高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率和化学平衡 3 化学平衡常数 化学反应进行的方向课件.ppt

第三节化学平衡常数化学反应进行的方向 考点一化学平衡常数 核心知识通关 1 概念 在一定温度下 一个可逆反应达到 时 生成物 与反应物 的比值是一个常数 用符号 表示 化学平衡状态 浓度幂之积 浓度幂之积 k 2 表达式 对于一般的可逆反应ma g nb g pc g qd g 在一定温度下达到平衡时 k 3 意义 利用平衡常数可以判断 比较可逆反应进行的程度 k值越大 正反应进行的程度越大 反应物的转化率 反之 反应物的转化率越小 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 温度 5 实例 对于 n2 3h22nh3k1 2nh3n2 3h2k2 nh3n2 h2k3 1 写出k1 k2的表达式 2 k2与k1的关系式 k2与k3的关系式 特别提醒 1 计算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 2 固体和纯液体的浓度视为恒定常数 不出现在平衡常数表达式中 如c s h2o g co g h2 g 达到平衡后的k 3 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 4 一般k 105时 认为该反应基本进行完全 k 10 5时 一般认为该反应很难进行 而k在10 5 105反应被认为是典型的可逆反应 典题技法归纳 考向1 化学平衡常数的表达式及其意义 2016 合肥模拟 在一定体积的密闭容器中 进行如下化学反应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 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 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 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 3 某温度下 由3c co2 c h2 5c co c h2o 得出 0 6 k 查表知k 0 6时对应温度是700 4 只要温度不变 k数值就不变 故830 条件下 k的数值是1 0 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 6 该条件下qc 4 k 2 6 故反应向逆反应方向移动 答案 1 2 吸热 3 700 4 等于 5 不 6 逆反应方向 考向2 化学平衡常数的计算 2014 四川高考 在10l恒容密闭容器中充入x g 和y g 发生反应x g y g m g n g 所得实验数据如下表 下列说法正确的是 a 实验 中 若5min时测得n m 0 050mol 则0至5min时间内 用n表示的平均反应速率v n 1 0 10 2mol l 1 min 1b 实验 中 该反应的平衡常数k 2 0c 实验 中 达到平衡时 x的转化率为60 d 实验 中 达到平衡时 b 0 060 解析 选c 实验 中 若5min时测得n m 0 050mol 浓度是0 0050mol l 1 则根据反应的化学方程式可知 同时生成n的浓度也是0 0050mol l 1 因此0至5min时间内 用n表示的平均反应速率为v n 1 0 10 3mol l 1 min 1 a错误 实验 中 平衡时m和n的浓度都是0 0080mol l 1 消耗x与y的浓度均是 0 0080mol l 1 平衡时x和y的浓度分别为0 002mol l 1和0 032mol l 1 该反应的平衡常数k 1 b错误 根据化学反应方程式可知 如果x的转化率为60 则 x g y g m g n g 起始浓度 mol l 1 0 0200 03000转化浓度 mol l 1 0 0120 0120 0120 012平衡浓度 mol l 1 0 0080 0180 0120 012 温度不变 平衡常数不变 则k 即达到平衡状态 因此最终平衡时x的转化率为60 c正确 700 时 x g y g m g n g 起始浓度 mol l 1 0 0400 01000转化浓度 mol l 1 0 0090 0090 0090 009平衡浓度 mol l 1 0 0310 0010 0090 009 该温度下平衡常数k 2 6 1 这说明温度升高 平衡常数减小 即平衡逆向移动 因此正反应为放热反应 若容器 中的温度也是800 由于反应前后气体分子数不变 则与 相比 是等效平衡 因此最终平衡时m的物质的量b 0 5a 0 060 当温度升高到900 时 平衡向逆反应方向移动 因此b 0 060 d错误 归纳总结 1 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值越大 反应进行的程度越大 2 判断正在进行的可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡 3 判断可逆反应的反应热 4 利用一定温度下一个可逆反应的平衡常数 求平衡时某组分的浓度或反应物的转化率 2 化学平衡的计算方法 三段式法 三段式法 是有效解答化学平衡计算题的 万能钥匙 解题时 要注意清楚有条理地列出起始量 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 计算步骤 2 注意事项 注意反应物和生成物的浓度关系 反应物 c 平 c 始 c 变 生成物 c 平 c 始 c 变 利用 和 计算时要注意m总应为气体的质量 v应为反应容器的体积 n总应为气体的物质的量 起始浓度 平衡浓度不一定呈现化学计量数比 但物质之间是按化学计量数反应和生成的 故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数比 这是计算的关键 高考模拟精练 1 2014 上海高考 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 a k值不变 平衡可能移动b k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 平衡常数仅与温度有关 改变浓度 压强等平衡可以发生移动 但k值不变 a c正确 d错误 k值变化说明温度一定变化 平衡一定移动 b正确 2 2016 长沙模拟 一定温度下 体积为2l的密闭容器中x y z三种气体的初始物质的量和平衡物质的量如下表 下列说法正确的是 a 反应可表示为2x 3y2z 其平衡常数为8000b 增大压强使平衡向生成z的方向移动 平衡常数增大c 若将容器的体积压缩至1l 则x的体积分数减小 浓度增大d 若升高温度时 z的浓度增大 则温度升高时正反应速率增大 逆反应速率减小 平衡向正反应方向移动 解析 选c 反应中各物质变化的物质的量之比等于反应方程式中相应化学计量数之比 n x n y n z 0 1 0 15 0 1 2 3 2 即反应可表示为2x 3y2z 将平衡时各物质的浓度代入平衡常数k的表达式中可得k 64000 a项错误 平衡常数只与温度有关 温度不变时 增大压强 平衡移动 但平衡常数不变 b项错误 容器的体积缩小到1l 相当于 增大压强 平衡正向移动 x的体积分数减小 但x的浓度增大 c项正确 升高温度 正 逆反应速率都增大 d项错误 3 2016 广州模拟 已知 反应 fe s co2 g feo s co g 的平衡常数为k1 反应 fe s h2o g feo s h2 g 的平衡常数为k2 不同温度下k1 k2的值如下表所示 1 从表中数据可以推断 反应 是 填 吸 或 放 热反应 2 现有反应 co2 g h2 g co g h2o g 写出该反应的平衡常数k3的表达式 3 根据反应 与 可推导出k1 k2与k3之间的关系式 据此关系式及表中数据 也能推断出反应 是 填 吸热 或 放热 反应 欲使反应 在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动 可采用的措施有 填序号 a 缩小反应容器容积b 扩大反应容器容积c 降低温度d 升高温度e 使用合适的催化剂f 减少co的量 解析 1 反应 的平衡常数随温度的升高而增大 说明温度升高 平衡正向移动 反应 的正反应为吸热反应 2 k1 k2 故k3 3 973k时 k3 0 62 而1173k时 k3 1 29 反应 的平衡常数随温度升高而增大 故反应 的正反应为吸热反应 升高温度 可使平衡正向移动 由于该反应前后气体分子数不变 故改变容器容积 不能使平衡发生移动 使用催化剂不能使平衡发生移动 减少生成物的量 能使平衡正向移动 答案 1 吸 2 k3 或k3 3 吸热d f 加固训练 1 已知下列反应的平衡常数 h2 g s s h2s g k1 s s o2 g so2 g k2 则反应h2 g so2 g o2 g h2s g 的平衡常数是 a k1 k2b k1 k2c k1 k2d 解析 选d 按先后顺序对反应式进行编号 依次为 由于所求的反应式 可用反应式 反应式 得到 故由化学平衡常数的意义知 k3 2 2016 菏泽模拟 已知某化学反应的平衡常数表达式为k 在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示 下列有关叙述不正确的是 a 该反应的化学方程式是co g h2o g co2 g h2 g b 上述反应的正反应是放热反应 c 如果在一定体积的密闭容器中加入co2和h2各1mol 5min后随温度升高到830 此时测得co2为0 4mol时 该反应达到平衡状态d 某温度下 如果平衡浓度符合关系式 判断此时的温度是1000 解析 选c 根据平衡常数的表达式可知a正确 由表中数据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而减小 故该反应的正反应是放热反应 b正确 利用反应方程式确定各种物质的物质的量 根据浓度商不等于该温度时的平衡常数 可知该反应没有达到平衡 c不正确 将所给关系式变形 可知该条件下平衡常数k d正确 3 将固体nh4i置于密闭容器中 在一定温度下发生下列反应 nh4i s nh3 g hi g 2hi g h2 g i2 g 达到平衡时 c h2 0 5mol l 1 c hi 4mol l 1 则此温度下反应 的平衡常数为 a 9b 16c 20d 25 解析 选c 根据反应 2hi g h2 g i2 g 消耗的c hi 2c h2 1mol l 1 再结合反应 nh4i s nh3 g hi g 知c nh3 c hi 1mol l 1 4mol l 1 5mol l 1 因此该温度下 反应 的平衡常数k c nh3 c hi 5mol l 1 4mol l 1 20 考点二化学反应进行的方向 核心知识通关 1 自发过程 1 含义 在一定条件下 不需要借助光 电等外力作用就能自动进行的过程 2 特点 体系趋向于从 能量状态转变为 能量状态 体系对外部 或 能量 在密闭条件下 体系有从 序转变为 序的倾向性 无序体系更加稳定 高 低 做功 放出 有 无 2 熵 熵变 1 熵是量度体系 程度的物理量 符号为 2 影响熵大小的因素 相同条件下 物质不同熵不同 同一物质 s g s l s s 3 熵变 的总熵 的总熵 混乱 s 生成物 反应物 3 化学反应方向的判据 1 焓判据 放热过程中体系能量 h 0 具有自发进行的倾向 但有些吸热反应也可以自发进行 故只用焓变判断反应方向不全面 2 熵判据 体系的混乱度 即熵增 s 0 反应有自发进行的倾向 但有些熵减的过程也可能自发进行 故只用熵变来判断反应方向也不全面 降低 增大 3 复合判据 g h t s 0 反应 0 反应 0 反应 能自发进行 达到平衡状态 不能自发进行 特别提醒 1 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 2 复合判据 h t s 0的反应不一定能够实际发生 3 自发反应的熵不一定增大 非自发反应的熵也不一定减小 方法规律 反应能否自发进行的判断方法 1 当 h0时 反应一定能自发进行 2 当 h 0 s0 s 0时 在高温下反应能自发进行 高考模拟精练 1 2015 天津高考改编题 下列说法不正确的是 a na与h2o的反应是熵增的放热反应 该反应能自发进行b 某吸热反应能自发进行 因此该反应是熵增反应 c fecl3和mno2均可加快h2o2分解 同等条件下二者对h2o2分解速率的改变相同d 2no g 2co g n2 g 2co2 g 常温下能自发进行 说明该反应的 h 0 解析 选c na与水的反应是固体与液体反应生成气体 为熵增的反应 s 0 在反应中钠会熔化成一个闪亮的小球四处游动 且发出嘶嘶的声音 此反应为放热反应 则 h0 吸热反应能自发进行 说明 s 0 b项正确 fecl3和mno2均可作为催化剂加快 h2o2分解 但同等条件下二者对h2o2分解催化效果不相同 故反应速率的改变不相同 c项错误 反应为气体体积减小的反应 s 0 若反应能自发进行 则 h t s 0 故反应的 h 0 d项正确 2 2016 长沙模拟 归纳法是高中化学学习常用的方法之一 某化学研究性学习小组在学习了 化学反应原理 后作出了如下的归纳总结 过程的自发性的作用是判断过程的方向 热化学方程式未注明温度和压强时 h表示标准状况下的数据 航天飞机用的铝粉与高氯酸铵 nh4clo4 的混合物为固体燃料 点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应 其方程式可表示为2nh4clo4n2 4h2o cl2 2o2 反应从能量变化上说 主要是化学能转变为热能和动能 反应2a s b g 2c g d g 不能自发进行 则该反应 h一定大于0 在密闭系统中有反应c s co2 g 2co g 通过减小容器体积增大压强 升高温度 将炭粉碎 通入co2都能使反应速率加快 若反应a g b g 正反应的活化能为eakj mol 1 逆反应的活化能为ebkj mol 1 则 h ea eb kj mol 1 上述归纳中 正确的是 a 全部b c d 解析 选b 过程的自发性的作用就是判断过程的方向 正确 未注明温度和压强时 h表示常温常压下的数据 错误 由所给化学方程式分析 上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行 正确 反应2a s b g 2c g d g 不能自发进行 说明 h t s 0 又 s 0 则 h 0 正确 均能加快反应速率 正确 h ea eb kj mol 1 正确 加固训练 1 下列说法正确的是 a 焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的b 在恒温 恒压条件下 焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 c 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断依据d 在其他条件不变的情况下 使用催化剂 一定可以