优化方案（教师用书）高考化学一轮复习 第七章 第三讲 化学平衡常数及反应进行的方向.doc

第三讲化学平衡常数及反应进行的方向考纲展示1了解化学平衡常数的含义，并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。考 点 一化学平衡常数及应用一、化学平衡常数的概念在一定温度下，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。二、化学平衡常数的表达式对于反应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)。三、化学平衡常数的意义1k值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。2k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。四、化学平衡常数的应用1判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：k值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低2.判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应：ma(g)nb(g) pc(g)qd(g)，若浓度商qc，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。3判断可逆反应的热效应名师点拨(1)关于h2o的浓度问题稀水溶液中进行的反应，虽然h2o参与反应，但是h2o只作为溶剂，不能带入平衡常数表达式。如nh4clh2o nh3h2ohcl的平衡常数表达式为k。h2o的状态不是液态而是气态时，则需要带入平衡常数表达式。(2)k的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(3)带入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量带入。(4)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。(2014高考海南卷)硝基苯甲酸乙酯在oh存在下发生水解反应：o2nc6h4cooc2h5oho2nc6h4cooc2h5oh，两种反应物的初始浓度均为0.050 mol/l，15 c时测得：o2nc6h4cooc2h5的转化率随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：t/s0120180240330530600700800/%033.041.848.858.069.070.471.071.0(1)列式计算该反应在120180 s与180240 s区间的平均反应速率_、_；比较两者大小可得到的结论是_。(2)列式计算15 c时该反应的平衡常数：_。(3)为提高o2nc6h4cooc2h5的平衡转化率，除可适当控制反应温度外，还可以采取的措施有_(要求写出两条)。解析首先要清楚化学反应速率和化学平衡常数的定义、计算方法、影响化学反应平衡移动的因素，还会对题目提供的数据进行分析，找出规律，然后加以利用。(1)根据题意结合表格的数据可知在120180 s内的反应速率是v7.3105 mol/(ls)。在180240 s内的反应速率是v5.8105mol/(ls)由反应速率的数值可以看出：随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢。(2)在15 c时该反应的平衡常数是k6.0。(3)为提高o2nc6h4cooc2h5的平衡转化率，除可适当控制反应温度外，还可以采取的措施有增加其它反应物浓度或减小生成物浓度。因此对该反应来说，可采取增大oh的浓度或移去产物的方法。答案(1)v 7.3105 mol/(ls)；v5.8105mol/(ls)随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢(2)k6.0(或k6.0)(3)增加oh的浓度；移去产物对于化学反应：aa(g)bb(g) cc(g)dd(g)的任意状态，浓度商qc。若qck，则该反应向逆反应方向进行，v(正)v(逆)；若qk则该反应达平衡，v(正)v(逆)，若qcv(逆)。1.(2015北京西城高三模拟)已知a(g)b(g) c(g)d(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/7008008301 0001 200平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式k_，h_0(填“”或“”)；(2)830 时，向一个5 l的密闭容器中充入0.20 mol 的a和0.80 mol 的b，如反应初始6 s内a的平均反应速率v(a)0.003 moll1s1，则6 s时c(a)_ moll1，c的物质的量为_mol；若反应经一段时间后，达到平衡时a的转化率为_，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol 氩气，平衡时a的转化率为_；(3)判断该反应是否达到平衡的依据为_(填正确选项前的字母)；a压强不随时间改变b气体的密度不随时间改变cc(a)不随时间改变d单位时间里生成c和d的物质的量相等(4)1 200 时反应c(g)d(g) a(g)b(g)的平衡常数的值为_。解析：(1)由表中数据可知平衡常数随温度的升高而减小，因而h0。(2)6 s时，c(a)0.003 moll1s16 s0.022 moll1；根据“三段式”及平衡常数k1.0，计算可得平衡时a的转化率；因反应前后气体的体积不变且容器容积固定，故加入的氩气不引起各物质浓度发生变化，平衡不移动，因而平衡时a的转化率不变。(4)1 200 时，反应c(g)d(g) a(g)b(g)的平衡常数k2.5。答案：(1)0。(1)此反应的平衡常数表达式为k_。(2)温度降低，则平衡常数k值_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)已知1 100 时，k0.263，此时测得高炉中c(co2)0.025 moll1，c(co)0.1 moll1，在这种情况下，该反应_(填“是”或“没有”)处于化学平衡状态，此时化学反应速率是正反应速率_逆反应速率(填“”、“”或“”)，其原因是_。解析：(1)固体feo和fe不写入表达式中；(2)温度降低，平衡逆向移动，k减小；(3)0.25v(逆)。答案：(1)(2)减小(3)没有0.25v(逆)4(2015河北沧州高三质检)2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈萨哈德埃特尔，以表彰他在表面化学研究领域做出的开拓性贡献。(1)有人认为：该研究可以提高合成氨反应在铁催化剂表面进行的效率，从而提高原料的转化率。你是否认同他的观点_(填“是”或“否”)。理由是_。(2)合成氨反应：n2(g)3h2(g) 2nh3(g)，在某温度时，k0.4。若出现下列状态，反应将向哪个方向进行以达到平衡状态(在后面空白处填“向左进行可以达到平衡”、“向右进行可以达到平衡”或“已经达平衡状态”)。ac(n2)c(h2)1 moll1，c(nh3)0.5 moll1，_。bc(n2)0.3 moll1，c(h2)0.1 moll1，c(nh3)0.03 moll1，_。若该反应升高温度再达到平衡时，k为0.2，则正反应为_反应。解析：(1)催化剂可提高化学反应速率，不能使化学平衡移动，即不能提高原料的转化率。(2)a.0.25k，故反应向左进行，可以达到平衡。升高温度再达到化学平衡时，k0.2k，所以平衡向逆反应方向移动。答案：(1)(2)吸热(3)700 (4)等于(5)不(6)逆反应方向反思归纳1有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。2在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意，各物质的起始量、平衡量和转化量三者单位的统一。3凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。考 点 三化学反应进行的方向一、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(1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)；(2)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)。二、化学反应方向的判据1焓判据放热过程中体系能量降低，hs(l)s(s)；反应前无气体，反应后有气体产生的过程；反应前后都有气体，但气体的物质的量增加的反应；(3)熵判据：体系的混乱度增大，s0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。三、焓变、熵变与反应方向 在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ghts。当ghts名师点拨(1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。(2)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。(2015最新改编题)下列反应中，一定不能自发进行的是()a2kclo3(s)=2kcl(s)3o2(g)h78.03 kj/mols1 110 j/(molk)bco(g)=c(石墨，s)1/2o2(g)h110.5(kj/mol)s89.36 c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)hs280.1 dnh4hco3(s)ch3cooh(aq)=co2(g)ch3coonh4(aq)h2o(l)h37.301 kj/mols184.05 j/(molk)解析根据ghts。当h0时，g0，s0，反应一定不能自发进行。答案b hshts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3.下列有关说法正确的是()aso2(g)h2o(g)=h2so3(l)，该过程熵值增大bso2(g)=s(s)o2(g)h0，s0，该反应能自发进行cso2(g)2h2s(g)=3s(s)2h2o(l)h0，s0不能自发进行；c中是一个h0，s0，s0bh0，s0，s0 dh0答案：d4试判断用于汽车净化的一个反应2no(g)2co(g)=n2(g)2co2(g)在298 k、100 kpa下能否自发进行？已知：在298 k、100 kpa下该反应的h113.0 kjmol1，s145.0 jmol1k1。答案：hts113.0 kjmol1298 k(145.3 jmol1k1)10369.7 kjmol10，可以自发进行。反思归纳焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据，而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发进行的根本判据：反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主；高温时熵变影响为主。根据hts可准确判断反应进行的方向。1(2014高考上海卷)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错误的是()ak值不变，平衡可能移动bk值变化，平衡一定移动c平衡移动，k值可能不变d平衡移动，k值一定变化解析：选d。平衡常数只与温度有关，但影响化学平衡的因素很多，温度、浓度、压强的改变均可以改变平衡状态。只要正逆反应速率不再相等，平衡状态就被破坏，从而达到新的平衡状态，温度不变平衡也可能发生移动，则k值不变，平衡可能移动，a正确；b.k值变化，说明反应的温度一定发生了变化，由于任何反应均伴随能量变化，因此平衡一定移动，b正确；c.平衡移动，温度可能不变，因此k值可能不变，c正确；d.平衡移动，温度可能不变，因此k值不一定变化，d不正确，答案选d。2(2013高考重庆卷)将e和f加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：e(g)f(s) 2g(g)。忽略固体体积，平衡时g的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示：压强/mpa体积分数/%温度/1.02.03.081054.0ab915c75.0d1 000ef83.0bf915 、2.0 mpa时e的转化率为60%该反应的s0 k(1 000 )k(810 )上述中正确的有()a4个b3个c2个 d1个解析：选a。反应e(g)f(s) 2g(g)是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b75.0，故b0，正确。因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故正确。3(2014高考山东卷节选)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2no2(g)nacl(s) nano3(s)clno(g)k1h10()2no(g)cl2(g) 2clno(g)k2h2”、“1；平衡常数只是温度的函数，故由恒容条件改为恒压条件时平衡常数不变；要使平衡常数减小，平衡应逆向移动，因为反应()是放热反应，故应升高温度。答案：(1)(2)2.510275%不变升高温度4(2014高考新课标全国卷)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。在060 s时段，反应速率v(n2o4)为_moll1s1；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。a：t100 (填“大于”或“小于”)，判断理由是_。b：列式计算温度t时反应的平衡常数k2：_。(3)温度t时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是_。解析：(1)由题意及图示知，在1.00 l的容器中，通入0.100 mol的n2o4，发生反应：n2o4(g) 2no2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深，说明反应向生成no2的方向移动，即向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，即h0；由图示知60 s时该反应达到平衡，消耗n2o4为0.100 moll10.040 moll10.060 moll1，根据v可知：v(n2o4)0.001 0 moll1s1；求平衡常数可利用三段式：n2o4(g) 2no2(g)起始量(moll1) 0.100 0转化量(moll1) 0.060 0.120平衡量(moll1) 0.040 0.120k10.36。(2)100 时达到平衡后，改变反应温度为t，c(n2o4)降低，说明平衡n2o4(g) 2no2(g)向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，温度升高，向吸热反应方向移动，即向正反应方向移动，故t100 。由c(n2o4)以0.002 0 moll1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗n2o4为0.002 0 moll1s110 s0.020 moll1，由三段式：n2o4(g) 2no2(g)起始量(moll1) 0.040 0.120转化量(moll1) 0.020 0.040平衡量(moll1) 0.020 0.160k21.28。(3)温度t时反应达到平衡后，将反应容器的容积减少一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。答案：(1)大于0.001 00.36(2)a.大于反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高b平衡时，c(no2)0.120 moll10.002 0 moll1s110 s20.160 moll1，c(n2o4)0.040 moll10.002 0 moll1s110 s0.020 moll1，k21.28(3)逆反应对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动一、选择题1下列关于平衡常数的说法中，正确的是()a在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示b化学平衡常数较大的可逆反应，所有反应物的转化率一定大c可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度d平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关解析：选c。平衡常数中的浓度都是平衡浓度，平衡常数仅受温度影响，其大小可以描述反应的限度，a、d错误，c正确。转化率不但受平衡常数的影响，而且还受自身起始浓度及其他物质浓度的影响，b错误。2下列说法正确的是()a自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小b凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的c反应2mg(s)co2(g)=c(s)2mgo(s)能自发进行，则该反应的h0d常温下，反应c(s)co2(g) 2co(g)不能自发进行，则该反应的h0解析：选d。反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的，若h0，则一定能自发进行，若h0，s0，则一定不能自发进行，若h0，s0，s0，则可能自发进行，是否自发和温度有关，a、b两项错误；c项s0，能自发，说明h0，若h0，d项正确。3汽车尾气净化中的一个反应如下：no(g)co(g) n2(g)co2(g)h373.4 kjmol1在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是()解析：选c。对于放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，k值减小，co转化率降低，a、b错误；温度不变，k值不变，c正确；增加n2的量，平衡向逆反应方向移动，no转化率降低，d错误。4(2015山东济宁高三质检)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)()aqc不变，k变大，o2转化率增大bqc不变，k变大，so2转化率减小cqc变小，k不变，o2转化率减小dqc变大，k不变，so2转化率增大解析：选c。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。5(2015黑龙江哈尔滨三中模拟)在恒容密闭容器中，co与h2发生反应co(g)2h2(g) ch3oh(g)。达到平衡后，若只改变某一条件，下列示意图正确的是 ()解析：选b。a项n(co)增大，co的转化率减小，a项错误；b项平衡常数只受温度的影响，n(co)增大，平衡常数不变，b项正确；c项若h0，温度升高，平衡常数减小，c项错误；d项co的转化率增大，n(甲醇)增大，d项错误。6(2015江西南昌高三模拟)高温及催化剂作用下，某反应的平衡常数k。恒容时，温度升高，h2浓度减小，下列说法正确的是()a恒温下，将容器体积变为原来2倍，co的平衡浓度变为原来的b恒温恒容下，增大压强，h2浓度一定减小c升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大d该反应的化学方程式为co2(g)h2(g) co(g)h2o(g)h0解析：选a。根据平衡常数表达式可写出该反应的化学方程式为coh2oco2h2，恒容时温度升高，h2的浓度减小，可判断该反应正反应为放热反应，h0c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，此反应的平衡常数表达式是k解析：选a。根据各物质的浓度变化可确定反应方程式为2x(g)y(g) 3w(g)，k6.75，a项正确；d项错误；升高温度，若w的体积分数减小，则平衡逆向移动，反应的h400平衡时，c(ch3och3)1.6 moll1平衡时，反应混合物的总能量减少20 kj平衡时，再加入与起始等量的ch3oh，达新平衡后ch3oh转化率增大此时刻反应达到平衡状态平衡时ch3oh的浓度为0.08 moll1abcd解析：选b。因为正反应为放热反应，升高温度平衡常数减小，错；根据表格数据可知，反应转化生成的ch3och3、h2o浓度均为1.24 moll1，此时ch3oh的浓度为0.8 moll1，根据qc将各物质的浓度代入可得，qc2.4400，所以此时没有达到平衡，反应向正反应方向进行，错；由化学平衡常数计算可知平衡时c(ch3och3)1.6 moll1，c(ch3oh)0.08 moll1，对、对；生成ch3och3的物质的量为1.6 mol，根据热化学方程式可知生成1.6 mol ch3och3放出的热量为1.6 mol25 kjmol140 kj，错；平衡时，再加入与起始等量的ch3oh，相当于增大压强，平衡不移动，ch3oh的转化率不变，错。10.(2015广东中山高三质量检测)由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的co2含量并加以开发利用引起了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用co2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：co2(g)3h2(g) ch3oh(g)h2o(g)，该反应的能量变化如图所示。回答下列问题：(1)上述反应平衡常数k的表达式为_，温度降低，平衡常数k_(填“增大”、“不变”或“减小”)。(2)