（江苏专用）2020版高考化学专题五第2讲化学反应的方向和限度学案.docx

第2讲化学反应的方向和限度【2020备考】最新考纲：1.认识化学反应的可逆性。2.能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。3.理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。新课标要求：知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。最新考情：关于化学反应进行的方向和限度一般考查形式有：一是在选择题中某个选项考查可逆反应焓变和熵变的大小，如2018年T10B、2017年T12A；二是考查化学平衡状态的判断，如2015年T11D；三是与化学平衡相结合考查化学平衡常数的应用，如2018年T15、2017年T15等。预测2020年高考延续这一命题特点，一是在选择题某一选项中出现，考查难度中等，二是在填空题第20题中结合化学平衡的考查。考点一化学反应进行的方向知识梳理1.自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2.化学反应方向(1)判据(2)一般规律：H0的反应任何温度下都能自发进行；H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当H0，S0，S0时，高温下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。名师助学：反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。复合判据HTS0的反应不一定能够实际发生。自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。题组诊断化学反应进行的方向1.下列说法正确的是()A.所有能自发进行的化学反应都是放热反应B.同一物质固、液、气三种状态的熵值相同C.H0的反应可自发进行D.在其他条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向解析只要G0、S0时，反应也是有可能自发进行的，故A项错误。同一物质固、液、气三种状态的熵值递增，故B项错误。GHTS，G0则反应可自发进行，所以H0的反应可自发进行，故C项正确。使用催化剂只会改变化学反应的速率，不会改变化学反应进行的方向，故D项错误。答案C2.下列说法正确的是()A.反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的H0(2017江苏化学，12A)B.反应2CO2NO=N22CO2在常温下能自发进行，则反应的H0，S0(2018江苏南京、盐城一模)C.反应TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g)H0能自发进行，其原因是S0(2018江苏南通第一次调研)D.反应4Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应(2018江苏化学，10C)解析该反应的正反应为气体分子数减少的反应，S0，A项错误；从反应方程式中气体物质化学计量系数来看，物质的量在减小，即熵减小，但反应能自发，则该反应是放热反应，H”或“”)。解析(1)K1，K2，K3，K3K1K2。(2)根据K3K1K2，500 、800 时，反应的平衡常数分别为2.5，0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以H0。答案(1)K1K2(2)2.某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，下列说法正确的是()A.增大c(A)、c(B)，K增大B.降低温度，正反应速率增大C.该反应的焓变为负值D.该反应的化学方程式为2E(g)F(g)A(g)2B(g)解析某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K，则该反应为2E(g)F(g)A(g)2B(g)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，平衡向逆反应方向移动，正反应为吸热反应，故C错误，D正确；平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，故A错误；降低温度，正、逆反应速率都降低，正反应速率降低更多，平衡向逆反应方向移动，故B错误。答案D化学平衡常数的应用3.在一定温度下，1 L的密闭容器中发生反应：C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1 mol。(1)该反应的平衡常数K_。(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的H_0(填“”或“0。(3)Qc0.2K0.1，反应向逆反应方向进行；Qc0.05(3)向逆反应方向向正反应方向4.在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO (s)CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为_(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40 s达到平衡，则此温度下，该反应的平衡常数数值为_。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应_(填编号)。a.一定向逆反应方向移动b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小c.一定向正反应方向移动d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：_。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量_，CaO的质量_，CO2的浓度_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析(1)T5时，c(CO2)0.20 molL1，Kc(CO2)0.20。(2)K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。答案(1)吸 0.20(2)bc(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变【归纳总结】化学平衡常数三点理解两点应用1.三点理解(1)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化。2.两点应用(1)利用化学平衡常数判断化学平衡移动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，反应物与生成物浓度有如下关系：Qc，称为浓度商。Qc(2)利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应有关化学平衡“三段式”计算5.已知反应X(g)Y(g)R(g)Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830 时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y，反应初始4 s内v(X)0.005 mol/(Ls)。下列说法正确的是()温度/7008008301 0001 200平衡常数1.71.11.00.60.4A.4 s时容器内c(Y)0.76 mol/LB.830 达平衡时，X的转化率为80%C.反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动D.1 200 时反应R(g)Q(g)X(g)Y(g)的平衡常数K0.4解析反应初始4 s内X的平均反应速率v(X)0.005 mol/(Ls)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)v(X)0.005 mol/(Ls)，则4 s内c(Y)0.005 molL1s14 s0.02 mol/L，Y的起始浓度为0.4 mol/L，故4 s时c(Y)0.4 mol/L0.02 mol/L0.38 mol/L，A项错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则： X(g)Y(g)R(g)Q(g)开始(mol/L): 0.1 0.4 0 0变化(mol/L): x x x x平衡(mol/L): 0.1x 0.4x x x故1.0，解得x0.08，所以平衡时X的转化率为100%80%，B项正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C项错误；1 200 时反应X(g)Y(g)R(g)Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1 200 时反应R(g)Q(g)X(g)Y(g)的平衡常数的值为2.5，D项错误。答案B6.利用I2O5可消除CO污染，反应为I2O5(s)5CO(g)5CO2(g)I2(s)。不同温度下，向装有足量的I2O5固体的2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO，测得CO2 的体积分数(CO2)随时间t变化曲线如图，下列说法正确的是()A.b点时，CO的转化率为20%B.容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态C.b点和d点的化学平衡常数：KbKdD.反应开始至a点的反应速率v(CO)0.3 molL1min1解析5CO(g)I2O5(s)5CO2(g)I2(s)起始量/mol 2 0转化量/mol y yb点量/mol 2y y根据b点时CO2的体积分数(CO2)y20.80，得y1.6 mol，转化率(变化量起始量)100%(1.62)100%80%，A项错误；两边计量数相等，所以压强始终不变，不能做平衡状态的标志，B项错误；b点比d点时生成物CO2体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：KbKd，C项正确；0到0.5 min时： 5CO(g)I2O5(s)5CO2(g)I2(s)起始量/mol 2 0转化量/mol x xa点量/mol 2x x根据a点时CO2的体积分数(CO2)x20.30，得x0.6 mol；则从反应开始至a点时的反应速率为v(CO)(0.6 mol2 L)0.5 min0.6 molL1min1，D项错误。答案C7.(2017江苏徐州、宿迁、连云港、淮安四市11月模拟)80 时，NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入NO2和SO2，起始浓度如下表所示，其中甲经2 min达平衡时，NO2的转化率为50%，下列判断不正确的是()起始浓度甲乙丙c(NO2)/molL10.100.200.20c(SO2)/molL10.100.100.20A.平衡时，乙中SO2的转化率大于50%B.当反应平衡时，丙中c(SO2)是甲中的2倍C.温度升至90 ，上述反应平衡常数为25/16，则正反应为吸热反应D.其他条件不变，若起始时向容器乙中充入0.10 molL1 NO2和0.20 molL1 SO2，达到平衡时c(NO)与原平衡不同解析乙可以看作是在甲基础上再加入0.1 molL1 NO2，平衡向正反应方向移动，SO2的转化率增大，即大于50%，A项正确；因为反应前后气体系数之和相等，丙可以看作是在甲的基础增大压强，即甲和丙为等效平衡，丙中c(SO2)是甲中的2倍，B项正确；NO2(g) SO2(g)SO3(g) NO(g) 0.1 0.1 0 0 0.150% 0.150% 0.150% 0.150% 0.05 0.05 0.05 0.05根据化学平衡常数的定义，K(0.050.05)/(0.050.05)1，升高到90 ，化学平衡常数为25/161，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即正反应是吸热反应，C项正确；容器乙中充入0.1 molL1 NO2、0.2 molL1 SO2，与乙相当，即c(NO)与原平衡相同，D项错误。答案D【方法技巧】解答化学平衡计算题的“万能钥匙”三段式法1.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.模板对于反应：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V L。建立等式求解：(1)K(2)c平(A)(molL1)。(3)(A)平100%，(A)(B)。(4)(A)100%。(5)。【知识网络回顾】1.250 和 1.01105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.76 kJ/mol 能自发进行，其自发进行的原因是()A.是吸热反应 B.是放热反应C.是熵减少的反应 D.熵增效应大于能量效应解析反应能自发进行，则有HTS0，因H0，则HTS，即熵增效应大于能量效应，D项正确。答案D2.反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；反应HI(g)H2(g)I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)()A.K12K2 B.K1KC.K1 D.K1K2解析K1c2(HI)/c(H2)c(I2)，K2c(H2)c(I2)/c(HI)，K1。答案C3.可逆反应：2SO2O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2。下列说法正确的是(K为平衡常数，Qc为浓度商)()A.Qc不变，K变大，O2转化率增大B.Qc不变，K变大，SO2转化率减小C.Qc变小，K不变，O2转化率减小D.Qc增大，K不变，SO2转化率增大解析当可逆反应2SO2O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，平衡向右进行，但O2转化率减小，浓度商Qc变小，K不变。答案C4.在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的H_0(填“大于”或“小于”)；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。反应的平衡常数K1为_。(2)100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。T_100 (填“大于”或“小于”)，判断理由是_。列式计算温度T时反应的平衡常数K2_。解析(1)升温，颜色变深，NO2增多，即平衡右移，所以正反应吸热，即H0。由题中图像可知平衡时NO2和N2O4的浓度，将数据代入平衡常数表达式计算即可。(2)由题意可知，改变温度使N2O4的浓度降低，即平衡正向移动，则应是升高温度，T大于100 ；根据速率和时间，求出减少的N2O4的浓度为0.020 molL1，则平衡时N2O4的浓度为0.020 molL1，NO2的浓度为0.160 molL1，由平衡常数表达式可得K2的值。答案(1)大于0.36(2)大于正反应吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高平衡时，c(NO2)0.002 0 molL1s110 s20.120 molL10.160 molL1c(N2O4)0.040 molL10.002 0 molL1s110 s0.020 molL1K21.28一、选择题1.一定条件下，下列反应不可能自发进行的是()A.2O3(g)=3O2(g)H0B.CaCO3(s)=CaO( s) CO2(g)H0C.N2(g) 3H2(g)2NH3(g) H0D.2CO(g)=2C(s) O2(g)H0解析根据GHTS，A项，反应属于熵增，即S0，H0，G0，B项，反应能够自发进行，A项错误；B项，反应是熵增，即S0，因为H0，高温时能自发进行，B项错误；C项，反应是熵减，即S0，因此HQc向正反应方向移动，A项正确。答案A4.放热反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)在温度t1时达到平衡，c1(CO)c1(H2O)1.0 molL1，其平衡常数为K1。升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O)，平衡常数为K2，则()A.K2和K1的单位均为molL1B.K2K1C.c2(CO)c2(H2O)D.c1(CO)c2(CO)解析温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数为K2K1，单位为1，c1(CO)2.0107molL1解析平衡时，pH越小，氢离子浓度越大，越有利于平衡向正反应方向进行，c(Cr2O)越大，A项正确；A点c(Cr2O)0.25 mol/L，消耗铬酸钠的浓度是0.5 mol/L，所以CrO的平衡转化率为50%，B项正确；A点c(Cr2O)0.25 mol/L，c(CrO)0.5 mol/L，所以CrO转化为Cr2O反应的平衡常数K1014，C项正确；平衡时，若溶液中c(Cr2O)c(CrO)，根据原子守恒可知c(Cr2O)c(CrO)molL1，所以根据图像可知c(H)2.0107molL1，D项错误。答案D7.在某恒温密闭容器中，投入一定量的A发生可逆反应：A(s)B(g)C(g)HQ kJ/mol(Q0)。一段时间后反应达到平衡，然后缩小容器体积，重新达到平衡。下列分析不正确的是()A.两次平衡时，C(g)的浓度相等B.平衡时，单位时间内n生成(B)n消耗(C)11C.若再向平衡体系中加入少量A，平衡不移动D.若开始时向容器中加入1 mol B和1 mol C，则达到平衡时吸收Q kJ热量解析平衡常数Kc(B)c(C)，只与温度有关，则缩小容器体积，K保持不变，因c(B)、c(C)同等倍数变化，为使K保持不变，只有c(B)、c(C)浓度均不变化，即与原平衡浓度相等，A项正确；根据平衡时v(正)v(逆)可知，平衡时，单位时间内n生成(B)n消耗(C)11，B项正确；因A是固体，再向平衡体系中加入少量A，平衡不移动，C项正确；由于反应是可逆反应，因此达到平衡时吸收热量小于Q，D项错误。答案D8.在25 时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表，下列说法错误的是()物质XYZ起始浓度/(molL1)0.10.20平衡浓度/(molL1)0.050.050.1A.反应达到平衡时，X的转化率为50%B.反应可表示为X3Y2Z，平衡常数为1 600C.其他条件不变时，增大压强可使平衡常数增大D.改变温度可以改变该反应的平衡常数解析达到平衡消耗X的物质的量浓度为(0.10.05)molL10.05 molL1，因此转化率为0.05/0.1100%50%，A项正确；根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，因此三种组分的系数之比为：(0.10.05)(0.20.05)0.1132，因此反应方程式为：X3Y2Z，根据化学平衡常数的表达式，K0.12/(0.050.053)1 600，B项正确；化学平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，C项错误、D项正确。答案C9.一定条件下，利用CO2合成CH3OH 的反应如下：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H1，研究发现，反应过程中会有副反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H2，温度对CH3OH、CO 的产率影响如图所示。下列说法中，不正确的是()A.H10B.增大压强有利于加快合成反应的速率C.生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH 的产率D.合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K解析根据图示升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)3H2(g)CH3OH (g)H2O(g) 向逆反应方向移动，H10，A项正确；反应有气体参与，增大压强有利于加快合成反应的速率，B项正确；由图像可见，温度越高CH3OH的产率越低，C项错误；根据化学平衡常数的概念，合成CH3OH反应的平衡常数表达式是K，D项正确。答案C10.某温度下2 L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)如表所示，下列说法正确的是()XYWn(起始状态)/mol210n(平衡状态)/mol10.51.5A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是KB.其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应H0C.其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动D.其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡解析由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且n(X)n(Y)n(W)213，化学方程式为2XY3W，反应的平衡常数表达式是K，A项错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的H”“”或“”)。(2)在其他条件不变的情况下，再增加2 mol CO与5 mol H2，达到新平衡时，CO的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)下列不能说明该反应已达到平衡状态的是_。a.CH3OH的质量不变b.混合气体的平均相对分子质量不再改变c.v逆(CO)2v正