H2(g) 衡常数表达式为Kp=pNp22N·pH33H 2 。
2NH3(g),压强平源自6.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2),反 应为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)。按投料 比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器 中发生上述反应,SO2的转化率与温度T的 关系如图所示:
反应① O3 O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1; 反应② [O]+O3 2O2 ΔH<0 平衡常数为K2; 总反应:2O3 3O2 ΔH<0 平衡常数为K。 下列叙述正确的是
A.降低温度,总反应K减小
√C.适当升温,可提高消毒效率
B.K=K1+K2 D.压强增大,K2减小
题组二 平衡常数的应用
3.(2019·宁 夏 高 三 调 研 ) 在 恒 容 密 闭 容 器 中 , 由 CO 合 成 甲 醇 : CO(g) +
2H2(g) CH3OH(g),在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响, 实验结果如图所示,下列说法正确的是 A.平衡常数K=ccCCOH·3cOHH2 B.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 C.CO合成甲醇的反应为吸热反应
计算:化学平衡常数、A的平衡浓度、A的平衡转化率、平衡时A的体积分数、 平衡时气体的平均相对分子质量、生成物的产率等。
深度思考
已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0。某 温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1。 思考并解答下列问题: (1)若达到平衡后,M的转化率为60%,列出“三段式”,计算此时N的 平衡浓度是多少?
答案
M(g)+ N(g)
P(g) + Q(g)
初始/mol·L-1 1
2.4
0
0
转化/mol·L-1 1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
平衡/mol·L-1 0.4
1.8
0.6
0.6
由三段式得N的平衡浓度为1.8 mol·L-1。
已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0。某 温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1。 思考并解答下列问题:
C.升高体系温度,平衡常数K减小
√D.恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数K不发生变化
2.(2020·西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、 方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧 原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下: