2021高三化学人教版：化学平衡常数化学反应进行的方向含答案.doc

教学资料范本2021高三化学人教版：化学平衡常数化学反应进行的方向含答案编 辑：_时 间：_考纲定位要点网络1.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。2.能正确计算反应的平衡转化率()。3.了解化学反应进行的方向判断。 化学平衡常数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。实例Cl2H2OHClOHClK。C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)K。COH2OHCOOHK。CaCO3(s) CaO(s)CO2(g)Kc(CO2)。(3)意义：平衡常数越大、化学反应程度或限度越大、反应物的转化率越大。一般地说、当K105时就认为反应完全、当K105时认为反应很难进行。2平衡常数的影响因素对于确定的化学反应、平衡常数K只与温度有关、与浓度、压强无关。(1)对于吸热反应、升高温度、K值增大。(2)对于放热反应、升高温度、K值减小。注意：即使化学平衡发生移动、但只要温度不变、平衡常数就不会改变、利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量、这也是定量化学的重要定律；平衡常数改变、平衡一定移动、温度一定改变。(1)可逆反应2A(s)B(g) 2C(g)3D(g)的平衡常数为K。()(2)可逆反应的正、逆两反应方向的H与K互为相反数。()(3)对于N2(g)3H2(g) 2NH3H”或“(3)正反应0.1命题点1化学平衡常数及其应用1T 时可逆反应mA(g)nB(s) pC(g)的平衡常数为K、下列说法中正确的是 ()AK值越大、表明该反应越有利于C的生成、反应物的转化率越大B若缩小反应器的容积、能使平衡正向移动、则K增大CKD如果mnp、则K1答案A2(20xx市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂、具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水、在水中易分解、产生的O为游离氧原子、有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2Hv逆DA项、化学平衡常数只受温度的影响、根据表格中数据、随着温度的升高、平衡常数减小、因此正反应是放热反应、故错误；B项、Ni(s)4CO(g) Ni(CO)4(g)、化学平衡常数的表达式为K1、Ni(CO)4(g) Ni(s)4CO(g)、化学平衡常数的表达式为K2、K22105、故错误；C项、化学平衡常数为82、因此温度低于80 、故错误；D项、此时Qc1v逆、故正确。化学平衡常数的两大应用(1)判断可逆反应的反应热。升高温度降低温度(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应方向。(Qc与K的表达式相同)命题点2“三段式”突破K、的有关计算典例导航(20xx全国卷、节选)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H_0。(填“”“(3)B(1)610 K时、CO2的平衡转化率为_、比H2S的平衡转化率_。(2)610 K时、2H2S(g)2CO2(g) 2COS(g)2H2O(g)的平衡常数K与K的关系为_。(3)620 K时、化学平衡常数K约为_、比610 K时的平衡常数K_。答案(1)10%大(2)KK2(3)6.9103大“三段式”突破化学平衡的综合计算模板已知反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)、令A、B起始物质的量浓度分别为a molL1、b molL1、达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL1。 mA(g)nB(g) pC(g)qD(g) a b 0 0 mx nx px qx amx bnx px qx相关计算：平衡常数：K。A的平衡转化率：(A)平100%。A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：w(A)100%。v(A)。混合气体的平均密度：混。注意：在求有关物理量时、一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。4某温度下、2 L密闭容器中、使CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)中的所有物质均为气态、反应过程中部分数据见下表。反应时间n(CO2) /moln(H2)/moln(CH3OH) /moln(H2O)/mol0 min260010 min4.520 min130 min1(1)前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)_ mol/(Lmin)。(2)该温度下、该反应的平衡常数为_。(3)在相同条件下、向另一个容积为2 L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为a mol、b mol、c mol、d mol、要使两容器达到相同的平衡状态、且起始时反应逆向进行、则d的取值范围为_。解析(1)10 min内消耗1.5 mol H2、则v(H2)0.075 mol/(Lmin)、根据化学计量数的关系可知v(CH3OH)v(H2)0.025 mol/(Lmin)。(2)根据表格中数据并结合三段式法可知20 min时反应已达到平衡状态、平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5 molL1、1.5 molL1、0.5 molL1和0.5 molL1、则平衡常数K。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡为等效平衡、且起始时反应逆向进行、可知d应大于1、根据化学计量数进行转换、可知H2O的最大量为2 mol、即d应满足的范围是1d2。答案(1)0.025(2)(3)1d25(20xx甘肃名校联考)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向2 L密闭容器中加入足量的活性炭和2.0 mol NO、发生反应C(s)2NO(g) N2(g)CO2(g)H0。在600 K时、测得反应进行到不同时间各物质的浓度如图所示。(1)1020 min内、用活性炭表示的平均反应速率为_ gmin1。600 K时、该反应的平衡常数K_、NO的平衡转化率_。(2)30 min时、只改变了一个条件、该条件可能为_。(3)保持反应条件与前30 min的相同、若第30 min时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO、则此时v正_(填“大于”“小于”“等于”或“无法确定”)v逆。解析(1)由图可知1020 min内、c(NO)(0.680.5) molL10.18 molL1、n(NO)0.18 molL12 L0.36 mol、故1020 min内、n(C)0.18 mol、m(C)0.18 mol12 gmol12.16 g、故v(C)0.216 gmin1。由图可以看出、20 min至30 min内、反应处于平衡状态、c(NO)0.5 molL1、c(N2)c(CO2)0.25 molL1、故该温度下反应的平衡常数K0.25。(NO)100%50%。(2)该反应为反应前后气体分子数不变的反应、结合30 min至50 min的曲线图、可知改变的条件是压缩容器体积(增加压强)。(3)若30 min 时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO、反应的浓度商Qc0.187 5v逆。答案(1)0.2160.2550%(2)压缩容器体积(3)大于命题点3平衡常数与速率常数的关系6(20xx开封一模)升高温度、绝大多数的化学反应速率增大、但是2NO(g)O2(g) 2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。查阅资料知：2NO(g)O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：.2NO(g) N2O2(g)(快)H10v1正k1正c2(NO)v1逆k1逆c(N2O2).N2O2(g)O2(g) 2NO2(g)(慢)H2S(l)S(s)。反应后气体物质的量增加的反应。固体参加生成气体的反应、如C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)。4化学反应方向的判定(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)放热过程均可以自发进行、吸热过程均不能自发进行。()(2)CaCO3CaOCO2高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。()(3)10 的水结成冰、可用熵变的判据来解释反应的自发性。()(4)2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0、在任何温度下均能自发进行。()(5)H0、S0CA项、反应的自发进行与反应的可能发生不是一致的；B项、自发的化学反应是指不受外力作用能发生的反应、石墨转化为金刚石需在高压条件下进行、该反应不是自发的反应；D项、低温时能自发的反应为H0。2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、S0 DH0、S0E反应NH3(g)HCl (g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行、则该反应的H0FCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行、说明该反应的H0、S0答案DF4(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转变成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)63.1 kPa。(2)恒温恒容反应器、物质的量之比等于压强之比、可用分压表示组分的物质的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2、起始pN2O535.8 kPa、其完全分解时pN2O435.8 kPa、pO217.9 kPa、设25 平衡时N2O4转化了x、则N2O4(g)2NO2(g)平衡 35.8 kPax 2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa、解得x9.4 kPa。然后求pN2O4和pNO2最后代入Kp。答案(1)大于温度升高、体积不变、总压强提高；NO2二聚为放热反应、温度升高、平衡左移、气体物质的量增加、总压强提高(2)13.4(1)25 时2NO2(g) N2O4(g)的Kp为_。(2)对于N2O4(g) 2NO2(g)反应达到平衡时Kp(35 )_ Kp(25 )(填“”“1一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)CO2(g) 2CO(g)H173 kJmol1、若压强为p kPa、平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示、回答下列问题：(1)650 时CO2的平衡转化率为_。(2)t1 时平衡常数Kp_ kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算、分压总压物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体、则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动、原因是_。解析(1)C(s)CO2(g) 2CO(g)起始 a mol 0n x mol 2x mol平衡 (ax) mol 2x mol100%40%x、故(CO2)100%25%。(2)t1时CO与CO2的体积分数相等、均为0.5、Kp0.5p。再充入等物质的量的CO和CO2时、二者的体积分数不变、平衡不移动。答案(1)25%(2)0.5p不再充入等物质的量的CO和CO2、平衡体系中二者的体积分数仍相同、平衡不移动2(20xx巴蜀名校联考)已知CO(g)2H2(g) CH3OH(g)、在恒容密闭容器中以加入CO和H2合成甲醇、测得起始压强p0102 kPa。CO的平衡转化率(CO)随温度的变化曲线如图所示、R点时反应的平衡常数KR_(kPa)2(用平衡分压代替平衡浓度计算、p分p总物质的量分数)、R、P两点平衡常数大小：KR_(填“”“”或“Kp。答案3(20xx银川一模)T1 时、在刚性反应器中投料比为13的NO(g)与O2(g)反应、其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t时、NO(g)完全反应。t/min04080160260700p/kPa32.830.729.929.429.228.826.9(1)NO(g)与O2(g)合成的反应速率v4.2102p2(NO) p(O2)(kPamin1)、t42 min时、测得体系中p(O2)22.4 kPa、则此时的v_ kPamin1(计算结果保留1位小数)。(2)若降低反应温度至T2 、则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p(T2 )_(填“大于”“等于”或“小于”)26.9 kPa、原因是_。(已知：2NO2(g) N2O4(g)H0。某温度下、等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生上述反应、起始总压为105 Pa、平衡时总压增加了20%、环戊烯的转化率为_、该反应的平衡常数Kp_Pa。达到平衡后、欲增加环戊烯的平衡转化率、可采取的措施有_(填标号)。A通入惰性气体B提高温度C增加环戊烯浓度 D增加碘浓度解析设碘和环戊烯的物质的量均为1 mol、达平衡时转化的物质的量为x mol、由题意得：(g)I2(g) (g)2HI(g)初始物质的量/mol 1 1 0 0转化物质的量/mol x x x 2x平衡物质的量/mol 1x 1x x 2x平衡时、容器内气体总物质的量为(2x) mol、则有100%20%、解得x0.4。则环戊烯的转化率为100%40%；总压强为105 Pa(120%)1.2105 Pa。因此各种气体的分压为p()1.2105 Pa0.3105 Pa、p(I2)1.2105 Pa0.3105 Pa、p()1.2105 Pa0.2105 Pa、p(HI)1.2105 Pa0.4105 Pa。反应的平衡常数Kp3.56104 Pa。欲增加环戊烯的平衡转化率、则平衡正向移动、由于该反应是吸热反应、因此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度、平衡正向移动、环戊烯的转化率提高。答案40%3.56104BD2(20xx全国卷、T27)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)、还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A高温低压B低温高压 C高温高压 D低温低压 某温度下、在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应、达到平衡时CO2的转化率是50%、其平衡常数为_mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低、同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断、催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”)、理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下、某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示、升高温度时、下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大图1图2在一定温度下、测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时、不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示、则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析(1)将已知中3个反应依次编号为、根据盖斯定律、由2可得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应、要提高CH4的平衡转化率、在高温低压下有利于反应正向移动。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%0.5 mol、则消耗的CH4为0.5 mol、生成的CO和H2均为1 mol、根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 molL1、则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X、用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大、则积碳反应的反应速率小、而消碳反应活化能相对小、则消碳反应的反应速率大、再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积炭反应、消碳反应都是吸热反应、温度升高、平衡右移、K积、K消均增加、温度升高、反应速率均增大。从图像上可知600700 随温度升高、催化剂表面的积碳量减小、所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大、故A、D正确。由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时、图像中速率关系vavbvc、结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH