版高考化学一轮复习第25讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案.docx

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版高考化学一轮复习第25讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案

第25讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向

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，称为化学平衡常数，用符号K表示。

2．表达式

对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），

K＝

（固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中）。

3．实例

4．意义

（1）K值越大，平衡时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。

5．平衡转化率

平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。

对于反应：

aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g），反应物A的转化率可以表示为α（A）＝

×100%。

二、化学反应进行的方向

1．自发过程

（1）含义：

不用借助于外力就可以自动进行的过程。

（2）特点

2．熵与熵变

（1）熵：

描述体系混乱程度的物理量，符号为S。

熵值越大，体系混乱度越大。

（2）常见的熵增过程

①同一种物质的不同状态：

S（g）＞S（l）＞S（s）。

②反应后气体物质的量增加的反应。

3．化学反应方向的判据

正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）的平衡常数表达式为K＝

。

（　　）

（2）恒温、恒容条件下，发生反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）达到平衡，向容器中再充入1molSO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大。

（　　）

（3）改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。

（　　）

（4）改变条件，平衡右移，则反应物的转化率一定增大。

（　　）

（5）反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0。

（　　）

（6）因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√　（6）×

考点1　化学平衡常数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

题型一　化学平衡常数及其影响因素

典例1　已知在600℃时，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

（1）反应①的平衡常数表达式为____________，反应④2CO（g）＋2CuO（s）2CO2（g）＋2Cu（s）的平衡常数K4与K1的关系是____________。

（2）反应②的K值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH________0。

（3）反应③的K3值与K1、K2的关系是____________。

（4）若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H2O（g），则平衡将向________移动，该反应的平衡常数________（填“变大”“变小”或“不变”）。

解析　

（1）由反应①依据平衡常数的计算公式K1＝

，反应①中固体物质浓度按常数1处理，由反应①系数×2即得题干方程式，则K4＝K

。

（2）温度升高，可逆反应向吸热方向进行，而K值增大，平衡正向移动，则正向为吸热的方向，故ΔH＞0。

（3）反应③＝反应①－反应②，则K3＝

。

（4）依据平衡移动原理，平衡将向正反应方向移动，由于K值仅受温度影响，故K值不变。

答案　

（1）K1＝

　K4＝K

（2）＞

（3）K3＝

（4）正反应方向　不变

名师精讲

平衡常数的几个易错点

（1）正、逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质的化学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。

（2）固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入平衡常数表达式。

（3）两反应加和得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积；两反应相减，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。

1．某温度下，密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示，下列说法错误的是（　　）

物质

X

Y

Z

W

初始浓度/mol·L－1

0.5

0.6

0

0

平衡浓度/mol·L－1

0.1

0.1

0.4

0.6

A．反应达到平衡时，X的转化率为80%

B．该反应的平衡常数表达式为K＝

C．增大压强其平衡常数不变，但使平衡向生成Z的方向移动

D．改变温度可以改变此反应的平衡常数

答案　C

解析　平衡时X的转化率＝

×100%＝

×100%＝80%，A项正确；B项，从表中数据可推出其反应比例为0.4∶0.5∶0.4∶0.6＝4∶5∶4∶6，则化学方程式计量数之比为4∶5∶4∶6，B项正确；C项，增大压强其平衡常数不变，但该反应为气体体积增大的反应，所以增大压强时平衡向逆反应方向移动，C项错误；平衡常数只与温度有关，D项正确。

2．已知，相关数据见下表：

根据以上信息判断，下列结论错误的是（　　）

A．a>b

B．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

答案　C

解析　由Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，得K3＝K1·K2，则a≈2.38，b≈0.78，a>b，A正确；Ⅱ是等体积反应，增大压强，平衡不移动，B正确，由a＝2.38，b＝0.78，可知，随温度升高K2、K3均减小，故反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，D正确；升温时平衡Ⅲ向逆反应方向移动，C不正确。

题型二　化学平衡常数的计算及应用

典例2　（2017·金版原创）甲醇是重要的化工原料和清洁液体燃料。

工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。

甲醇制备的相关信息如下表：

（1）反应②的化学平衡表达式为K＝________，该反应是________反应（填“吸热”或“放热”）。

某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：

5c（CO2）·c（H2）＝2c（CO）·c（H2O），试判断此时温度为________。

（2）500℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，发生反应②，达到平衡后，其化学平衡常数K________1.0（填“大于”“小于”或“等于”），在其他条件不变的情况下，扩大容器容积，平衡________移动（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”），化学平衡常数K2______（填“变大”“变小”或“不变”）。

（3）据上表信息推导出K1、K2与K3之间的关系，K3＝________（用K1、K2表示）。

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，此时v正________v逆（填“>”“<”或“＝”）。

（4）若某温度下反应①从开始到平衡CO和CH3OH的浓度变化如图1所示，则用H2浓度变化表示此段时间内该反应的平均速率v（H2）＝________。

若某温度下反应①中H2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图2所示，则平衡状态由A变到B时，平衡常数KA________KB（填“>”“<”或“＝”）。

解析　

（1）根据反应②H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）可知，该反应平衡常数的表达式为

K＝

，随温度升高，平衡常数增大，说明正反应为吸热反应。

某温度下，5c（CO2）·c（H2）＝2c（CO）·c（H2O），则K＝

＝

＝2.50，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为800℃。

（2）化学平衡常数只与温度有关，与反应物和生成物的浓度无关，所以只要在500℃，平衡常数的数值都是1.0，压强的改变不影

响平衡常数，且反应②是反应前后气体分子数不变的可逆反应，压强的改变也不会影响平衡。

（3）根据三反应之间的关系，③＝②＋①，故K3＝K1·K2；根据反应③在500℃时的浓度值，可知此时其Q＝0.88，小于化学平衡常数值，说明反应在正向进行，故正反应速率大于逆反应速率。

（4）根据图1,10min时达到平衡，此段时间内用CO表示的化学反应速率为0.075mol·（L·min）－1，则用氢气表示反应速率为0.15

mol·（L·min）－1；化学平衡常数只与温度有关，故在图2中温度不变时，平衡常数保持不变。

答案　

（1）

　吸热　800℃

（2）等于　不　不变

（3）K1·K2　>

（4）0.15mol·（L·min）－1　＝　

名师精讲

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大说明反应进行的程度大，反应物的平衡转化率大；K小说明反应进行的程度小，反应物的平衡转化率小。

（2）利用K可判断反应的热效应

若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。

（3）利用K的表达式确定化学反应方程式

根据平衡常数的书写原则确定出反应物、生成物以及各物质的化学计量数。

（4）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以及反应的方向

对于可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g），在一定温度下的任意时刻，通过浓度商与K的相对大小来确定反应是否达到平衡状态。

Qc＝

。

3．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：

2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）　ΔH＞0。

T1温度下的部分实验数据如表所示：

下列说法不正确的是（　　）

A．500s内N2O5分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1

B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1000s时N2O5转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）浓度为2.98mol·L－1，则T1＜T2

D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1＞K3，则T1＞T3

答案　C

解析　v（N2O5）＝

＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确；1000s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡状态，列出三段式如下：

　2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）

则K＝

＝

＝125，

α（N2O5）＝

×100%＝50%，B正确；T2温度下N2O5的浓度大于T1温度下N2O5的浓度，则改变温度使平衡向逆反应方向移动，逆反应是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2＜T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大；反之K越大，T也越高。

若K1＞K3，则T1＞T3，D正确。

4．已知在25℃时，下列反应的平衡常数如下：

①N2（g）＋O2（g）2NO（g）　K1＝1×10－30

②2H2（g）＋O2（g）2H2O（g）　K2＝2×1081

③2CO2（g）2CO（g）＋O2（g）　K3＝4×10－92

下列说法正确的是（　　）

A．NO分解反应：

NO（g）

N2（g）＋

O2（g）的平衡常数为1×10－30

B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O

C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2

D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大

答案　C

解析　A项，NO（g）

N2（g）＋

O2（g）的平衡常数为（1/K1）

＝1015，错误；B项，根据平衡常数可判断反应进行的程度但并不能判断反应的难易，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。

考点2　转化率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

典例3　（2017·海口模拟）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________。

解析　

（1）由化学方程式知反应消耗N与M的物质的量相等，则N的转化率为

×100%＝25%。

（2）因为正反应是吸热反应，温度升高，平衡右移，所以M的转化率增大。

（3）反应温度不变，平衡常数不变，由

（1）中数据

　　　　　　M（g）＋N（g）　　P（g）＋Q（g）

起始（mol·L－1）　1　　2.4　　　0　　0

变化（mol·L－1）　0.6　　0.6　　　0.6　0.6

平衡（mol·L－1）　1－0.6　2.4－0.6　0.6　0.6

K＝

＝

，

　　　　　M（g）＋N（g）P（g）＋Q（g）

起始（mol·L－1）　4　　a　　　0　　0

变化（mol·L－1）　2　　2　　　2　　2

平衡（mol·L－1）　4－2　a－2　　2　　2

则

＝

，解得a＝6。

（4）同（3）的方法，解得M的转化率为41%。

答案　

（1）25%　

（2）增大　（3）6　（4）41%

名师精讲

平衡移动对转化率（α）的影响

以反应aA（g）＋b（B）（g）cC（g）＋dD（g）为例：

5．某温度下，将3molA和2molB充入一密闭容器中，发生反应：

aA（g）＋B（g）C（g）＋D（g），5min后达平衡，各物质的平衡浓度的关系为ca（A）·c（B）＝c（C）·c（D）。

若在温度不变的情况下将容器的容积扩大为原来的10倍，B的化转率不发生变化，则B的转化率为（　　）

A．60%B．40%C．24%D．4%

答案　A

解析　扩大容器容积为原来的10倍，B的转化率不变，则a＝1，

　A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）

起始：

　　3　　　2　　　0　　0

变化：

　　x　　　x　　　x　　x

平衡：

　3－x　　2－x　　x　　x

根据平衡浓度的关系，（3－x）×（2－x）＝x×x，x＝1.2mol，则B的转化率为1.2/2×100%＝60%，A项正确。

6．将1体积A（g）和3体积B（g）混合，在500℃和催化剂存在下发生反应：

2A（g）＋B（g）2C（g）并达到平衡状态，在同温同压下测得此反应在平衡前后的气体密度之比为9∶10，此时A的转化率为（　　）

A．90%B．80%C．45%D．10%

答案　B

解析　设A的转化率为x，

　　　2A（g）＋　B（g）　　2C（g）

起始（L）：

　　1　　　　3　　　　　0

变化（L）：

　　x　　　0.5x　　　　x

平衡（L）：

　1－x　　3－0.5x　　　x

气体的密度比与气体的体积之比成反比，得（1－x＋3－0.5x＋x）∶（1＋3）＝9∶10，解得x＝0.8，故选B。

考点3　化学反应进行的方向　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

典例4　（2017·衡水二中月考）已知反应FeO（s）＋C（s）===CO（g）＋Fe（s）的ΔH＞0（假设ΔH、ΔS不随温度变化而变化），下列叙述中正确的是（　　）

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

解析　已知ΔH＞0，固固反应生成气体的反应ΔS＞0，化学反应能自发进行的判据是ΔH－TΔS＜0，即TΔS＞ΔH，因此此反应只能是高温自发，B正确。

答案　B

名师精讲

焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

7．下列说法正确的是（　　）

A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的

B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小

C．常温下，反应C（s）＋CO2（g）2CO（g）不能自发进行，则该反应的ΔH>0

D．反应2Mg（s）＋CO2（g）===C（s）＋2MgO（s）能自发进行，则该反应的ΔH>0

答案　C

解析　若ΔH<0，ΔS>0，则一定自发，若ΔH>0，ΔS<0，则一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应能否自发，和温度有关，A、B错误；C项中反应的ΔS>0，若ΔH<0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，说明ΔH<0，错误。

8．下列反应在任何温度下都不能自发进行的是（　　）；在任何温度下都能自发进行的是（　　）；在高温下能自发进行的是（　　）；在低温下能自发进行的是（　　）。

A．2HgO（s）===2Hg（l）＋O2（g）　ΔH＝＋182kJ/mol

B．2Ag（s）＋Cl2（g）===2AgCl（s）　ΔH＝－254kJ/mol

C．2N2（g）＋O2（g）===2N2O（g）　ΔH＝＋163kJ/mol

D．2H2O2（l）===2H2O（l）＋O2（g）　ΔH＝－196kJ/mol

答案　C　D　A　B

解析　A项，ΔH>0，ΔS>0，在高温时可自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，在低温时可自发进行；C项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下均不能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下都能自发进行。

微专题

化学平衡的相关计算

[技能必备]

“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。

解题时，要注意条理清楚地列出起始量、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．解题步骤

（1）写出涉及的可逆反应的化学方程式。

（2）找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量，哪些是未知量，按“三段式”列出。

（3）根据问题建立相应的关系式进行计算。

2．具体方法

（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各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。

（3）计算模式

对于反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（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VL。

　　　　　　mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

起始（mol）　　　　　a　　　　b　　　　0　　　0

转化（mol）　　　　　mx　　　nx　　　px　　　qx

平衡（mol）　　　　a－mx　　b－nx　　px　　　qx

则有：

①平衡常数：

K＝

②A的平衡浓度：

c（A）平＝

mol·L－1。

③A的转化率：

α（A）平＝

×100%，α（A）∶α（B）＝

∶

＝

。

④A的体积分数：

φ（A）＝

×100%。

⑤平衡与起始压强之比：

＝

。

⑥混合气体的平均密度

混＝

g·L－1。

⑦混合气体的平均摩尔质量

＝

g·mol－1。

（建议用时：

40分钟）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

一、选择题（每题6分，共60分）

1．（2017·天水模拟）下列说法中，正确的是（　　）

A．反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0

B．已知反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）平衡常数为K，则2H2（g）＋2I2（g）4HI（g）的平衡常数为2K

C．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行

D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向

答案　D

解析　ΔH＝生成物能量和－反应物能量和，当反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＞0，A错误；因为相同温度下，化学计量数变为原来的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H2（g）＋2I2（g）4HI（g）的平衡常数为K2，B错误；根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时ΔG＜0，反应能自发进行，C错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D正确。

2．下列反应过程中，ΔH>0，且ΔS>0的是（　　）

A．NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）

B．CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）

C．4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

D．HCl（aq）＋NaOH（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

答案　B

解析　A、C、D三项均为放热反应，ΔH<0；B项为吸热反应，ΔH>0，且正向气体分子数增多，ΔS>0。

3．（2017·张家口高三模拟）只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述正确的是（　　）

A．K值有变化，平衡一定移动

B．平衡向正反应方向移动时，K值一定增大

C．K值不变，平衡不可能移动

D．相同条件下，同一个反应其化学方程式的计量数增大2倍，K值也增大2倍

答案　A

解析　K值是温度的函数，K值变化，说明温度发生了改变，则平衡一定发生移动，A正确；若在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，有利于反应正向进行，平衡向右移动，但K值只与温度有关，故K值不变，B错误；增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，有利于正反应的进行，若体系温度不变，则K值不变，但平衡发生移动，C错误；相同条件下，同一个反应，其化学方程式的计量数变为原来的2倍，K值应变为原数值的平方，D错误。

4．某恒定温度下，在一个2L的密闭容器中充入A气体、B气

体，测得其浓度为2mol/L和1mol/L；且发生如下反应：

3A（g）

＋2B（g）4C（？

）＋2D（？

）已知“？

”代表C、D状态未确定；反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6molC，且反应前后压强比

为5∶4，则下列说法中正确的是（　　）

①该反应的化学平衡常数表达式为K＝

②此时B的转化率为35%

③增大该体系压强，平衡向右移动，但化学平衡常数不变

④增加C的量，A、B转化率不变

A．①②B．②③C．①④D．③④

答案　D

解析　3A（g）＋2B（g）4C（？

）＋2D（？

）

开始（mol/L）:

2100

转化（mol/L）:

0.60.40.80.4

平衡（mol/L）:

1.40.60.80.4

设平衡时气体总的物质的量浓度为xmol/L，根据压强之比等于物质的量之比可得：

＝

，又

＝

，故

＝

，可得x＝2.4，从而可知C为固体或液体，D为气体。

故化学平衡常数的表达式为K＝

，①错误；B的转化率为40%，②错误；该反应是一个反应后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向右移动，平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，③正确；由于C为固体或液体，增加C的量平衡不发生移动，A、B的转化率不变，④正确。

本题选D。

5．（2017·天津市河西区质检）将一定量纯净的氨基甲酸铵（NH2COONH4）粉末置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，