高考化学大一轮复习 专题7 化学反应速率和化学平衡 第2讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向学案 苏教版.doc

第2讲化学平衡常数化学反应进行的方向【2019备考】最新考纲：1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算化学反应的转化率。考点一化学平衡常数转化率(频数：难度：)1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，用符号k表示。(2)表达式：对于反应ma(g)nb(g)pc(g)qd(g)，k。(3)意义及影响因素k值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。k只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。(4)应用判断可逆反应进行的程度。利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应aa(g)bb(g)cc(g)dd(g)的任意状态，浓度商：qc。qk，反应向正反应方向进行；qk，反应处于平衡状态；qk，反应向逆反应方向进行。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。计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。2平衡转化率对于上例反应中a(g)的平衡转化率可表示为：(a)100%c0(a)代表a的初始浓度，c平(a)代表a的平衡浓度。1(sj选修4p516改编)已知反应a(g)3b(g)3c(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为_。若各物质的平衡浓度分别为c(a)2.0 moll1、c(b)2.0 moll1、c(c)1.0 moll1，则k_。答案k0.062 52教材知识拓展一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系n2(g)3h2(g)2nh3(g)k1n2(g)h2(g)nh3(g)k22nh3(g)n2(g)3h2(g)k3(1)k1和k2，k1_。(2)k1和k3，k1_。解析化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。答案(1)k(2)3(溯源题)2017课标全国，28(3)近期发现，h2s是继no、co之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：h2s与co2在高温下发生反应：h2s(g)co2(g)cos(g)h2o(g)。在610 k时，将0.10 mol co2与0.40 mol h2s充入2.5 l的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)h2s的平衡转化率1_%，反应平衡常数k_。(2)在620 k重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，h2s的转化率2_1，该反应的h_0。(填“”“(3)b探源：本考题源于教材sj选修4 p49“例1”及拓展，对化学平衡常数的理解及运用进行了考查。题组一化学平衡常数的理解及表示方法1(2018邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数k与化学平衡移动的关系叙述不正确的是()ak值不变，平衡可能移动b平衡向右移动时，k值不一定变化ck值有变化，平衡一定移动d相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，k值也增大两倍解析因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，k值不变，k只与温度有关，a项和b项均正确；k值只与温度有关，k值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，c项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，k值应该变为k(原)2，d项错误。答案d2(2018潍坊质检)某温度下，在一个2 l的密闭容器中，加入4 mol x和2 mol y进行如下反应：3x(g)2y(g)4z(s)2w(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol z，则下列说法正确的是()a该反应的化学平衡常数表达式是kb此时，y的平衡转化率是40%c增大该体系的压强，化学平衡常数增大d增加y，y的平衡转化率增大解析化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体物质，而物质z是固体，a错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的y的物质的量是1.6 mol0.8 mol，所以y的转化率为100%40%，b正确；平衡常数只与温度有关，增大压强时平衡常数不变，c错误；增加y后平衡右移，x的转化率增大，而y的转化率减小，d错误。答案b3无色气体n2o4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。n2o4与no2转换的热化学方程式为：n2o4(g)2no2(g)h24.4 kj/mol。(1)平衡常数k可用反应体系中气体物质的分压表示，即k表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数例如：p(no2)p总x(no2)。写出上述反应平衡常数kp的表达式_(用p总、各气体物质的量分数x表示)；影响kp的因素为_。(2)上述反应中，正反应速率v正k正p(n2o4)，逆反应速率v逆k逆p2(no2)，其中k正、k逆为速率常数，则kp为_(以k正、k逆表示)。解析(1)kp，与化学平衡常数k一样，影响kp的因素为温度。(2)kp，达到平衡时，v正v逆，即k正p(n2o4)k逆p2(no2)，故kp。答案(1)(其他合理答案亦可)温度(2)题组二化学平衡常数及转化率的求算4(2018安徽省“江淮十校”高三第一次联考)300 时，将气体x和气体y各0.16 mol充入10 l恒容密闭容器中，发生反应：x(g)y(g)2z(g)h0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：t/min2479n(y)/mol0.120.110.100.10下列说法正确的是()a前2 min的平均反应速率v(x)2.0102 mol/(lmin)b其他条件不变，再充入0.1 mol x和0.1 mol y，再次平衡时y的转化率不变c当v逆(y)2v正(z)时，说明反应达到平衡d该反应在250 时的平衡常数小于1.44解析a前2 min的平均反应速率v(x)v(y)(0.04/10/2) mol/(lmin)2.0103 mol/(lmin)，故a错误；b.其他条件不变，再充入0.1 mol x和0.1 mol y，相当于加压，加压平衡不移动，再次平衡时y的转化率不变，故b正确；c.当v逆(y)2v正(z)时，反应未达到平衡，故c错误；d.该反应在300 时，平衡常数为1.44，降温平衡右移，250 时的平衡常数大于1.44，故d错误。答案b5(2018山东名校联盟期末联考)氮和碳一样也存在一系列氢化物如nh3、n2h4、n3h5、n4h6等。(1)上述氮的系列氢化物的通式为_；n3h5的电子式为_。(2)已知4nh3(g)5o2(g)=4no(g)6h2o(g)h1a kj/molk1；4nh3(g)3o2(g)=2n2(g)6h2o(g)h2b kj/molk2；写出n2与o2反应生成1 mol no气体的热化学方式程式为_；该反应式的平衡常数表达式k_(用k1、k2表示)。(3)已知nh3h2o为一元弱碱，n2h4h2o为二元弱碱，在水溶液中的一级电离方程式表示为n2h4h2oh2on2h5h2ooh，则可溶性盐盐酸肼(n2h6cl2)第一步水解的离子方程式为_；溶液中离子浓度由大到小的顺序为_。(4)如图所示，隔板固定不动，活塞可自由移动，m、n两个容器均发生如下反应：n2(g)3h2(g)2nh3(g)向m、n中，各通入2 mol n2和6 mol h2。初始m、n容积相同，并保持温度不变。则到达平衡时h2的转化率(h2)为m_n(填“”“”“”)。若在某条件下，反应n2(g)3h2(g)2nh3(g)在容器n中达到平衡，测得容器中含有1.0 mol n2、0.4 mol h2、0.2 mol nh3，此时容积为2.0 l。则此条件下的平衡常数为_。解析(1)氮的系列氢化物的通式为nnhn2；n3h5电子式为。(1)4得：1/2n2(g)1/2o2(g)=no(g)h(ab)/4 kjmol1，kno/n21/2o21/2(k1/k2)1/4。(3)由题目所给信息可知n2h分2步水解，n2hh2on2h5h2oh(主要)，n2h5h2oh2on2h4h2ohh2o，因而离子浓度的大小顺序为cln2hhn2h5h2ooh。(4)由于隔板固定不动，活塞可自由移动，n2(g)3h2(g)2nh3(g)是总体积减小的反应，活塞向左移动。向m、n中，各通入2 mol n2和6 mol h2，n容器相当于在m容器达平衡的基础上再缩小容器的体积，平衡将右移，平衡时(h2)为mn。k0.12/0.50.232.5 mol2l2答案(1)nnhn2(2)1/2n2(g)1/2o2(g)=no(g)h(ab)/4 kjmol1(k1/k2)1/4(3)n2hh2on2h5h2ohcln2hhn2h5h2ooh(4)2.5 mol2l2【方法技巧】压强平衡常数的含义及计算技巧kp含义：在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。单位与表达式有关。计算技巧：第一步，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；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算分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)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，n2(g)3h2(g)2nh3(g)，压强平衡常数表达式为kp。审读说明题目类型：类型一：从表格信息总结规律类型二：从图中信息总结规律类型三：从题中信息总结规律并作图类型四：从题中信息总结规律并分析原因分析方法：1提取什么？审清题，明确目标，并做好标注。2怎么提取？分析变化趋势和斜率变化。3答题模板：其他条件不变，随着自变量(横坐标)变化(增大或减少)，xx因变量(纵坐标)逐渐(增大/减少)。或者就横坐标、自变量分区作答(非单调曲线)。写规律时的原则：先整体后局部。分析原因型分析方法：答题模板：什么因素的改变使什么平衡向什么方向移动，结果是什么。作图策略：分析图表信息，确定横竖坐标，做好“三点一变化”：起点、终点、转折点和变化趋势。模型解题【案例1】用caso4代替o2与燃料co反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯co2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应为主反应，反应和为副反应。 1/4caso4(s)co(g)1/4cas(s)co2(g)h147.3 kjmol1 caso4(s)co(g)cao(s)co2(g) so2(g)h2210.5 kjmol1 co(g)1/2c(s)1/2co2(g)h386.2 kjmol1反应的平衡常数的对数lgk随反应温度t的变化曲线见下图，结合各反应的h，归纳lgkt曲线变化规律： a)_；b)_。审读指导1审题(图)时目标是什么？2k的含义？lgk的含义？哪些量与k变化趋势一致？(以反应为例)3该反应的自变量？因变量？4变化趋势和斜率变化如何？受什么因素影响？答案a)放热反应的lgk随温度升高而下降b)放出或吸收热量越大的反应，其lgk受温度影响越大【案例2】研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。(1)为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学根据反应8nh3(g)6no2(g)7n2(g)12h2o(g)h0设计了如下表所示三组实验，请完善表格中的数据。实验编号温度/c(nh3)初始/(moll1)c(no2)初始/(moll1)催化剂的比表面积/(m2g1)3508.01036.01031208015080(2)请在给出的坐标图中，画出上表、实验中no2浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明实验编号。审读指导(1)探究温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响时，根据控制单一变量原则，三组实验中nh3、no2的初始浓度应相同，结合、中温度不同，、中催化剂比表面积不同，则、应温度相同。(2)中的催化剂比表面积比中的小，达到平衡的时间比长，、中的催化剂比表面积相同，的反应温度较低，则达到平衡用时最长，又由题意知，该反应为放热反应，降低温度会使平衡正向移动，故平衡时中的c(no2)要比、中的c(no2)小。答案(1)实验编号温度/c(nh3)初始/(moll1)c(no2)初始/(moll1)催化剂的比表面积/(m2g1)3508.01036.01038.01036.0103(2)考点二化学反应进行的方向(频数：难度：)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。1教材基础判断正误(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行()(2)caco3caoco2是一个熵增的过程()(3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素()(4)h0、s0时，反应一定能自发进行()(5)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行()(6)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性()(7)(2015天津高考)na与h2o的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行()(8)(2014天津高考)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应()(9)(2014江苏高考)2no(g)2co(g)=n2(g)2co2(g)在常温下能自发进行，则该反应的h0()(10)(2013江苏高考)反应nh3(g)hcl(g)=nh4cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的h0()(11)(2012江苏高考)caco3(s)=cao(s)co2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的h0()(12)(2011江苏高考)一定温度下，反应mgcl2(l)=mg(l)cl2(g)的h0、s0()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)2(sj选修4p514改编)下列过程的熵变的判断不正确的是()a溶解少量食盐于水中，s0b纯碳和氧气反应生成co(g)，s0ch2o(g)变成液态水，s0dcaco3(s)加热分解为cao(s)和co2(g)，s0答案c题组焓变、熵变与化学反应方向的判断1反应2ab(g)=c(g)3d(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的h、s应为()ah0bh0，s0，s0dh0，s0。反应后体系中物质的总能量升高，说明正反应是吸热反应，h0。答案c2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，h0b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2kch0、s0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解析h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，h0，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ghts判断，对于h0、s0的反应在温度低时g0，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。答案d3(1)汽车燃油不完全燃烧时产生co，有人设想按下列反应除去co：2co(g)=2c(s)o2(g)已知该反应的h0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的no会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的no和co转化成co2和n2，化学方程式如下：2no2co2co2n2。反应能够自发进行，则反应的h_0(填“”“0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明h0。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)knc生成乙烯的速率：v(n)一定大于v(m)d当温度高于250 ，升高温度，催化剂的催化效率降低解析升高温度co2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，a正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，b正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(n)有可能小于v(m)，c错误，d正确。答案c10(2018山东潍坊统考)温度为t0时，在容积固定的密闭容器中发生反应：x(g)y(g)z(g)(未配平)，4 min时达到平衡，各物质浓度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，z的浓度随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是()a发生反应时，各物质的反应速率大小关系为v(x)v(y)2v(z)b图a中反应达到平衡时，y的转化率为37.5%ct0时，该反应的平衡常数为33.3d该反应正反应的反应热h0解析根据题图a可知，04 min时，x、y的浓度分别减少0.25 moll1、0.25 moll1，z的浓度增加0.5 moll1，则化学方程式为x(g)y(g)2z(g)，同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比，则v(x)v(y)v(z)，a项错误；题图a中，y的起始浓度为0.4 moll1，平衡浓度为0.15 moll1，则y的转化率为100%62.5%，b项错误；达到平衡时，c(x)0.05 moll1，c(y)0.15 moll1，c(z)0.5 moll1，则平衡常数k33.3，c项正确；根据题图b可知，t1条件下反应先达到平衡，则t1t2，t2t1，温度升高，c(z)增大，则平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，h0，d项错误。答案c11某温度下，反应h2(g)co2(g)h2o(g)co(g)的平衡常数k。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入h2(g)和co2(g)，其起始浓度如表所示：起始浓度甲乙丙c(h2)/(moll1)0.0100.0200.020c(co2)/(moll1)0.0100.0100.020下列判断不正确的是()a平衡时，乙中co2的转化率大于60%b平衡时，甲中和丙中h2的转化率均是60%c平衡时，丙中c(co2)是甲中的2倍，是0.008 moll1d反应开始时，乙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢解析设甲容器中，平衡时氢气的变化浓度为x，则：k，解得x0.006 0 moll1，平衡时c(h2)c(co2)0.010x0.004 0 moll1，c(h2o)c(co)0.006 0 moll1，(h2)100%60%。因乙中h2的起始浓度大于甲，故乙平衡相当于是甲平衡正向移动的结果，乙中co2的转化率大于60%，a项正确；丙平衡可看作是2个甲平衡合并而成的，又因h2(g)co2(g)h2o(g)co(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙平衡中物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲平衡中各物质浓度的2倍，所以b、c项正确；由于三组反应中丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，d项错误。答案d二、填空题12汽车尾气已成为城市空气的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。(1)汽车内燃机工作时产生no的原理如图1所示：该反应的热化学方程式为_。(2)治理尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2no(g)2co(g)n2(g)2co2(g)h0。若在一定温度下将2 mol no、1 mol co充入1 l固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图2所示。则从开始到达到平衡状态的过程中，平均反应速率v(co2)_，该温度下反应的平衡常数k_。(结果保留两位有效数字)20 min时改变的条件可能是_。a增大压强b降低温度c减小co2浓度且改用更高效的催化剂d在恒温恒容条件下，充入he气体若保持温度不变，20 min时向容器中充入co、n2各0.6 mol，平衡将_(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_。(3)用焦炭还原no2的反应为2no2(g)2c(s)n2(g)2co2(g)，在恒温条件下，向1 l密闭容器中加入不同物质的量的no2和足量c发生该反应，测得平衡时no2和co2的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图3所示，计算c点时该反应的平衡常数kp(c)_(kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。解析(1)由题图1可知，破坏旧化学键吸收的能量为946 kjmol1498 kjmol11 444 kjmol1，形成新化学键所释放的能量为2632 kjmol1。故该反应的h1 444 kjmol12632 kjmol1180 kjmol1。(2)v(co2)v(co)0.027 moll1min1，k0.035 (lmol1)。由题图2可知20 min25 min，c(n2)逐渐增大，平衡向正反应方向移动且反应速率比015 min快，故选择c。(3)由题图3可知c点时no2、co2的浓度相等，设加入的no2的物质的量为a mol，由三段式计算可得no2、n2、co2的平衡浓度分别为0.5a moll1、0.25a moll1、0.5a moll1。kp(c)p(n2)10 mpa2 mpa。答案(1)n2(g)o2(g)=2no(g)h180 kjmol1(2)0.027 moll1min10.035 lmol1c不此时的qc0.035 (lmol1)，qck，故平衡不移动(3)2 mpa13(2018石家庄二检)乙苯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。(一)制备苯乙烯(原理如反应所示)：(1)部分化学键的键能如表所示：化学键chccc=chh键能/(kjmol1)412348x436根据反应的能量变化，计算x_。(2)工业上，在恒压设备中进行反应时，常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气。用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因为_。(3)从体系自由能变化的角度分析，反应在_(填“高温”或“低温”)下有利于其自发进行。