高考化学第7章化学反应速率与化学平衡第24讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案新人教版.docx

第24讲化学平衡常数化学反应进行的方向考点一化学平衡常数及相关计算知识梳理一、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，称为化学平衡常数，用符号K表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K。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。例如：(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式K。(2)Fe3(aq)3H2O(l)Fe(OH)3(s)3H(aq)的平衡常数表达式K。在利用多个方程式求算K时，要注意K与焓变(H)的区别：方程式相加减，焓变相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数x，焓变也需乘以该系数，平衡常数变为原来的x次方。例如：写出下列反应的平衡常数的表达式，并归纳K1、K2与K3，K4、K5与K6之间的关系。C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)K1H1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)K2H2C(s)2H2O(g)CO2(g)2H2(g)K3H3N2(g)3H2(g)2NH3(g)K4H42NH3(g)N2(g)3H2(g)K5H5)NH3（g）N2（g） H2（g）K6H6分析：反应的平衡常数表达式分别为K1、K2、K3；反应反应反应，则K3K1K2（注意：焓变H3H1H2）。反应的平衡常数表达式分别为K4、，则K5与K4、K6之间的关系为K5K（注意：焓变H5H42H6）。3意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大(当K105时，该反应进行基本完全)。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数指的是某一具体反应的平衡常数。4应用(1)判断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)判断反应是否达到平衡或平衡移动的方向。对于化学反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态，浓度商：Qc。QcK，反应向逆反应方向进行。(3)判断反应的热效应。若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(4)计算平衡体系中的相关量。根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。二、有关化学平衡常数的计算1一个模式“三段式”如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)c始/(molL1) a b 0 0c变/(molL1) mx nx px qxc平/(molL1) amx bnx px qx则K。2明确三个量的关系(1)三个量：起始量、变化量、平衡量。(2)关系对于同一反应物，起始量变化量平衡量。对于同一生成物，起始量变化量平衡量。各物质的变化量之比等于化学计量数之比。3掌握四个公式(1)反应物的转化率100%100%。(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率100%。(3)平衡时混合物中各组分的百分含量100%。(4)某组分的体积分数100%。自主检测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，也能改变平衡常数。()(3)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，平衡常数不一定发生变化。()(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。()(6)化学平衡常数只受温度的影响，升高温度，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热。()(7)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数的表达式及数值也不同。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2(教材改编题)已知反应A(g)3B(g)3C(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为_。若各物质的平衡浓度分别为c(A)2.0 molL1、c(B)2.0 molL1、c(C)1.0 molL1，则K_。答案：K0.062 53(易错题)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)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为_。答案：20第3题是一道比较经典的易错题，极易错填成25。原因是将式生成的c(HI)5 molL1代入公式中进行求算，而未代入平衡时HI的浓度(4 molL1)。计算平衡常数时，应严格按照平衡常数的定义进行求算，代入的一定是物质的平衡浓度。 4(经典题)按要求回答下列问题：对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1，在相同体积的甲、乙两密闭容器中，恒温条件下，甲容器中充入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中充入2 mol NH3，达到平衡时：(1)甲容器中N2的转化率_(填“等于”“大于”或“小于”)H2的转化率。(2)甲容器中N2的转化率与乙容器中NH3的分解率之和为_。(3)甲容器中释放的热量与乙容器中吸收的热量之和为_。答案：(1)等于(2)1(3)92 kJ演练一化学平衡常数及其影响因素1(2020西安铁一中学质检)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：2O33O2HT1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，错误；D项，处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而 c(CH3OH)减小，达到平衡时增大，正确。3在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下，反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为_(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40 s达到平衡，此温度下，该反应的平衡常数为_。(2)如果该反应的平衡常数K变大，该反应_(填字母)。a平衡一定向逆反应方向移动b在平衡移动时正反应速率先增大后减小c平衡一定向正反应方向移动d在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：_。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则再次平衡后CaCO3的质量_，CaO的质量_，CO2的浓度_。(填“增大”“减小”或“不变”)解析：(1)T5时，c(CO2)0.20 molL1，Kc(CO2)0.20。(2)K增大，平衡向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)温度、体积不变，充入CO2，平衡左移，CaCO3的质量增大，CaO的质量减小；由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。答案：(1)吸0.20(2)bc(3)随着温度的升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变演练二化学平衡常数的应用及计算4(化学平衡常数的应用)(2020合肥高三模拟)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)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”“向逆反应方向进行”或“平衡状态”)。解析：(1)由表格数据可知，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)由c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)计算出K1.0，即此时温度为850 ；因为体积为1 L，所以此温度下0.937 5S(l)S(s)。3熵变生成物的总熵反应物的总熵。三、化学反应进行的方向1判据2一般规律(1)H0的反应任何温度下都能自发进行。(2)H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行。(3)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。对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后气体物质化学计量数大小。自主检测判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2017高考江苏卷)反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的H0。()(2)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。()(3)2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0。()(4)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。()(5)10 的水结冰，可用熵变的判据来解释其自发性。()答案：(1)(2)(3)(4)(5) (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。 1(2020西安高三模拟)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高温高压下可以使石墨转化为金刚石，是自发的化学反应C由焓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H0解析：选C。A项，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，错误；B项，石墨转化为金刚石，H0，该反应是非自发进行的化学反应，错误；C项，焓判据和熵判据组合而成的复合判据GHTS，若G0，反应不能自发进行，正确；D项，反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在低温下能自发进行，GHTS0，从方程式知TS0，说明H0，错误。2下列说法不正确的是()AH0的反应在任何温度下都能自发进行BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向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据D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速率解析：选C。反应的H0，则始终存在GHTS0、S0，则高温下存在HTS0，所以该反应一定不能自发进行。12019高考全国卷，28(1)(3)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300 )_K(400 )(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)c(O2)11的数据计算K(400 )_(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是_、_。(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是_(写出两种)。解析：(1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 )大于K(400 )。结合题图可知，c(HCl)c(O2)11、400 时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：4HCl(g) O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)起始 c0 c0 0 0转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡 (10.84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0则K(400 )；进料浓度比c(HCl)c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。(2)题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强，平衡正向移动，能提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。答案：(1)大于O2 和Cl2 分离能耗较高HCl转化率较低(2)增大反应体系压强、及时分离出产物22018高考全国卷，28(3)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。(1)343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常数K343 K_(保留两位小数)。(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。解析：(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K，343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a molL1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a molL1、0.11a molL1、0.11a molL1，该温度下的化学平衡常数K0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。答案：(1)220.02(2)及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度)一、选择题1只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是()AK不变，平衡可能移动B平衡向右移动时，K不一定变化CK有变化，平衡一定移动D相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K也增大2倍解析：选D。因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K不变，A、B项正确；K只与温度有关，K发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，化学平衡常数应变为K2，D项错误。2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(g)O2(g)H0，S0，该反应不能自发进行CSO2(g)2H2S(g)=3S(s)2H2O(l)H0，S0，反应在高温下自发进行，不正确；C中是一个H0，S0的反应，由HTSH2OCO2D温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大解析：选C。A项，NO(g)N2(g)O2(g)的平衡常数为11015，错误；B项，根据K2的值可知H2和O2之间反应的趋势很大，但需要点燃才能进行，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为11030、51082、41092，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。4在淀粉KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)I(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：t/515253550K1 100841689533409下列说法正确的是()A反应I2(aq)I(aq)I(aq)的H0B其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小C该反应的平衡常数表达式为KD25 时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689解析：选B。选项A，温度升高，平衡常数减小，因此该反应是放热反应，H0，错误；选项B，温度升高，平衡逆向移动，c(I)减小，正确；选项C，K，错误；选项D，平衡常数仅与温度有关，25 时，向溶液中加入少量KI固体，平衡正向移动，但平衡常数不变，仍然是689，错误。5(2020山西实验中学月考)已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)，在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是()A反应的平衡常数K1B反应的平衡常数KC对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小解析：选B。在书写平衡常数表达式时，固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B正确；反应中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H0，C错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。6某温度下，将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)B(g)C(g)D(g)，5 min后达到平衡。已知该温度下其平衡常数K1，若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则下列说法正确的是()Aa3Ba2CB的转化率为40%DB的转化率为60%解析：选C。若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则可以确定该反应前后气体体积不变，所以a1，选项A、B错误；设B的转化率为x，列出三段式：A(g)B(g)C(g)D(g)初始物质的量/mol 2 3 0 0变化物质的量/mol 3x 3x 3x 3x平衡物质的量/mol 23x 33x 3x 3x1，解得x0.4，即B的转化率为40%，选项C正确，选项D错误。7(2020烟台自主练习)已知NO和O2经反应和反应转化为NO2，其能量变化随反应过程如图所示。2NO(g)N2O2(g)H1，平衡常数K1N2O2(g)O2(g)2NO2(g)H2，平衡常数K2下列说法中不正确的是()AH10，H20B2NO(g)O2(g)2NO2(g)的平衡常数KK1/K2C2NO(g)O2(g)2NO2(g)的HH1H2D反应的速率大小决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应速率解析：选B。由题图可知，反应和反应的反应物总能量均高于生成物总能量，所以H10，H20，A项正确；反应反应得2NO(g)O2(g)2NO2(g)，所以KK1K2，HH1H2，B项错误，C项正确；反应速率主要取决于慢反应的反应速率，反应的活化能大于反应，所以反应的反应速率小于反应，故反应的速率大小决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应速率，D项正确。8在一定条件下发生反应：4NO2(g)O2(g)2N2O5(g)H0，T1时，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入NO2和O2，部分实验数据如表所示。下列说法不正确的是()时间/s051015c(NO2)/(molL1)4.002.522.00c3c(O2)/(molL1)1.00c1c20.50A.05 s内N2O5的平均反应速率为0.148 molL1s1B其他条件不变，将容器体积压缩一半，则重新达到平衡时c(N2O5)2.00 molL1C设T1时平衡常数为K1，T2时平衡常数为K2，若T1K2DT1时平衡常数为0.125，平衡时NO2和O2的转化率均为50%解析：选B。05 s内，v(N2O5)v(NO2)0.148 molL1s1，A项正确；根据反应物转化的物质的量之比等于化学计量数之比，可得c10.63，c20.50，c32.00，由此可知10 s时达到平衡，平衡时c(N2O5)1.00 molL1，将容器体积压缩一半，此时c(N2O5)2.00 molL1，随后平衡正向移动，c(N2O5)2.00 molL1，B项错误；对于放热反应，温度越高，平衡常数越小，C项正确；达到平衡时c(NO2)2.00 molL1，c(O2)0.50 molL1，c(N2O5)1.00 molL1，K0.125，平衡时NO2的转化率为100%50%，O2的转化率为100%50%，D项正确。9(热点题)在一恒容的密闭容器中充入0.1 molL1 CO2、0.1 molL1CH4，在一定条件下发生反应：CH4(g)CO2(g)2CO(g)2H2(g)，测得CH4平衡转化率与温度、压强关系如图。下列有关说法不正确的是()A上述反应的H0B压强：p4p3p2p1C1 100 时该反应的平衡常数为1.64D压强为p4时，在Y点：v正0，A项正确；该反应为气体分子数增加的反应，压强越大，CH4的平衡转化率越小，故p4p3p2p1，B项正确；1 100 时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)0.02 molL1，c(CO2)0.02 molL1，c(CO)0.16 molL1，c(H2)0.16 molL1，即该温度下的平衡常数K1.64，C项正确；压强为p4时，Y点反应未达到平衡，需增大CH4的转化率才能达到平衡，此时v正v逆，D项错误。10(2020湖北调研)已知：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H25 kJmol1，在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在1 L的密闭容器中充入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2Oc/(molL1)0.81.241.24下列说法正确的是()平衡后升高温度，平衡常数400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的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 molL1A BC D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，该时刻Qc2.4”“”“”或“”)。解析：(1)根据反应写出平衡常数的表达式为K2，随温度升高，平衡常数增大，说明正反应为吸热反应。某温度下，平衡浓度符合下式：5c(CO2)c(H2)2c(CO)c(H2O)，K22.5，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为800 。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物和生成物的浓度无关，所以只