化学平衡常数、平衡转化率的计算及应用
高中化学考点40 化学平衡常数及转化率
考点40 化学平衡常数及转化率1.化学平衡常数(1)定义在一定温度下,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,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用K表示。
(2)表达式对于一般的可逆反应:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g),K=(C)(D) (A)(B)p qm nc cc c⋅⋅。
(3)应用①判断反应进行的限度K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。
K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K <10−510−5~105>105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全②判断反应是否达到平衡状态化学反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)在任意状态时,浓度商均为Q c=(C)(D) (A)(B)c da bc cc c⋅⋅。
Q c>K时,反应向逆反应方向进行;Q c=K时,反应处于平衡状态;Q c<K时,反应向正反应方向进行。
③利用平衡常数判断反应的热效应若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
2.转化率对于一般的化学反应:a A+b B c C+d D,达到平衡时反应物A的转化率为α(A)=A AA的初始浓度-的平衡浓度的初始浓度×100%=0(A)(A)(A)c cc-×100%[c0(A)为起始时A的浓度,c(A)为平衡时A的浓度]反应物平衡转化率的变化判断判断反应物转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。
常见有以下几种情形:反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g) 恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小,反应物B的转化率增大同等倍数地增大(或减小)反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m+n>p+q反应物A和B的转化率均增大m+n<p+q反应物A和B的转化率均减小m+n=p+q反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应m A(g)n B(g)+p C(g) 增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m>n+p反应物A的转化率增大m<n+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A和B的转化率不变考向一 化学平衡常数及影响因素典例1 下列关于化学平衡常数的说法中,正确的是A .在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值B .化学平衡常数K 可以推断一个可逆反应进行的程度C .化学平衡常数K 只与温度、反应物浓度、体系的压强有关D .当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变 【答案】B【解析】A .在给定的反应方程式中,化学平衡常数只受温度的影响,温度改变则化学平衡常数改变,故错误;B .任何时刻Q c >K ,说明平衡向逆反应方向进行,Q c <K ,说明平衡向正反应方向进行,Q c =K ,说明反应达到平衡,故正确;C .化学平衡常数只受温度影响,故错误;D .根据选项C 分析,故错误。
化学反应的平衡常数与反应物质转化率
化学反应的平衡常数与反应物质转化率化学反应是物质转化的过程,而反应的平衡常数以及反应物质的转化率体现了该反应的特性和动力学行为。
本文将就化学反应的平衡常数和反应物质转化率进行探讨。
一、化学反应的平衡常数1. 平衡常数的定义和计算方式平衡常数是指在给定温度下,反应物与生成物的浓度之比,用于表示反应系统达到平衡时不同物质的相对含量。
一般情况下,化学反应可以用一个化学方程式来表示,例如:A +B ⇌C + D其中A和B为反应物,C和D为生成物。
根据质量守恒定律,反应物与生成物的摩尔数之和在反应过程中始终保持不变。
此外,每个参与反应的物质都有其浓度,可以用摩尔浓度或者压力来表示。
对于上述反应,平衡常数K可以用以下方式计算:K = [C][D] / [A][B]其中,[C]、[D]、[A]、[B]分别表示各物质的摩尔浓度。
2. 平衡常数的意义和应用平衡常数K可以用于判断反应的偏向性和速率。
若K > 1,则平衡体系中生成物的浓度较高,反应向生成物的方向偏移;若K < 1,则平衡体系中反应物的浓度较高,反应向反应物的方向偏移;若K ≈ 1,则反应物和生成物的浓度相近,反应达到动态平衡。
除了判断偏向性外,平衡常数还能用于反应的定量计算。
在给定反应物浓度的情况下,可以根据平衡常数计算生成物的浓度,或者根据生成物的浓度推算反应物浓度。
二、反应物质的转化率1. 转化率的定义和计算方式反应物质的转化率表示在反应过程中,反应物转化为生成物的程度。
转化率可以用不同方式进行计算,例如:转化率(%) = (生成物的摩尔数 / 反应物的初始摩尔数) × 100%在实际应用中,转化率还可以用质量、体积等方式进行计算,具体取决于反应物和生成物的性质。
2. 转化率与反应速率的关系转化率与反应速率密切相关。
反应速率是指单位时间内反应物转化为生成物的速率,可以用反应速率方程表示。
根据反应速率方程,可以得出在给定时间内反应物转化为生成物的摩尔数。
化学平衡常数与转化率的计算
化学平衡常数与转化率的计算aA+bB↔cC+dD平衡常数的表达式为:Kc=([C]^c*[D]^d)/([A]^a*[B]^b)其中,[A]、[B]、[C]、[D]分别表示反应物A、B和生成物C、D的平衡态浓度。
a、b、c、d分别为反应物A、B与生成物C、D各自的摩尔系数。
对于气相反应,也可以使用气相的分压来表示平衡常数。
此时平衡常数的表达式为:Kp=(PC^c*PD^d)/(PA^a*PB^b)其中,PA、PB、PC、PD分别表示反应物A、B和生成物C、D的分压。
化学平衡常数的值可以根据实验测得的平衡浓度或分压数据计算得出。
在实验中,通常使用化学平衡常数来确定反应趋势和预测反应结果。
当平衡常数大于1时,表示反应偏向生成物一侧;当平衡常数小于1时,表示反应偏向反应物一侧;当平衡常数接近1时,则表示反应在平衡位置处。
转化率是指一个物质在化学反应中转化为其他物质的程度。
在反应过程中,原始物质转化为产物的比例是反应转化率。
它是反应物的消失与产物的形成之间的关系的一种相对测量。
转化率的计算可以使用消失物或形成物的摩尔数来表示。
对于一般的化学反应的平衡反应式:aA→bB+cC反应转化率的表达式为:转化率=(已转化物质的摩尔数)/(反应物初始摩尔数)*100%其中,已转化物质的摩尔数可以通过实验数据或反应物质的摩尔比来确定。
反应物初始摩尔数可以通过反应物质量和相应的摩尔质量关系来计算得出。
转化率可以用来评估反应的程度和速率,可以帮助确定反应条件和优化反应结果。
高转化率通常表示反应进行充分,而低转化率则表示反应进行不充分。
总结起来,化学平衡常数和转化率是用于描述和计算化学反应的两个重要物理量。
化学平衡常数表示了反应物与生成物浓度或分压之间的关系,可以用于预测反应的平衡位置和判断反应的趋势。
转化率则表示了反应中原始物质向产物转化的程度,可以用于评估反应的程度和速率。
两者的计算方法和应用都可以通过实验数据来确定。
化学平衡常数与转化率的计算
化学平衡常数与转化率的计算1.明确三个量的关系(1)三个量:起始量、变化量、平衡量。
(2)关系①对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
②对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
2.掌握四个公式(1)反应物的转化率=n (转化)n (起始)×100%=c (转化)c (起始)×100%。
(2)生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。
一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。
产率=实际产量理论产量×100%。
(3)平衡时混合物组分的百分含量=平衡量平衡时各物质的总量×100%。
(4)某组分的体积分数=某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%。
3.谨记一个答题模板反应:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g),令A 、B 起始物质的量分别为a mol 、b mol ,达到平衡后,A 的转化量为mx mol ,容器容积为V L ,则有以下关系:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a -mx b -nx px qx 对于反应物:n (平)=n (始)-n (转)对于生成物:n (平)=n (始)+n (转)则有:①K =⎝⎛⎭⎫px V p ·⎝⎛⎭⎫qx V q ⎝⎛⎭⎫a -mx V m ·⎝⎛⎭⎫b -nx V n②c 平(A)=a -mx Vmol·L -1③α(A)平=mx a ×100%,α(A)∶α(B)=mx a ∶nx b =mbna④φ(A)=a -mxa +b +(p +q -m -n )x×100%⑤p 平p 始=a +b +(p +q -m -n )x a +b⑥ρ混=a ·M (A )+b ·M (B )V g·L -1[其中M (A)、M (B)分别为A 、B 的摩尔质量]⑦平衡时体系的平均摩尔质量:M =a ·M (A )+b ·M (B )a +b +(p +q -m -n )xg·mol -14.高考新宠——压强平衡常数(K p )的计算 (1)K p 含义在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度,计算得到的平衡常数叫压强平衡常数,其单位与表达式有关。
高考化学一轮复习讲义—化学平衡常数的计算
高考化学一轮复习讲义—化学平衡常数的计算[复习目标]1.掌握平衡常数和平衡转化率计算的一般方法。
2.了解速率常数与化学平衡常数的关系并能进行有关计算。
考点一化学平衡常数与平衡转化率的计算1.常用的四个公式公式备注反应物的转化率n 转化n起始×100%=c 转化c起始×100%①平衡量可以是物质的量、气体的体积;②某组分的体积分数,也可以是物质的量分数生成物的产率实际产量理论产量×100%平衡时混合物组分的百分含量平衡量平衡时各物质的总量×100%某组分的体积分数某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%2.平衡常数的计算步骤(1)写出有关可逆反应的化学方程式,写出平衡常数表达式。
(2)利用“三段式”(见化学反应速率及影响因素),确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。
(4)注意单位的统一。
3.压强平衡常数(1)以a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)为例,K p =p c C ·p d D p a A ·p b B[p (X):X 在平衡体系中物质的量分数(或体积分数)×总压强]。
(2)计算方法①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。
②计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
③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)。
④根据平衡常数计算公式代入计算。
例一定温度和催化剂条件下,将1mol N 2和3mol H 2充入压强为p 0的恒压容器中,测得平衡时N 2的转化率为50%,计算该温度下的压强平衡常数(K p )。
答案163p 20解析N 2(g)+3H 2(g)2NH 3(g)起始/mol 130变化/mol 0.5 1.51平衡/mol0.51.51平衡时p (N 2)=0.53p 0、p (H 2)=1.53p 0、p (NH 3)=13p 0。
化学平衡常数及转化率的计算
第七章化学反应的方向和限度【考纲要求】1.理解化学平衡常数及转化率的概念及意义。
2.能进行化学平衡常数的相关计算。
【方法指导】学生先认真阅读课本和资料,独立完成《知识梳理》的内容,然后完成对应的例题和练习题,对知识活学活用。
【知识梳理】导学一:化学平衡常数1、概念:在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)。
2、表达式:对于一般的可逆反应,mA(g)+ nB(g)pC(g)+ qD(g),当在一定温度下达到平衡时,K= 。
3、化学平衡常数的意义。
(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的(也叫)。
K值越大,表示反应正向进行得,反应物的转化率;K值越小,表示反应正向进行得,反应物的转化率。
(2)利用K可判断反应的热效应若升高温度,K值增大,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”)。
若升高温度,K值减小,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”)。
总结:使用平衡常数应注意的问题。
①化学平衡常数只与有关,与反应物或生成物的浓度无关。
②在平衡常数表达式中:水(液态)的浓度、固体物质的浓度可视为定值,不写入表达式。
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)③化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关例如:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,;写出K1和K2的关系式:。
(3)利用K判断平衡移动的方向若用任意状态的浓度幂之积的比值,称为浓度商,即Qc表示,与K比较。
当Qc<K,反应向方向移动;当Qc=K,反应处于状态;当Qc>K,反应向方向移动;导学二、:化学平衡的转化率除了化学平衡常数外,还可以运用化学平衡转化率表示一定温度下的化学反应限度。
一定温度下,可逆反应达到平衡时,平衡转化率()=【能力提升】1、在某温度下,可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为K,下列说法正确的是()A.K值越小,达到平衡时,反应物的转化率越大B.K值越大,达到平衡时,生成物的含量越大C.反应物的转化率越大,达到平衡时,K值越大D.温度越高,达到平衡时,K值越大2、在一定条件下,将3 molA和1 mol B两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g) +2D(g)。
高考化学热点:化学平衡常数及平衡转化率的计算
化学平衡常数及平衡转化率的计算热点思维】1、如何运用“三段式”模式进行化学平衡计算?根据反应进行(或平衡移动)的方向,设某反应物消耗的量,然后列式求解例:m A+n B〜-p C+q D起始量:ab00变化量:mxnx pxqx平衡量:a-mx b-nx pxqx注意:①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
②这里a、b可指:物质的量、浓度、体积等。
③弄清起始量、平衡量、平衡转化率三者之间的互换关系。
④在使用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。
2、化学平衡常数的意义是什么?使用化学平衡常数应注意哪些问题?(1)化学平衡常数的意义:①化学平衡常数可表示反应进行的程度。
K越大,反应进行的程度越大,K>105时,可以认为该反应已经进行完全。
虽然转化率也能表示反应进行的程度,但转化率不仅与温度有关,而且与起始条件有关。
②K的大小只与温度有关,与反应物或生成物的起始浓度无关。
(2)在使用化学平衡常数时应注意:①不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中,但非水溶液中,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数表达式中。
②同一化学反应,化学反应方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。
因此书写平衡常数表达式及数值时,要与化学反应方程式相对应,否则就没有意义。
【热点考题】【典例】【2014年高考四川卷第7题】在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g)=M(g)+N(g),所得实验数据如下表:下列说法正确的是A.实验①中,若5min时测得n(M)=0.050mol,则0至5min时间内,用N表示的平均反应速率u(N)1.0x10」2mol/(L・min)B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0C.实验③中,达到平衡是,X的转化率为60%D.实验④中,达到平衡时,b>0.060【答案】C【解析】取冥验①中,若血in时测得n(M)=0.050mol;浓度是0.0050mol/L^贝H根据反应的化学方程式可知,同时主成的N的物质的量也是O.OOBOmol/L,因此0至血山时间内,用M 表示的平均反应辭U(N)=0.0050mol/L-r-5min=l.OX10_3mol/(L■min);A不正确;E、实验②中,平衡时M的浓度是0.OOSOmol/L;则同时生成的N的浓度是0.OOSOmol/L,'消耗X与Y的浓度均是0.0080moL/L,因此平衡时蓝和Y的浓度分别为0.01mol/L-0.0080jnoL/L=0.002jnoL/L,0.04mol/L-0.0080mol/L=0.032mol/L,因此反应的平衡常数^To02X0.032°=b B 不正确'亡、根据反应的化学方程式可灿如果X的转化率为旳虬则X(g)+Y(g)亍二M(g)+N(g)转化浓度(mol/L)0.0120.0120.0120.012为砂緞C 正确;70013时X(g)++N(g)起始液度(mol/L)0.040 0.010 0 转化液度(mol/ll)0.009 0.009 0.009 平衡浓度(mol/L)0.031 0.0010.0090 0.009 0.0090.009x0.0090.031x0.001 =2.9>1,这说明升高温度平衡常数减小,温度不变,平衡常数不变,则在;:鶯;囂=1,即反应达到平衡状态,因此最终平衡时蓝的转化率即平衡向逆反应方向移动,因此正方应是放热反应。
高考化学 化学平衡常数及平衡转化率的计算
专题6 模块4 热点题型三 化学平衡常数及平衡转化率的计算(一)【知识梳理】 1.化学平衡常数的全面突破(1)数学表达式:在一定条件下,可逆反应:a A+b B=c C+d D 达到化学平衡时,注意 ①不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。
如: CaCO 3(s)CaO(s)+CO 2(g)K =c (CO 2)Cr 2O2-7(aq)+H 2O(l)2CrO2-4(aq)+2H +(aq)但在非水溶液中,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数表达式中。
如: C 2H 5OH +CH 3COOHCH 3COOC 2H 5+H 2OC(s)+H 2O(g)CO(g)+H 2(g)K=c(H 2).c(CO)/c(H 2O)②同一化学反应,化学反应方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。
如: N 2O 4(g)2NO 2(g)K =c 2(NO 2)/ c(N 2O 4)12N 2O 4(g) NO 2(g)K ′=c(NO 2)/ c 12 (N 2O 4)=K2NO 2(g)N 2O 4(g)K ″=c(N 2O 4)/ c 2(NO 2)=1K因此书写平衡常数表达式及数值时,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确。
(2)平衡常数的意义①平衡常数可表示反应进行的程度。
K 越大,反应进行的程度越大,K >105时,可以认为该反应已经进行完全。
转化率也能表示反应进行的程度,转化率不仅与温度有关,而且与起始条件有关。
②K 的大小只与温度有关,与反应物或生成物起始浓度的大小无关。
(3)浓度商:可逆反应进行到某时刻(包括化学平衡)时,生成物浓度的化学计量数次幂之积与反应物浓度的化学计量数次幂之积的比值称为浓度商(Q )。
当Q =K 时,该反应达到平衡状态;Q <K 时,该反应向正反应方向进行;Q>K时,该反应向逆反应方向进行。
化学平衡常数及平衡转化率解读
5、应用:
①判断或比较反应限度:
Q<K
Q=K Q>K
正向移动 平衡(净反应速率为0)
逆向移动
②判断平衡移动方向:
③进行平衡相关计算(三段式):
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度( × ) (2)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数( × ) (3) 平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动 ( × ) 由平衡常数表达式可以推出: K1=K22 K1·K = 1 3 (4)化学平衡发生移动,平衡常数不一定发生变化( √ ) 2.在一定温度下,三个反应:
D
3.已知下列反应在某温度下的平衡常数: H2(g)+S(s) H2S(g) K1 S(s)+O2(g) SO2(g) K2 则在该温度下反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平 衡常数为( D ) A.K 1+K2 B .K1-K2 C.K1×K 2 D.K1/K2
4.在25 ℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度 和平衡浓度如下表: 物质 初始浓度/mol·L-1 平衡浓度/mol·L-1 X 0.1 0.05 Y 0.2 0.05 Z 0 0.1
I2 + H2==2HI △H<0 1、升温α(H2)如何变化?
2、加压(压缩体积)α(H2)如何变化?
3、增加c(I2),α(H2)如何变化? 4、增大c(H2),α(H2)如何变化?
5、减小c(HI),α(H2)如何变化?
浓度对转化率影响规律总结: 1、两种反应物: 增加其一浓度,另一个α增大, 而浓度增大的那个反应物α减小 2、一种反应物(分恒容、恒压以及△vg等 不等0情况不同)增大其浓度。 ①2HI== I2+H2恒压:α不变;恒容:α不变 ②2NH3==N2+3H2恒压:α不变;恒容:α减小 ③2NO2==N2O4恒压:α不变;恒容:α增大
化学平衡常数的计算和应用
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实验目的:测定化学反应的化学平 衡常数
实验注意事项:确保反应条件稳定, 避免外界干扰,准确测量反应物的 浓度
实验步骤
准备实验器材:烧杯、试管、量筒、热 板、温度计等。
配制反应物溶液:准确称取一定量的反 应物,加入适量的溶剂,搅拌均匀。
设定反应条件:设定反应温度、压力等 条件,使反应达到平衡状态。
化学平衡常数与反应可能性的关系
实际应用中的案例分析
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如何通过化学平衡常数预测反应的 可能性
化学平衡常数在预测反应可能性中 的局限性和注意事项
3
影响化学平衡常数的因 素
温度对平衡常数的影响
温度升高,平衡常数增大 温度降低,平衡常数减小 温度对反应速率的影响:温度升高,反应速率增大 温度对平衡常数的影响:温度升高,平衡常数增大,反之亦然
浓度对平衡常数的影响
浓度变化:平衡常数随浓度变化而 变化
浓度对反应速率的影响:浓度越大, 反应速率越快
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浓度与平衡常数的关系:浓度越大, 平衡常数越大
浓度对平衡位置的影响:浓度变化 会影响平衡位置的移动
压力对平衡常数的影响
压力的定义:作用在单位面积 上的力
压力对平衡常数的影响实验: 在不同压力下进行化学反应,
化学平衡常数的应用实 例
在工业生产中的应用
化学平衡常数在化学反应工程 中的应用
化学平衡常数在化工生产中的 优化控制
化学平衡常数在环境工程中的 应用
化学平衡常数在生物工程中的 应用
在环境治理中的应用
化学平衡常数在废水处理中的应用 化学平衡常数在大气污染治理中的应用 化学平衡常数在土壤修复中的应用 化学平衡常数在固废处理中的应用
转化率与平衡常数的关系
转化率与平衡常数的关系在化学反应中,平衡常数是用来描述反应物和生成物之间的平衡状态的指标。
而转化率则是描述在一定时间内,反应物转化为生成物的比例。
这两个概念看似不相关,但实际上它们之间有着密切的关系。
首先,让我们来了解一下平衡常数。
在一个化学反应中,反应物会转化为生成物,而生成物也会再转化为反应物。
当反应达到平衡状态时,反应速率的正反应和逆反应达到动态平衡,此时反应物和生成物的浓度不再发生明显的变化。
平衡常数(K)描述了在给定温度下,反应物和生成物的浓度之间的关系。
平衡常数越大,生成物的浓度就越高,反之,平衡常数越小,反应物的浓度就越高。
然而,平衡常数并不是固定不变的,它会随着温度的变化而变化。
根据热力学原理,平衡常数与温度之间存在着一定的关系,通常情况下,温度升高会导致平衡常数增大,反之则减小。
这意味着在不同的温度下,同一个反应的平衡常数是不同的。
与平衡常数相对应的是转化率,它描述了在一定时间内,反应物转化为生成物的比例。
转化率可以通过实验测定得到,通过改变反应时间和测量生成物和反应物的浓度,可以得到不同时间点的转化率。
转化率与平衡常数之间的关系在一定程度上可以通过化学动力学理论来解释。
在一个反应达到平衡状态之前,反应速率通常是不断变化的,而当达到平衡状态时,正反应和逆反应的速率相等。
在这个过程中,转化率随着时间的推移逐渐增加,直到达到平衡状态。
而平衡常数则描述了反应达到平衡状态时,反应物和生成物的浓度比例。
因此,可以得出结论,转化率与平衡常数之间存在着密切的关系。
转化率描述了反应物转化为生成物的过程,而平衡常数描述了反应达到平衡状态后反应物和生成物的浓度比例。
通过对转化率和平衡常数的研究,我们可以更好地了解化学反应的动力学和平衡特性,为实际应用提供理论基础。
化学平衡常数的计算与应用分析
化学平衡常数的计算与应用分析化学平衡常数是描述在一定温度下,化学反应的正反两个方向进行到一定程度时,反应物和生成物浓度比的定量表达式。
它反映了反应进行到平衡状态时,各组分的浓度关系。
一、化学平衡常数的定义化学平衡常数(Kc)是指在一定温度下,化学反应达到平衡时,各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值。
数学表达式为:Kc = [产物1]^m × [产物2]^n / [反应物1]^x × [反应物2]^y × …其中,[产物1]、[产物2]、[反应物1]、[反应物2]等分别表示平衡时各组分的浓度,m、n、x、y等分别表示各组分的化学计量数。
二、化学平衡常数的计算化学平衡常数的计算主要依据平衡时各组分的浓度。
在实验中,可以通过改变反应物的浓度或体积,使反应达到平衡,然后通过实验测得平衡时各组分的浓度,代入化学平衡常数的表达式中进行计算。
三、化学平衡常数的应用1.判断反应进行的方向:当Qc < Kc时,反应向正反应方向进行;当Qc > Kc时,反应向逆反应方向进行;当Qc = Kc时,反应达到平衡状态。
2.预测平衡时各组分的浓度:根据化学平衡常数表达式,结合初始浓度和转化率,可以计算出平衡时各组分的浓度。
3.比较不同反应的平衡常数:化学平衡常数的大小反映了反应进行到平衡状态时,生成物浓度比反应物浓度的高低。
平衡常数越大,说明反应进行的程度越大,生成物的浓度越高于反应物的浓度。
4.分析影响平衡的因素:温度、压力、浓度等外界条件对化学平衡常数有较大影响。
通过改变这些条件,可以调控反应进行的方向和程度。
四、注意事项1.在计算化学平衡常数时,要注意单位的统一。
浓度通常以mol/L为单位,体积以L为单位。
2.在实验中,要尽量减小误差,确保实验数据的准确性。
3.化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压力等其他外界条件无关。
在分析平衡问题时,要区分清楚各种因素对平衡的影响。
化学反应平衡常数的变化和应用
化学反应平衡常数的变化和应用化学反应平衡常数(Kc)是描述在一定温度下,化学反应达到平衡时各生成物和反应物浓度比值的常数。
平衡常数的变化和应用是化学反应原理中的重要内容,对于中学生来说,理解和掌握这一知识点对于深入理解化学反应的本质和提高解决问题的能力具有重要意义。
一、平衡常数的变化1.温度对平衡常数的影响:根据勒夏特列原理,当系统达到平衡时,温度变化会导致平衡位置的移动,从而改变平衡常数。
一般来说,放热反应的平衡常数随温度升高而减小,吸热反应的平衡常数则随温度升高而增大。
2.浓度对平衡常数的影响:平衡常数Kc是浓度比值的表达式,但平衡常数本身与浓度无关。
在一定温度下,平衡常数固定不变,改变反应物或生成物的浓度会影响平衡位置,但不会改变平衡常数。
3.压强对平衡常数的影响:对于有气体参与的反应,改变压强会影响平衡位置,但对于平衡常数的影响不大。
因为压强变化导致的体积变化会同时影响到反应物和生成物的浓度,使得浓度比值(即平衡常数)基本保持不变。
二、平衡常数的应用1.判断反应进行的方向:根据浓度商Qc与平衡常数Kc的相对大小,可以判断反应进行的方向。
当Qc < Kc时,反应向正反应方向进行;当Qc >Kc时,反应向逆反应方向进行;当Qc = Kc时,反应达到平衡。
2.计算平衡浓度:已知反应的平衡常数Kc和初始浓度,可以通过平衡常数表达式计算出平衡时各物质的浓度。
3.确定反应限度:平衡常数Kc反映了反应进行的程度,Kc越大,反应限度越高,反应进行得越完全。
4.工业生产中的应用:在工业生产中,通过调整温度、浓度等条件,可以使平衡常数有利于产品生成,从而提高产率。
5.科学研究中的意义:平衡常数的研究对于揭示化学反应的本质、探讨反应机理以及设计新反应具有重要意义。
综上所述,化学反应平衡常数的变化和应用是化学反应原理中的重要知识点。
掌握这一知识点,有助于中学生更好地理解化学反应的本质,提高解决问题的能力。
2024届高考化学一轮复习:化学平衡常数及转化率的计算
第34讲化学平衡常数及转化率的计算[课程标准] 1.提取信息计算化学平衡常数及转化率。
2.了解压强平衡常数的含义,并能进行简单计算。
考点一化学平衡常数及转化率的计算方法——“三段式”法1.分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。
2.明确三个关系(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各参加反应的物质的化学计量数之比。
3.计算模型——“三段式”法(1)步骤:书写(写出有关化学平衡的化学反应方程式)―→列变量(列出各物质的起始、变化、平衡量)―→计算(根据已知条件列方程式计算)。
(2)模式:如反应:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(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mx ,容器容积为1L 。
m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)起始/mol a b 00变化/mol mx nxpx qx 平衡/mola -mxb -nxpxqx①求平衡常数:K =(px )p ·(qx )q (a -mx )m ·(b -nx )n ②求转化率转化率=某参加反应的物质转化的量某参加反应的物质起始的量×100%,如α(A)平=mxa ×100%。
(3)依据上述(2)中的三段式填空:①c 平(A)=(mol·L -1)。
②α(A)平=×100%。
③φ(A)=×100%。
④p (平)p (始)=。
⑤ρ(混)=(g·L -1)。
⑥M =(g·mol -1)。
答案:①a -mx ②mx a③a -mxa +b +(p +q -m -n )x ④a +b +(p +q -m -n )xa +b⑤a ·M (A)+b ·M (B)⑥a ·M (A )+b ·M (B )a +b +(p +q -m -n )x一、化学平衡常数与转化率的计算1.将固体NH 4I 置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH 4I(s)NH 3(g)+HI(g),②2HI(g)H2(g)+I 2(g)。
21-22版:2.3.5 平衡转化率与平衡常数的相关计算(步步高)
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0
1
2
3
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5
n(NO)/mol
1
0.6
0.4
0.2
0.2
0.2
n(O2)/mol
0.6
0.4
0.3
0.2
0.2
0.2
(1)T1 温度时,kk正 逆=___1_6_0___。
解析 根据v正=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k正c2(NO)·c(O2),得出k正=
vNO消耗 c2NO·cO2
解析 设CO的转化浓度为x mol·L-1
c(始)
CO(g)+H2O(g)
2
6
CO2(g)+H2(g)
0
0
c(转) x
x
x
x
c(平) 2-x 6-x
x
x
K=2-xx26-x=1,解得 x=1.5,则 α(H2O)=16.5×100%=25%。
(3)若830 K时,起始浓度c(CO)=a mol·L-1,c(H2O)=b mol·L-1,H2的平 衡浓度c(H2)=c mol·L-1,则: ①a、b、c之间的关系式是__c=__a_a+_b_b__;
2.某温度时,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应 (g)
+I2(g)
(g)+2HI(g) ΔH=+89.3 kJ·mol-1,起始总压为105 Pa,
平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为__4_0_%___,该反应的平衡常数
Kp=_3_._5_6_×_1_0_4__Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取 的措施有___B_D____(填字母)。
课时对点练
一、平衡转化率的概念及表达式
1.概念
化学平衡常数、转化率、体积分数及其有关计算补充资料
化学平衡常数、转化率、体积分数及其有关计算补充资料一、必备知识1、平衡转化率α(A)=c 0(A )-c 平(A )c 0(A )×100% (或=)()()(00A n A n A n -×100% )2、体积分数ψ(A )=V A V )( ×100% (或=n A n )( ×100% )(公式中的“V ”不是容器体积,是气体本身的体积,这个体积并非空间体积,而是表示数量意义,这个体积越大,意味着充入容器中的气体物质的量就越多)3、化学平衡常数的表达式:对于一般的可逆反应m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g),在一定温度下达到平衡时,K =)()()()(c p B c A c D c C n m q ⋅⋅ 。
(表达式中的各物质的浓度必须是平衡时的浓度)4.化学平衡常数的特点(1)对于一个已给定的可逆反应的化学平衡常数K 只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关,与体系压强大小无关,与某物质的转化率大小无关(K 可以影响转化率,但转化率不影响K 。
一个给定的可逆反应,K 只受温度影响,温度不变,K 值就不变)。
(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可看做“1”(100%)而不代入公式。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数.若反应方向改变,则平衡常数改变.若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变,但意义不变。
所以化学平衡常数还跟化学反应本身有关! 5、化学平衡常数的应用(1)利用K 可以推测可逆反应进行的程度K 的大小表示可逆反应进行的程度,K 值越大说明反应进行的程度越大,反应物的转化率越大;K 值越小说明反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。
(2)利用K 可判断反应热效应若升高温度,K 值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K 值减小,则正反应为放热反应。
(3)借助平衡常数,可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态. 对于可逆反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系:Q =c c (C )·c d (D )c a (A )·c b (B ) ,Q 叫做浓度商,表达式与平衡常数相同,但表达式中各物质的浓度不一定是平衡浓度,要比较Q 与K 的大小关系:① Q < K ,反应未达平衡,反应向正方向进行,υ正>υ逆 ; ② Q = K ,反应处于平衡状态,υ正= υ逆 ;(这时Q 表达式中的浓度就是平衡浓度了)③ Q > K ,反应未达平衡,反应向逆方向进行,υ正< υ逆 ;平 平平 平 平(总) (总)1.写出下列可逆反应的化学平衡常数的表达式: (1)N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) (2)2NH 3(g)N 2(g) + 3H 2(g)(3)1/2 N 2(g) + 3/2H 2(g) NH 3(g) (3)Fe 2O 3 (s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO 2(g) (4)NH 4+ (aq) + H 2O(l) NH 3•H 2O(aq) + OH -(g ) (5)C(s) + H 2O (g)CO(g) + H 2(g)(6)CH 3COOH + CH 3CH 2OHCH 3COOCH 2CH 3 + H 2O(7)CO 吸入肺中与血红蛋白(Hb)反应:CO +HbO 2O 2+HbCO2.在300℃时,将0.23 mol SO 2和0.11 mol O 2放入的密闭容器中,2SO 2+O 2 2SO 3达到平衡时得到0.12 mol SO 3,则此温度下,该反应的化学平衡常数是[23.8V (或23.8 Vmol·L -1)] 3.2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g) ΔH <0,升高温度,平衡常数K 正 ,K 逆(填“增大”或“减小”,下同),降低温度,平衡常数K 正 ,K 逆 。
化学平衡常数问题与转化率
化学平衡常数问题与转化率一、化学平衡常数1、概念:在一定温度下,对于一个可逆反应 aA +bB cC +dD 达到平衡后,生成物浓度以其计量系数的幂次方的乘积和反应物浓度以其计量系数的幂次方的乘积之比是一个常数。
用K 表示。
即:K=C c (C)C d (D)C a (A)C b (B) 单位:(mol/L)(c+d-a-b)2、意义:平衡常数是衡量一个可逆反应在一定温度下反应程度的化学量。
平衡常数越大,反应进行越彻底,转化率就越高。
平衡常数越小,反应进行越不彻底,转化率越低。
3、特征:平衡常数在一定温度下是一个常数,不随浓度、压强、催化剂的改变而改变。
只随温度的改变而改变,也就是说,平衡常数只是温度的函数。
4、注意:①对于固体和纯液体,改变用量不改变浓度,所以,固体和纯液体不列入平衡常数的表达式中。
例如:C (s)+H 2O(g)CO(g) +H 2 (g),K= C(CO)·C(H 2)C(H 2O) 例如:CH 3COO -(aq)+H 2O(l) CH 3COOH (aq)+OH - (aq) K= C(CH 3COOH)·C(OH -)C(CH 3COO -)②对于溶液中进行的可逆反应,实际不参加反应的离子不列入平衡常数的表达式。
例如:FeCl 3+3KSCN Fe(SCN)3 +3KCl K= C[Fe(SCN)2+]C(Fe 3+)·C(SCN -)③平衡常数的表达式与方程式书写有关。
可以联立几个方程式确定一个新反应的平衡常数。
逆反应的平衡常数是正反应的平衡常数的倒数。
方程式乘一个系数,平衡常数变为原平衡常数以该系数的幂次方;方程式相加,是原平衡常数相乘;方程式相加,是原平衡常数相除。
例如:CH 3COOHCH 3COO -+H + K a = C(CH 3COO -)·C(H +)C(CH 3COOH) H 2O H ++OH - K w = C(H +)·C(OH -)CH 3COO - (aq)+H 2O(l) CH 3COOH (aq)+OH - (aq)K h = C(CH 3COOH)·C(OH -)C(CH 3COO -)=K w K a二、平衡常数的运用1、用于相同温度下比较反应进行程度。
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化学平衡常数、平衡转化率的计算及应用1.(2019·烟台调研)一定温度下有可逆反应:A(g)+2B(g) ⇌2C(g)+D(g)。
现将5 mol A和10 mol B加入体积为2 L的密闭容器中,反应至10 min时改变某一条件,C的物质的量浓度随时间变化关系如图所示。
下列有关说法中正确的是()B.反应从起始至5 min时,B的转化率为50%C.5 min时的平衡常数与10 min时的平衡常数不相等D.第15 min时,B的体积分数为25%2.(2018·福建高三三模)如图,甲容器有一个移动活塞,能使容器保持恒压。
起始时向甲中充入2 mol SO2、1 mol O2,向乙中充入4 mol SO2、2 mol O2。
甲、乙的体积都为1 L(连通管体积忽略不计)。
保持相同温度和催化剂存在的条件下,关闭活塞K,使两容器中各自发生下述反应:2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g)。
达平衡时,甲的体积为0.8 L。
下列说法正确的是() A.乙容器中SO 2的转化率小于60%B.平衡时SO3的体积分数:甲>乙C.打开K后一段时间,再次达到平衡,甲的体积为1.4 LD.平衡后向甲中再充入2 mol SO2、1 mol O2和3 mol SO3,平衡向正反应方向移动3.将4 mol CO(g)和a mol H2(g)混合于容积为4 L的恒容密闭容器中,发生反应:CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g),10 min后反应达到平衡状态,测得H2为0.5 mol·L-1。
经测定v(H2)=0.1 mol·L-1·min-1。
下列说法正确的是()A.平衡常数K=2 B.H2起始投入量为a=6C.CO的平衡转化率为66.7% D.平衡时c(CH3OH)=0.4 mol·L-1题型二化学平衡常数及平衡转化率的综合应用4.(2018·太原诊断)合成氨工业涉及固体燃料的气化,需要研究CO2与CO之间的转化。
为了弄清其规律,让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中反应C(s)+CO2(g) ⇌2CO(g)ΔH,测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示:回答下列问题:(1)p1、p2、p3的大小关系是____________,欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率,应采取的措施为_______________________。
图中a、b、c 三点对应的平衡常数大小关系是__________________________________。
(2)900 ℃、1.013 MPa时,1 mol CO2与足量碳反应达平衡后容器的体积为V,CO2的转化率为__________,该反应的平衡常数K=________________。
(3)将(2)中平衡体系温度降至640 ℃,压强降至0.101 3 MPa,重新达到平衡后CO2的体积分数为50%。
条件改变时,正反应和逆反应速率如何变化?___________________________,二者之间有何关系?__________________。
5.(2018·广东佛山质检)甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单,产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜),是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。
反应如下:反应Ⅰ(主):CH3OH(g)+H2O(g) ⇌CO2(g)+3H2(g) ΔH1=+49 kJ·mol-1反应Ⅱ(副):H2(g)+CO2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41 kJ·mol-1温度高于300 ℃则会同时发生反应Ⅲ:CH3OH(g) ⇌CO(g)+2H2(g)ΔH3(1)计算反应Ⅲ的ΔH3=________。
(2)反应Ⅰ能够自发进行的原因是_______________________________________________,升温有利于提高CH3OH转化率,但也存在一个明显的缺点是_____________________。
(3)如图为某催化剂条件下,CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。
①随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是______________(填字母)。
A.反应Ⅱ逆向移动B.部分CO转化为CH3OHC.催化剂对反应Ⅱ的选择性低D.催化剂对反应Ⅲ的选择性低②随着温度的升高,CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是____________ ________________________________________________________________________________③写出一条能提高CH3OH实际反应转化率而降低CO生成率的措施_____________________ _______________________________________________________________________________。
(4)250 ℃,一定压强和催化剂条件下,1.00 mol CH3OH和1.32 mol H2O充分反应(已知此条件下可忽略反应Ⅲ),平衡时测得H2为2.70 mol,CO为0.030 mol,试求反应Ⅰ中CH3OH的转化率为________,反应Ⅱ的平衡常数为________(结果保留两位有效数字)。
化学平衡常数、平衡转化率的计算及应用 答案精析1.B 2.C3.B [用三段式法计算:CO(g)+2H 2(g)CH 3OH(g)起始物质的量/mol 4 a 0转化物质的量/mol x 2x x平衡物质的量/mol 4-x a -2x x2x mol =0.1 mol·L -1·min -1×10 min ×4 L =4 mol ,x =2,a -2x =0.5×4,a =6。
平衡时,c (CO)=0.5 mol·L -1,c (H 2)=0.5 mol·L -1,c (CH 3OH)=0.5 mol·L -1。
平衡常数K =c (CH 3OH )c (CO )·c 2(H 2)=0.50.5×0.52=4,A 项错误;经上述计算,B 项正确;CO 的平衡转化率为50%,C 项错误;平衡时c (CH 3OH)=0.5 mol·L -1,D 项错误。
]4.(1)p 1<p 2<p 3 升高温度、减小压强 K a =K b <K c(2)66.7% 163V (3)正反应和逆反应速率均减小 v 正<v 逆解析 (1)该反应是正反应体积增大的可逆反应,增大压强CO 的含量降低,根据图像可知在温度相等时p 1对应的CO 含量最高,则p 1、p 2、p 3的大小关系是p 1<p 2<p 3。
升高温度CO 含量升高,说明正反应是吸热反应,所以欲提高C 与CO 2反应中CO 2的平衡转化率,应采取的措施为升高温度、减小压强。
平衡常数只与温度有关,升高温度平衡右移,平衡常数增大,则图中a 、b 、c 三点对应的平衡常数大小关系是K a =K b <K c 。
(2)900 ℃、1.013 MPa 时CO 的含量是80%,则C(s)+CO 2(g)2CO(g)起始量/mol 1 0转化量/mol x 2x平衡量/mol 1-x 2x因此2x 1-x +2x=0.8 解得x =23则CO 2的转化率为23 mol 1 mol×100%≈66.7%。
反应的平衡常数K =⎝⎛⎭⎫43V 213V =163V。
(3)降低温度,正、逆反应速率均减小,CO2体积分数增大,平衡向逆反应方向移动,则v正<v逆。
5.(1)+90 kJ·mol-1(2)反应Ⅰ为熵增加的反应CO含量升高,破坏燃料电池的交换膜(3)①C②升温,反应速率加快③加入水蒸气(或加入更合适的催化剂)(4)91% 5.6×10-3解析(1)反应Ⅰ加上反应Ⅱ得到:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)ΔH3=+90 kJ·mol-1。
(2)反应自发进行的要求是ΔG=ΔH-TΔS<0,此反应的ΔH>0,所以反应自发进行的原因是ΔS >0,即反应为熵增反应;升温会促进反应Ⅲ的发生,提高CO的含量,而CO会破坏该电池的交换膜。
(3)①随着反应温度的升高,速率加快,但是CO的生成率并没有接近反应的平衡态,说明该反应使用的催化剂对于反应Ⅱ选择性低,C项正确、D项错误;三个反应都吸热,所以升温都正向移动,不会促进CO转化为甲醇,A、B项错误。
②由①的叙述可以得到答案:升温,反应速率加快。
③加入水蒸气,可以提高甲醇的转化率,同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动,从而降低了CO的生成率;加入更合适的催化剂,最好只催化反应Ⅰ,不催化反应Ⅱ,也能达到目的。
(4)达平衡时CO为0.03 0 mol,根据反应Ⅱ得到参与反应的氢气为0.03 0 mol,所以反应Ⅰ生成的氢气为2.73 mol(平衡剩余氢气2.70 mol),根据反应Ⅰ,消耗的甲醇为0.91 mol,所以甲醇的转化率为91%。
根据反应Ⅰ的数据,消耗的水为0.91 mol,生成的CO2为0.91 mol,则剩余0.41 mol水,在反应Ⅱ中消耗0.03 mol CO2,生成0.03 mol CO 和0.03 mol水,所以达平衡时,水为0.44 mol,CO2为0.88 mol。
可求得反应Ⅱ的平衡常数。