优化方案高考化学大一轮复习 第七章 化学反应速率与化学平衡 第三讲 化学平衡常数及反应进行的方向讲义.doc

第三讲化学平衡常数及反应进行的方向2017高考导航考纲要求真题统计命题趋势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。2015，卷 28t(4)；2015，卷 27t(2)；2014，卷 28t(3)；2014，卷 26t(1)(2)；2013，卷 28t(4)；2013，卷 28t(2)(3)化学平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡体系中的应用是高考命题的趋势。预计2017年高考中将重点考查化学平衡常数及转化率的计算，化工生产中适宜温度、压强及酸碱度的选择。复习备考时，应特别关注：化学平衡常数及转化率的计算，化学平衡图像的分析；化学平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡体系中的应用等。考点一化学平衡常数及应用学生用书p1681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。2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)。3化学平衡常数的意义(1)k值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)k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。4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1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度。()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变化学平衡常数。()(3)化学平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。()(4)化学平衡发生移动，化学平衡常数不一定发生变化。()答案：(1)(2)(3)(4)2已知下列反应在某温度下的平衡常数：h2(g)s(s)h2s(g)k1s(s)o2(g)so2(g)k2则在该温度下反应h2(g)so2(g)o2(g)h2s(g)的平衡常数为()ak1k2bk1k2ck1k2 dk1/k2解析：选d。由平衡常数的定义可知，k1，k2，反应h2(g)so2(g)o2(g)h2s(g)的平衡常数k，即kk1/k2。3在25 时，密闭容器中x、y、z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质xyz初始浓度/moll10.10.20平衡浓度/moll10.050.050.1下列说法错误的是()a反应达到平衡时，x的转化率为50%b反应可表示为x3y2z，其平衡常数为1 600c增大压强使平衡向生成z的方向移动，平衡常数增大d改变温度可以改变此反应的平衡常数解析：选c。x、y反应的物质的量浓度为0.05 moll1、0.15 moll1，z生成的物质的量浓度为0.1 moll1，则该反应的化学方程式为x3y2z。显然，x的转化率为50%；平衡常数k1 600；平衡常数仅受温度的影响，不受压强和浓度的影响，所以c错误。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，不能代入平衡常数表达式。如nh4clh2onh3h2ohcl的平衡常数表达式为k。h2o的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。(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)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。(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，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。(2016成都阶段测试)汽车尾气里含有的no气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致：n2(g)o2(g)2no(g)h0已知该反应在2 404 时，平衡常数k6.4103。请回答下列问题。(1)该反应的平衡常数表达式为_。(2)该温度下，向2 l密闭容器中充入n2和o2各1 mol，平衡时，n2的转化率是_%(保留整数)。(3)该温度下，某时刻测得容器内n2、o2、no的浓度分别为2.5101 moll1、4.0102 moll1和3.0103 moll1，此时反应_(填“处于化学平衡状态”“向正反应方向进行”或“向逆反应方向进行”)，理由是_。(4)将n2、o2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，下图变化趋势正确的是_。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的n2和o2，达到平衡状态后再向其中充入一定量no，重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比，此时平衡混合气中no的体积分数_(填“变大”“变小”或“不变”)。解析(2)n2(g)o2(g)2no(g)起始/mol110变化/molxx 2x平衡/mol1x 1x2xk6.4103，x0.04，n2的转化率为100%4%。(3)qc9.01046.4103，所以反应向正反应方向进行。(4)由于该反应的正反应是吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，化学平衡常数增大，a项正确；加入催化剂，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，但no的平衡浓度不变，b项错误；升高温度，平衡正向移动，氮气的转化率提高，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，c项正确。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的n2和o2，达到平衡状态后再向其中充入一定量no，由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，故建立的平衡与原平衡等效，平衡混合气中no的体积分数不变。答案(1)k(2)4(3)向正反应方向进行qc9.01040。(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不写入平衡常数表达式中；(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在体积为1 l的密闭容器中，进行如下化学反应：co2(g)h2(g)co(g)h2o(g)，化学平衡常数k与温度t的关系如下表：t/7008008501 0001 200k0.60.91.01.72.6请回答下列问题：(1)升高温度，化学平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_。ac(co2)c(co)bk不变c容器中的压强不变 dv正(h2)v正(co2)ec(h2)保持不变(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(co2)c(h2)c(co)c(h2o)，此时的温度为_；在此温度下，若该容器中含有1 mol co2、1.2 mol h2、0.75 mol co、1.5 mol h2o，则此时反应所处的状态为_(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。解析：(1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)a项，达到平衡时c(co2)不一定等于c(co)，反之相等时也不一定处于平衡状态；b项，温度不变k不变；c项，此反应不论是否平衡，压强均不改变；d项，v正(co2)与v正(h2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；e项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(co2)c(h2)c(co)c(h2o)，则计算出k1.0，即此时温度为850 ，此温度下0.94k，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)逆反应方向题组三利用等效平衡规律进行计算5二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过ch3oh分子间脱水制得：2ch3oh(g)ch3och3(g)h2o(g)h23.5 kj/mol。一定温度下，容积均为2 l的甲、乙两固定容积的密闭容器中，发生上述反应。测得有关数据如下表。容器甲乙反应物投入量2 mol ch3oh(g)2 mol ch3och3(g)、2 mol h2o(g)平衡时n(ch3och3)/mol0.8a反应物的转化率21下列说法正确的是()a121b0.8a1.0c若甲中反应2 min时达到平衡，则2 min内的平均反应速率v(ch3oh)0.2 moll1min1d甲中达平衡后再加入0.2 mol ch3oh(g)、0.2 mol ch3och3(g)和0.4 mol h2o(g)，平衡正向移动解析：选d。a项，由于该可逆反应前后气体分子总数不变，故甲、乙两个容器中所达平衡等效，则121，a错；b项，因为两容器中平衡等效，故a1.6，b错；c项，甲中v(ch3oh)0.4 moll1min1，c错；d项，甲中平衡时n(ch3oh)0.4 mol、n(ch3och3)0.8 mol、n(h2o)0.8 mol，k4，加入物质后，qc0)下列叙述不正确的是()a容器、中反应平衡时xy3的浓度相同b容器、中达到平衡时各物质的百分含量相同c达平衡时，两个容器中xy3的物质的量浓度均为2 moll1d若容器体积为0.20 l，则达平衡时放出热量大于46.3 kj解析：选c。由化学方程式判断这两个反应属于等效平衡，达到平衡时各物质的物质的量全部相同，浓度也相同，因此a、b项正确。当容器体积减小时，平衡向气体物质的量减小的方向即正向移动，因此会继续放出热量，则d项正确。达平衡时，xy3的物质的量浓度为4 moll1，c项错误。等效平衡规律1含义在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。2原理同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的百分含量相同。由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。3分类及方法指导(1)等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应相同，则它们互为等效平衡。(2)等温、等容条件下，对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。(3)等温、等压条件下，对于任何有气相物质参加的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质(一边倒)，其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。考点三化学反应进行的方向学生用书p172一、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发进行的过程。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焓判据放热反应体系能量降低，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，但有些熵减的反应也能自发进行，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 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。()(2)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向。()答案：(1)(2)2碳铵(nh4)2co3在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法中正确的是()a碳铵分解是因为生成易挥发的气体，使体系的熵增大b碳铵分解是因为外界给予了能量c碳铵分解是吸热反应，根据能量判断能自发分解d碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案：a3(教材改编)下列组合中在任何温度下反应均能自发进行的是()ah0，s0bh0，s0，s0 dh0答案：d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。(2016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/mols89.36 j/(molk)c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h444.3 kj/mols280.1 j/(molk)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灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0 、100 kpa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？已知：在0 、100 kpa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为h2 180.9 jmol1，s6.61 jmol1k1。解析：hts2 180.9 jmol1103 kjj1273 k(6.61 jmol1k1)103 kjj10.38 kjmol10，白锡转化为灰锡的反应能自发进行。答案：白锡会自发变成灰锡，器皿不能再继续使用。焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响hshts反应情况永远是负值在任何温度下均能自发进行永远是正值在任何温度下均不能自发进行低温为正；高温为负低温时不能自发；高温时能自发低温为负；高温为正低温时能自发；高温时不能自发 题组一焓变与熵变1(教材改编)实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()a所有的放热反应都是自发进行的b所有的自发反应都是放热的c焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素d焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据答案：c2下列反应中，熵显著增加的反应是()aco(g)2h2(g)=ch3oh(g)bcaco3(s)2hcl(aq)=cacl2(aq)h2o(l)co2(g)cc(s)o2(g)=co2(g)d2hg(l)o2(g)=2hgo(s)答案：b题组二化学反应方向的复合判据3分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是()a2n2(g)o2(g)=2n2o(g)h163 kjmol1bag(s)cl2(g)=agcl(s)h127 kjmol1chgo(s)=hg(l)o2(g)h91 kjmol1dh2o2(l)=o2(g)h2o(l)h98 kjmol1解析：选d。反应能自发进行的前提条件是反应的hts0，s0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于b项，h0，s0，在较低温度下，hts0，s0，若使反应自发进行，即hts0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于d项，h0，在任何温度下，都有hts0，即在任何温度下反应均能自发进行。4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，s145.3 jmol1k1。答案：hts113.0 kjmol1298 k(145.3 jmol1k1103kjj1)69.7 kjmol10d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项反应的s0，能自发，说明h0，若h0，d项正确。3化学平衡常数k的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：2no(g)n2(g)o2(g)k1110302h2(g)o2(g)2h2o(l)k2210812co2(g)2co(g)o2(g)k341092以下说法正确的是()a常温下，no分解产生o2的反应平衡常数表达式为k1c(n2)c(o2)b常温下，水分解产生o2，此时平衡常数的数值约为 51080c常温下，no、h2o、co2三种化合物分解放出o2的倾向由大到小的顺序为noh2oco2d以上说法都不正确解析：选c。k1的表达式应为k1；常温下，水分解产生o2，是h2和o2化合生成h2o的逆反应，因此其平衡常数的数值应为k2的倒数，数值为51082；由于三个反应都在常温下进行，根据k值的大小可以得出三种化合物分解放出o2的倾向由大到小的顺序为noh2oco2。4某温度下某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。下列说法中正确的是()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：选d。a项，平衡常数k只随温度变化，不随浓度变化，故不正确；b项，降低温度，正、逆反应速率均减小，不正确；c项，降低温度，f浓度增大，表明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，不正确；d项，根据化学平衡常数表达式可知a、b是生成物，e、f为反应物，且对应指数为其化学方程式前的化学计量数，正确。5(2016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