安徽省碭山中學(xué)　董　順

化學(xué)平衡常數(shù)的考查視角

安徽省碭山中學(xué)董順

化學(xué)平衡常數(shù)K能定量地描述可逆反應(yīng)進(jìn)行的限度，K值越大，說(shuō)明平衡體系中生成物所占的比例越大，正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，即該反應(yīng)進(jìn)行得越完全；反之，就越不完全。

在一定溫度下，可逆反應(yīng)無(wú)論從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，也不管反應(yīng)物起始濃度大小，最終達(dá)到平衡時(shí)，各生成物平衡濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物平衡濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積的比值是個(gè)常數(shù)，用K表示，這個(gè)常數(shù)叫化學(xué)平衡常數(shù)。

在書寫平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，需注意以下問(wèn)題：

①在應(yīng)用平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，稀溶液中的水分子濃度可不寫。因?yàn)橄∪芤旱拿芏冉咏? g/mL，水的物質(zhì)的量濃度為55.6 mol/L。在化學(xué)變化過(guò)程中，水量的改變對(duì)水的濃度變化影響極小，所以水的濃度是一個(gè)常數(shù)，此常數(shù)可歸并到平衡常數(shù)中去。對(duì)于非水溶液中的反應(yīng)，溶劑的濃度同樣是常數(shù)。

②當(dāng)反應(yīng)中有固體物質(zhì)參加時(shí)，分子間的碰撞只能在固體表面進(jìn)行，固體的物質(zhì)的量濃度對(duì)反應(yīng)速率和平衡沒(méi)有影響，因此，固體的“濃度”看成常數(shù)，在平衡常數(shù)表達(dá)式中，不寫固體的濃度。

③化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式與化學(xué)方程式的書寫方式有關(guān)。同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，由于書寫的方式不同，各反應(yīng)物、生成物的化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，平衡常數(shù)就不同，但是這些平衡常數(shù)可以相互換算。

視角一　平衡常數(shù)K與化學(xué)平衡移動(dòng)的關(guān)系

例1（2014年上海卷）只改變一個(gè)影響因素，平衡常數(shù)K與化學(xué)平衡移動(dòng)的關(guān)系敘述錯(cuò)誤的是（）。

A.K值不變，平衡可能移動(dòng) B.K值變化，平衡一定移動(dòng)

C.平衡移動(dòng)，K值可能不變 D.平衡移動(dòng)，K值一定變化

解析K只受溫度的影響，溫度不變而改變其他條件平衡可能移動(dòng)，但K不變，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案D。

視角二　考查K的表達(dá)式及K與溫度的關(guān)系

例2（2015年全國(guó)卷）甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)為

回答下列問(wèn)題：

該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為_(kāi)____________ _；圖中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為_(kāi)______ _（填曲線標(biāo)記字母），其判斷理由是_________________。

解析化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪之積與反應(yīng)物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪之積的比值，則反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為；由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，因此a正確。

例3對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（pB）代替物質(zhì)的量濃度（cB）也可表示平衡常數(shù)（記作Kp），則反應(yīng)CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）ΔH=+206.2 kJ/mol的Kp=______ _；隨著溫度的升高，該平衡常數(shù)_______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

視角三　考查相關(guān)化學(xué)反應(yīng)K之間的關(guān)系

例4（2014年山東卷）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時(shí)，涉及如下反應(yīng)：

2NO2（g）+NaCl（s）NaNO3（s）+ClNO（g） ΔH1＜0 （Ⅰ），平衡常數(shù)為K1；

2NO（g）+Cl2（g）2ClNO（g）ΔH2＜0 （Ⅱ），平衡常數(shù)為K2。

則4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常數(shù)K=______ _（用K1、K2表示）。

解析某方程式各物質(zhì)系數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的n倍，則其平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的n次方倍；某方程式由另兩個(gè)方程式相加得到，則其平衡常數(shù)為另兩個(gè)方程式平衡常數(shù)的乘積；某方程式由另兩個(gè)方程式相減得到，則其平衡常數(shù)為另兩個(gè)方程式平衡常數(shù)的商。將題干中已知的兩個(gè)方程式做如下處理：（Ⅰ）×2-（Ⅱ）可得4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g），其平衡常數(shù)。

視角四　考查K的計(jì)算

例5（2015年全國(guó)卷）Bodensteins研究了下列反應(yīng)：

在716 K時(shí)，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x（HI）與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如下表：

t/min　0　20　40　60　80　120 x（HI）　1　0.91　0.85　0.815　0.795　0.784 x（HI）　0　0.60　0.73　0.773　0.780　0.784

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為_(kāi)______。

解析兩組數(shù)據(jù)分別是從正、逆兩個(gè)方向開(kāi)始反應(yīng)的數(shù)據(jù)，按第一組數(shù)據(jù)計(jì)算，設(shè)開(kāi)始加入的HI為a mol，達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的HI為x mol，則

例6（2015年重慶卷）羰基硫（COS）可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達(dá)到下列平衡：CO（g）+H2S（g）COS（g）+ H2（g）K=0.1，反應(yīng)前CO物質(zhì)的量為10 mol，平衡后CO物質(zhì)的量為8 mol。下列說(shuō)法正確的是（）。

A.升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)

B.通入CO后，正反應(yīng)速率逐漸增大

C.反應(yīng)前H2S的物質(zhì)的量為7 mol

D.CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80%

解析升高溫度，H2S濃度增加，表明平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。通入CO后，正反應(yīng)速率應(yīng)該是立即增大，而不是逐漸增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤。

設(shè)該容器的體積為V，則有，解得n=7，C項(xiàng)正確。CO的平衡轉(zhuǎn)化率=100%=20%，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案C

視角五　根據(jù)K與Qc的大小關(guān)系判斷平衡移動(dòng)的方向及計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率α

濃度商Qc為任意時(shí)刻生成物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪之積的比值。某化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，Qc=K，改變條件使Qc≠K，平衡被破壞，反應(yīng)向正向（或逆向）進(jìn)行，之后重新建立平衡。

Qc＜K，反應(yīng)正向進(jìn)行，平衡正向移動(dòng)；

Qc=K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

Qc＞K，反應(yīng)逆向進(jìn)行，平衡逆向移動(dòng)。

例7溫度為T時(shí)，向2.0 L恒容密閉容器中充入1.0 mol PCl5，反應(yīng)PCl5（g）PCl3（g）+Cl2（g）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到平衡。反應(yīng)過(guò)程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表所示：

t/s　0　50　150　250　350 n（PCl3）/mol　0　0.16　0.19　0.20　0.20

下列說(shuō)法正確的是（）。

A.反應(yīng)在前50 s的平均速率v（PCl3）=0.0032 mol·L-1·s-1

B.保持其他條件不變，升高溫度，平衡時(shí)c（PCl3）=0.11 mol·L-1，則反應(yīng)的ΔH＜0

C.相同溫度下，起始時(shí)向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2，反應(yīng)達(dá)到平衡前v正＞v逆

D.相同溫度下，起始時(shí)向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2，達(dá)到平衡時(shí)，PCl3的轉(zhuǎn)化率小于80%

答案C