第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向.docx

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第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向

第3讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向

考点一化学平衡常数及其应用

1．概念：

在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物与反应物的比值是一个常数，用符号K表示。

2．表达式：

化学方程式

平衡常数

与K1的关系

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

K1＝

K2＝

（或K

1）

K3＝

N2（g）+

H2（g）

NH3（g）

K2＝

2NH3（g）

N2（g）+3H2（g）

K3＝

3.意义：

（1）K值越大，正反应进行的程度，反应物的转化率

（2）K只受影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

小题热身

正误判断，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）温度、浓度、压强、催化剂均能改变平衡常数。

（　　）

（3）升高温度，平衡常数一定增大。

（　　）

（4）平衡常数变化，化学平衡不一定发生移动。

（　　）

（5）化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。

（　　）

（6）平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。

（　　）

（7）反应A（g）＋3B（g）

2C（g），达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大。

（　　）

（8）对于反应：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g），升高温度，K值减小，则ΔH>0。

（　　）

[考向精练提考能]

考向一　多个反应中平衡常数关系判断

1．已知下列反应在某温度下的平衡常数：

H2（g）＋S（s）

H2S（g）　K1S（s）＋O2（g）

O2（g）　K2

则在该温度下反应H2（g）＋SO2（g）

O2（g）＋H2S（g）的平衡常数为（　　）

A．K1＋K2　　　　　B．K1－K2C．K1·K2D.K1/K2

2．已知：

①CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）②2CH3OH（g）

CH3OCH3（g）＋H2O（g）

③CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）某温度下三个反应的平衡常数的值依次为K1、K2、K3，则该温度下反应3CO（g）＋3H2（g）

CH3OCH3（g）＋CO2（g）的化学平衡常数K为____（用K1、K2、K3表示）。

考向二　平衡常数的影响因素及其应用

利用K与Qc的关系判断可逆反应所处状态

对于可逆反应mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），Qc＝

（式中浓度是任意时刻的浓度）。

根据Qc与K的关系可以判断可逆反应所处的状态：

Qc

3．已知，相关数据见下表：

编号

化学方程式

平衡常数

平衡常数

979K

1173K

Ⅰ

Fe（s）＋CO2（g）

FeO（s）＋CO（g）

K1

1.47

2.15

Ⅱ

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）

K2

1.62

b

Ⅲ

Fe（s）＋H2O（g）

FeO（s）＋H2（g）

K3

a

1.68

根据以上信息判断，下列结论错误的是（　）

A．a>bB．增大压强，平衡状态Ⅱ不移动

C．升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动D．反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应

4．在体积为1L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

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题：

（1）升高温度，化学平衡向________（填“正反应”或“逆反应”）方向移动。

（2）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。

a．c（CO2）＝c（CO）b．K不变c．容器中的压强不变

d．v正（H2）＝v正（CO2）e．c（H2）保持不变

（3）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______；在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，则此时反应所处的状态为______（填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”）。

[练后反思]　利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应

考点二利用“三段式”法进行化学平衡的计算

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反应物的化学计量数之比。

3．计算方法——三段式法：

可按下列模式进行计算：

如mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。

　　　　　　mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

起始/（mol/L）　a　　　　b　　　　0　　　0

变化/（mol/L）mxnxpxqx

平衡/（mol/L）a－mxb－nxpxqx

（1）求平衡常数：

K＝

（2）求转化率转化率＝

×100%，如α（A）平＝

×100%。

[考向精练提考能]

考向一　化学平衡常数的计算

1．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：

①NH4I（s）

NH3（g）＋HI（g）；②2HI（g）

H2（g）＋I2（g）

达到平衡时，c（H2）＝0.5mol/L，c（HI）＝4mol/L，则此温度下反应①的平衡常数为________，反应②的平衡常数为_______，相同温度下H2（g）＋I2（g）

2HI（g）的平衡常数为________。

2.汽车尾气中NO产生的反应为N2（g）＋O2（g）

2NO（g）。

一定条件下，等物质的量的N2（g）和O2（g）在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。

下列叙述正确的（）

A．温度T下，该反应的平衡常数K＝

B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小

C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂

D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH＜0

[备考提醒]　化学平衡计算题的解题思路

考向二　转化率的计算

3．已知可逆反应：

M（g）＋N（g）

P（g）＋Q（g）　ΔH＞0，请回答下列问题：

（1）在某温度下，反应物的起始浓度分别为c（M）＝1mol·L－1，c（N）＝2.4mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。

（2）若反应温度升高，M的转化率________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c（M）＝4mol·L－1，c（N）＝amol·L－1；达到平衡后，c（P）＝2mol·L－1，a＝________。

（4）若反应温度不变，反应物的起始浓度为c（M）＝c（N）＝bmol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。

考向三　化学平衡常数与转化率的换算

4．SO2常用于制硫酸，其中一步重要的反应为2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）　ΔH＜0。

若向一个2L的密闭容器中充入0.4molSO2、0.2molO2和0.4molSO3，发生上述反应。

请回答下列问题：

（1）当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是________（填字母）。

a．c（SO2）＝0.3mol·L－1、c（O2）＝0.15mol·L－1b．c（SO3）＝0.4mol·L－1

c．c（O2）＝0.2mol·L－1、c（SO2）＝0.4mol·L－1d．c（SO3）＝0.3mol·L－1

（2）任选上述一种可能的情况，计算达到平衡时的平衡常数为________。

（3）某温度时，将4molSO2和2molO2通入2L密闭容器中，10min时反应达到平衡，SO2的转化率为80%，则0～10min内的平均反应速率v（O2）＝____，该温度下反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）的平衡常数K＝____。

考点三化学反应进行的方向

1．自发过程

（1）含义：

在一定条件下，不需要借助于外力作用就能进行的过程。

（2）特点

（3）自发反应在给定的条件下，无须外界帮助，一经引发即能自动进行的反应。

2．化学反应方向的判据

3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）判断过程的自发性能确定过程能否发生和过程发生的速率。

（　　）

（2）ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应。

（　　）

（3）吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。

（　　）

（4）凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的。

（　　）

（5）－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。

（　　）

（6）反应的自发性不仅能够用于判断过程的方向，还能确定过程是否一定能发生。

（　　）

[练透基础小题]

题点一　焓变与自发反应

1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。

对此说法理解正确的是（　）

A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的

C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素

D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据

题点二　熵变与自发反应

2．下列过程属于熵增加的是（　　）

A．一定条件下，水由气态变成液态B．高温、高压条件下使石墨转变成金刚石

C．将散落的火柴放入火柴盒D．固态碘升华

3．已知：

（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）ΔH＝＋74.9kJ·mol－1下列说法正确的是（）

A．该反应中熵变小于0，焓变大于0B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行

C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行

D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑

题点三　复合判据与自发反应

4．下列各项判断完全正确的是（　　）

选项

变化

ΔH

ΔS

方向性

A

H2O（l）―→H2O（g）

>0

<0

非自发

B

2NO2（g）N2O4（g）

<0

<0

自发

C

2Fe3＋（aq）＋Cu（s）===2Fe2＋（aq）＋Cu2＋（aq）

>0

>0

自发

D

NH4Cl（s）===NH3（g）＋HCl（g）

<0

>0

非自发

[备考提醒]　焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

ΔH

ΔS

ΔH－TΔS

反应情况

－

＋

永远是负值

在任何温度下过程均自发进行

＋

－

永远是正值

在任何温度下过程均非自发进行

＋

＋

低温为正，高温为负

低温时非自发，高温时自发

－

－

低温为负，高温为正

低温时自发，高温时非自发

课时作业

1．下列说法正确的是（　　）

A．食物在常温下腐败是自发进行的B．凡是放热反应都是自发的

C．自发反应都是熵增大的反应D．电解池的反应属于自发反应

2．下列有利于反应自发进行的是（　　）

①反应吸热　②反应放热　③反应后熵增加　④反应后熵减小

A．①③　　　　　　B．②③C．②④D．①④

3．已知反应FeO（s）＋C（s）===CO（g）＋Fe（s）　ΔH>0（假设ΔH、ΔS不随温度变化而变化），下列叙述正确的是（　　）

A．低温下为自发过程，高温下为非自发过程B．高温下为自发过程，低温下为非自发过程

C．任何温度下为非自发过程D．任何温度下为自发过程

4．下列说法正确的是（　　）

A．ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行

B．NH4HCO3（s）===NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g）　ΔH＝＋185.57kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向

C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可单独作为反应自发性的判据

D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向

5．一定温度下，反应：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）的反应热和化学平衡常数分别为ΔH和K，则相同温度时反应4NH3（g）

2N2（g）＋6H2（g）反应热和化学平衡常数为（　　）

A．2ΔH和2KB．－2ΔH和K2

C．－2ΔH和K－2D．2ΔH和－2K

6．用于净化汽车尾气的反应：

2NO（g）＋2CO（g）

2CO2（g）＋N2（g），已知该反应在570K时的平衡常数为1×1059，但反应速率极慢。

下列说法正确的是（　　）

A．装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO

B．提高尾气净化效率的常用方法是升高温度

C．增大压强，上述平衡右移，故可通过增压的方法提高尾气净化效率

D．提高尾气净化效率的最佳途径是使用高效催化剂

7．反应CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）　ΔH＜0达到平衡后，只改变一个反应条件，下列所画示意图不正确的是（　　）

8．已知反应①：

CO（g）＋CuO（s）

CO2（g）＋Cu（s）和反应②：

H2（g）＋CuO（s）

Cu（s）＋H2O（g）在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）的平衡常数为K。

则下列说法正确的是（　　）

A．反应①的平衡常数K1＝

B．反应③的平衡常数K＝

C．对于反应③，恒容时升高温度，H2浓度减小，则该反应为吸热反应

D．对于反应②，恒温恒容下增大压强，H2浓度一定增大

9．某温度下，在2L恒容密闭容器中，3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量（n）如下表所示，下列说法正确的是（　　）

X

Y

W

n（起始状态）/mol

2

1

0

n（平衡状态）/mol

1

0.5

1.5

A.升高温度，若W的体积分数减小，则此反应的ΔH＞0

B．该温度下，此反应的平衡常数K＝6.75

C．增大压强，正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动

D．该温度下，再向容器中充入1.5molW，达到新平衡时c（X）＝1.5mol/L

10．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），所得实验数据见下表：

实验编号

温度/℃

起始时物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n（X）

n（Y）

n（M）

①

700

0.40

0.10

0.090

②

800

0.10

0.40

0.080

③

800

0.20

0.30

a

④

900

0.10

0.15

b

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v（N）＝1.0×10－2mol/（L·min）

B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0

C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%

D．实验④中，达到平衡时，b>0.060

热点突破11

　　　　　用数形结合的思想探究化学平衡图像

解答此类试题的关键是

（1）看清横、纵坐标代表的含义，理解图示化学曲线的意义；

（2）理清图像变化的趋势，重点把握起点、拐点、终点。

突破口在于抓住图像中关键点的含义，在此基础上结合化学原理作出正确的判断。

角度一　传统图像的分类突破

1．解题思路和方法：

看图像

一看面，即纵坐标和横坐标的意义

二看线，即线的走向和变化趋势

三看点，即起点、折点、交点、终点

四看辅助线，如等温线、等压线

五看变化，如浓度变化、温度变化

想规律

联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律

做判断

根据图像中表现的关系与所学规律相对比，做出符合题目要求的判断

2.解题技巧：

以可逆反应：

aA（g）＋bB（g）

cC（g）为例说明。

（1）“定一议二”原则。

在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量，确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系，或者确定纵坐标所示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。

如图：

这类图像的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，做一辅助线分析。

（2）“先拐先平，数值大”原则。

在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高（如图A）或压强较大（如图B）。

图A表示T2>T1，正反应是放热反应。

图B表示p1c。

3．常见图像类型：

以可逆反应aA（g）＋bB（g）

cC（g）　ΔH＝QkJ·mol－1为例

（1）含量时间温度（或压强）图（结合图像完成下列填空）。

（曲线m用催化剂，n不用催化剂，或化学计量数a＋b＝c时曲线m的压强大于n的压强）

（2）恒压（温）线（如图所示）：

该类图像的纵坐标为生成物的平衡浓度（c）或反应物的转化率（α），横坐标为温度（T）或压强（p），常见类型如下所示：

（3）其他。

如图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（α）与温度（T）的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点中v（正）>v（逆）的点是3，v（正）

题组训练

1．下列各图是温度（或压强）对反应：

2A（s）＋2B（g）

2C（g）＋D（g）正反应为吸热反应的正、逆反应速率的影响，曲线交点表示建立平衡时的温度或压强，其中正确的是（　　）

2．对于可逆反应：

2A（g）＋B（g）

2C（g）　ΔH<0，下列各图中正确的是（　　）

3．T0℃时，在2L的密闭容器中发生反应：

X（g）＋Y（g）

Z（g）（未配平），各物质的物质的量随时间变化的关系如图a所示。

其他条件相同，温度分别为T1℃、T2℃时发生反应，X的物质的量随时间变化的关系如图b所示。

下列叙述正确的是（　　）

A．该反应的正反应是吸热反应

B．T0℃，从反应开始到平衡时：

v（X）＝0.083mol·L－1·min－1

C．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%

D．T1℃时，若该反应的平衡常数K＝50，则T1＜T0

4．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A（g）＋xB（g）

2C（g），达到平衡后，在不同的时间段，分别改变影响反应的一个条件，测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示：

下列说法正确的是（　　）

A．30～40min间该反应使用了催化剂

B．反应方程式中的x＝1，正反应为吸热反应

C．30min时降低温度，40min时升高温度

D．8min前A的反应速率为0.08mol·L－1·min－1

角度二　新型图像的探究

新型图像往往根据实际工业生产，结合图像，分析投料比、转化率、产率的变化。

此类题目信息量较大，能充分考查学生读图、提取信息、解决问题的能力，在课标高考中受到命题者的青睐。

题组训练　转化率投料比温度图像

5．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2（g）＋6H2（g）

CH3OCH3（g）＋3H2O（g）已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率如图：

此反应为________（填“放热”或“吸热”）；若温度不变，提高投料比[n（H2）/n（CO2）]，则K将________（填“增大”“减小”或“不变”）。

6．在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。

①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________（填“增大”“不变”或“减小”）。

②反应ClO

＋2SO

===2SO

＋Cl－的平衡常数K表达式为________________。

课时作业

1．已知可逆反应：

4NH3（g）＋5O2（g）

4NO（g）＋6H2O（g）　ΔH＝－1025kJ/mol，若反应物的起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是（　　）

2．下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是（　　）

A．①是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应ΔH<0

B．②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像

C．③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，a是使用催化剂时的曲线

D．④是一定条件下，向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像，压强p1>p2

3．反应N2O4（g）

2NO2（g）　ΔH＝＋57kJ·mol－1，在温度为T℃时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．A、C两点的反应速率：

v（A）>v（C）B．A、C两点气体的颜色：

A深、C浅

C．B点正、逆反应速率：

v（正）>v（逆）

D．A、C两点气体的平均相对分子质量：

A>C

4．CrO

和Cr2O

在溶液中可相互转化。

室温下，初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O

）随c（H＋）的变化如图所示。

①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_________________

②由图可知，溶液酸性增大，CrO

的平衡转化率________（填“增大”“减小”或“不变”）。

根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。

③升高温度，溶液中CrO

的平衡转化率减小，则该反应的ΔH______0（填“大于”“小于”或“等于”）。

章末排查练

正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

排查点一　化学反应速率

1．活化分子的碰撞都是有效碰撞。

（　　）

2．温度越高，活化分子百分数越大、浓度越大。

（　　）

3．压强越大，活化分子百分数越大。

（　　）

4．决定化学反应速率的内在因素是反应物本身的性质。

（　　）

5．固体和纯液体的浓度是固定的，增加固体或纯液体的用量，反应速率保持不变。

（　　）

6．可逆反应达到平衡，反应就不再进行。

（　　）

7．增大反应物浓度，化学反应速率一定加快。

（　　）

8．在恒温条件下，增大压强，化学反应速率一定加快。

（　　）

9．在一定条件下，增加反应物的量，化学反应速率一定加快。

（　　）

10．其他条件不变，温度越高，反应速率越快。

（　　）

11．正反应为吸热反应的可逆反应达到平衡时，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动。

（　　）

12．加入催化剂加快了反应速率，改变了反应吸收或放出的热量。

（　　）

13．一定条件下，某一反应的活化分子在反应物分子中所占百分数是一定的。

（　　）

14．同一反应，在相同时间间隔内，用不同物质表示的反应速率，其数值和意义都不一定相同。

（　　）

15．5mol·L－1·s－1的反应速率一定比1mol·L－1·s－1的反应速率大。

（　　）

16．一个放热反应，放出热