高考化学一轮复习 第23讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课件.ppt

第23讲化学平衡常数化学反应进行的方向 考纲要求 了解化学平衡常数 k 的含义 能利用化学平衡常数进行相关计算 考点1化学平衡常数 知识梳理 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 称为化学平衡常数 用符号k表示 浓度幂之积 浓度幂之积 2 表达式 3 意义 1 k值越大 反应正向进行的程度 反应物的转化率 一般k 105时 认为该反应基本进行完全 k 10 5一般认为该反应很难进行 2 k值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度 但不能预示反应达到平衡所需要的时间 4 影响因素 1 内因 反应物本身的性质 2 外因 只受影响 与浓度 压强 催化剂等外界因素无关 越大 越大 温度 5 化学平衡常数的两大应用 1 判断化学反应进行的方向 2 判断可逆反应的热效应升高温度 若k值增大 则正反应为吸热反应 若k值减小 则正反应为放热反应 多维思考 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 升高温度 化学反应速率增大 平衡常数一定增大 2 平衡常数表达式中 可以是物质的任一浓度 5 催化剂能改变化学反应速率 也能改变平衡常数 6 化学平衡发生移动 平衡常数不一定发生变化 7 平衡常数发生变化 化学平衡一定发生移动 提示 1 2 3 4 5 6 7 2 书写下列化学平衡的平衡常数表达式 5 k c co2 考点演练 考向一平衡常数的含义 a 解析 k只受温度的影响 改变其他条件都不会引起平衡常数的改变 b a 后一反应的平衡常数为1b 后一反应的平衡常数为0 5c 后一反应达到平衡时 h2的平衡浓度为0 25mol l 1d 后一反应达到平衡时 hi g 的平衡浓度为0 5mol l 1 易错易混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 能列入平衡常数表达式的为气体 非水溶液中的h2o 溶液中的溶质 固体与纯液体以及水溶液中h2o的浓度可看为常数 不能列入 考向二化学平衡常数的应用3 甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料 工业上可利用co或co2来生产燃料甲醇 已知制备甲醇的有关化学反应及其在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示 解析 1 故k3 k1 k2 2 根据k3 k1 k2 500 800 时 反应 的平衡常数分别为2 5 0 375 升温 k减小 正反应为放热反应 所以 h 0 1 据反应 与 可推导出k1 k2与k3之间的关系 则k3 用k1 k2表示 2 反应 的 h 填 或 0 答案 1 k1 k2 2 4 导学号16972171在一定体积的密闭容器中 进行化学反应co2 g h2 g co g h2o g 其化学平衡常数k和温度t的关系如表 回答下列问题 1 该反应的化学平衡常数表达式k 2 该反应为 填 吸热 或 放热 反应 解析 1 根据化学方程式可写出k 2 分析表中数据可知 随着温度的升高 k值逐渐增大 说明正反应是吸热反应 答案 1 2 吸热 3 某温度下 各物质的平衡浓度符合下式 3c co2 c h2 5c co c h2o 试判断此时的温度为 4 若830 时 向容器中充入1molco 5molh2o 反应达到平衡后 其化学平衡常数k 填 大于 小于 或 等于 1 0 4 只要温度不变 k值就不变 答案 3 700 4 等于 5 830 时 容器中的反应已达到平衡 在其他条件不变的情况下 扩大容器的体积 平衡 填 向正反应方向 向逆反应方向 或 不 移动 6 若1200 时 在某时刻平衡体系中co2 h2 co h2o的浓度分别为2mol l 1 2mol l 1 4mol l 1 4mol l 1 则此时上述反应的平衡移动方向为 填 正反应方向 逆反应方向 或 不移动 解析 5 830 时达到平衡 扩大容器体积 由于反应前后气体的物质的量不变 则平衡不移动 答案 5 不 6 逆反应方向 考点2化学平衡的相关计算 知识梳理 三段式 法是有效解答化学平衡计算题的 万能钥匙 解题时 要注意清楚条理地列出起始量 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 明确三个量 起始量 转化量 平衡量 1 反应物的平衡量 起始量 转化量 2 生成物的平衡量 起始量 转化量 3 各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比 变化浓度是联系化学方程式 平衡浓度 起始浓度 转化率 化学反应速率的桥梁 因此 抓变化浓度是解题的关键 2 掌握四个百分数 3 谨记答题模板 考点演练 b 考向一有关转化率的计算及判断1 2017 广东肇庆模拟 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 解析 设a的转化率为x 2a g b g 2c g 开始130变化x0 5xx平衡1 x3 0 5xx气体的密度之比与物质的量之比成反比 得 1 x 3 0 5x x 1 3 9 10 解得x 0 8 故选b 2 2017 海南海口模拟 已知可逆反应 m g n g p g q g h 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 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 答案 1 25 2 增大 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 答案 3 6 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 答案 4 41 解析 4 同 3 的方法 解得m的转化率为41 考向二化学平衡常数的相关计算 解析 1 根据该反应的k 0 25 可知反应达到平衡时n co n co2 4 1 3 已知t 时 反应feo s co g fe s co2 g 的平衡常数k 0 25 1 t 时 反应达到平衡时n co n co2 答案 1 4 1 2 若在1l密闭容器中加入0 02molfeo s 并通入xmolco t 时反应达到平衡 此时feo s 转化率为50 则x 答案 2 0 05 4 导学号96656146汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一 尾气中的主要污染物为cxhy no co so2及固体颗粒物等 研究汽车尾气的成分及其发生的反应 可以更好地为治理汽车尾气提供技术支持 请回答下列问题 活性炭也可用于处理汽车尾气中的no 在1l恒容密闭容器中加入0 1000molno和2 030mol固体活性炭 生成a b两种气体 在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表 根据上表数据 写出容器中发生反应的化学方程式 判断p 填 或 3 93 计算反应体系在200 时的平衡常数kp 用平衡分压代替平衡浓度计算 分压 总压 体积分数 教师备用 2017 安徽 学普 联考 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2l的密闭容器中充入0 2molx和0 8moly 反应初始4s内v x 0 005mol l s 下列说法正确的是 a 4s时容器内c y 0 76mol 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 1200 时反应r g q g x g y g 的平衡常数k 0 4 b 压强平衡常数的理解和计算 方法规律 1 kp含义 在化学平衡体系中 用各气体物质的分压代替浓度 计算出的平衡常数叫压强平衡常数 考点3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 体系趋向于从状态转变为状态 体系对外部或热量 在密闭条件下 体系有从转变为的倾向性 无序体系更加稳定 2 自发反应在一定条件下 无须外界帮助就能自发进行的反应 高能 低能 做功 释放 有序 无序 3 三个判据 注意 1 熵 衡量体系混乱程度的物理量 符号为s 单位为j mol 1 k 1 2 熵的大小 同种物质 由固态 液态 气态是一个熵增的过程 即s g s l s s 一个反应 反应后气体物质的量增加则熵增 减少则熵减 多维思考 提示 1 2 3 4 1 判断下列说法是否正确 正确的打 错误的打 1 放热的反应一定能够自发进行 吸热的反应不能自发进行 2 10 的水结成冰 可用熵变的判据来解释反应的自发性 3 caco3 s cao s co2 g 是一个熵增加的过程 4 需要加热的反应 一定不能自发进行 2 能自发进行的反应一定能实际发生吗 提示 不一定 化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势 并不能说明在该条件下反应一定能实际发生 还要考虑化学反应的快慢问题 考点演练 考向化学反应方向的判定1 2017 陕西西安模拟 下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是 a 非自发反应就是不可能发生的反应 自发反应就是能较快进行的反应b 高温高压下石墨转化为金刚石是自发的化学反应c 由能量判据和熵判据组合而成的复合判据 将更适合于所有的过程d 反应nh3 g hcl g nh4cl s 在低温下能自发进行 说明该反应的 h 0 c 解析 非自发反应在一定条件下也能发生 自发反应进行的也不一定较快 a错误 石墨转化为金刚石是非自发进行的化学反应 b错误 能量判据和熵判据组合而成的复合判据 只要 g h t s0 反应就不能自发进行 c正确 反应nh3 g hcl g nh4cl s 在低温下能自发进行 g h t s 0 从方程式知 s 0 说明 h 0 d错误 2 导学号96656147下列说法中 正确的是 d 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 h 0 a错误 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 所以应为k2 b错误 根据 g h t s判断 对于 h0的反应在任何温度下均能自发进行 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 3 分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是 解析 a项 h 0 s0 在任何温度下均能自发进行 正确 c项 h 0 s 0 高温时自发进行 错误 d项 h 0 s 0 低温时自发进行 错误 b 焓变 熵变和温度对化学反应方向的影响 方法规律 真题体验感悟考法 明确考向 考向一化学反应方向的判定1 下列有关说法不正确的是 答案 df 解析 放热越多 反应的热力学趋势越大 a正确 熵增的放热反应 一定能自发进行 b正确 如果是吸热反应 又是熵减的反应 则该反应一定不能自发进行 c正确 由于该反应为熵减反应 如果能自发进行 一定为放热反应 d不正确 该反应为熵减反应 在室温下可自发进行 则该反应一定为放热反应 e正确 该反应为熵增的反应 室温下不能自发进行 说明该反应为吸热反应 f不正确 考向二平衡转化率及其相关计算2 2017 全国 卷 28节选 近期发现 h2s是继no co之后的第三个生命体系气体信号分子 它具有参与调节神经信号传递 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610k时 将0 10molco2与0 40molh2s充入2 5l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 答案 1 2 52 8 10 3 2 在620k重复实验 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 h0 填 或 3 向反应器中再分别充入下列气体 能使h2s转化率增大的是 填标号 a h2sb co2c cosd n2 解析 2 620k时水的物质的量分数大于610k时水的物质的量分数 说明升温化学平衡向右移动 h2s的转化率增大 即 2 1 该反应为吸热反应 即 h 0 3 恒容密闭容器 充入co2可使h2s转化率增大 充入h2s cos使h2s的转化率减小 充入n2无影响 答案 2 3 b 3 2017 全国 卷 27 丁烯是一种重要的化工原料 可由丁烷催化脱氢制备 回答下列问题 反应 的 h1为kj mol 1 图 a 是反应 平衡转化率与反应温度及压强的关系图 x0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡产率提高 应采取的措施是 填标号 a 升高温度b 降低温度c 增大压强d 降低压强 解析 1 反应 则 h1 h2 h3 119kj mol 1 242kj mol 1 123kj mol 1 反应 是分子数增大的反应 随压强的增大 平衡逆向移动 平衡转化率降低 所以x小于0 1 因正向反应是一个分子数增大的吸热反应 所以提高产率采取的措施是a d 答案 1 123小于ad 2 丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器 氢气的作用是活化催化剂 出口气中含有丁烯 丁烷 氢气等 图 b 为丁烯产率与进料气中n 氢气 n 丁烷 的关系 图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势 其降低的原因是 3 图 c 为反应产率和反应温度的关系曲线 副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物 丁烯产率在590 之前随温度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯产率快速降低的主要原因可能是 解析 2 因为反应 中生成h2 所以随着n 氢气 n 丁烷 增大 逆反应速率增大 促使平衡逆向进行 丁烯的产率降低 3 反应正向为吸热反应 所以590 前升高温度 平衡正向移动 而升高温度时 反应速率加快 单位时间内产生丁烯更多 590 以后 高温使丁烯裂解生成短碳链烃类 故丁烯产率降低 答案 2 氢气是产物之一 随着n 氢气 n 丁烷 增大 逆反应速率增大 3 升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类 考向三化学平衡常数及相关计算4 2017 天津卷 6 常压下羰基化法精炼镍的原理为 ni s 4co g ni co 4 g 230 时 该反应的平衡常数k 2 10 5 已知 ni co 4的沸点为42 2 固体杂质不参与反应 第一阶段 将粗镍与co反应转化成气态ni co 4 第二阶段 将第一阶段反应后的气体分离出来 加热至230 制得高纯镍 下列判断正确的是 b a 增加c co 平衡向正向移动 反应的平衡常数增大b 第一阶段 在30 和50 两者之间选择反应温度 选50 c 第二阶段 ni co 4分解率较低d 该反应达到平衡时 v生成 ni co 4 4v生成 co 解析 第一阶段 50 时 反应速率较快且ni co 4为气态 能从反应体系中分离出来 b项正确 增加c co 平衡正向移动 但平衡常数与温度有关 温度不变 平衡常数不变 a项错误 相同温度下 第二阶段与第一阶段的平衡常数互为倒数 则230 时 第二阶段的平衡常数k 5 104 反应进行的程度大 故ni co 4分