2022届高考化学一轮复习第7章化学反应的速率限度与方向第3节化学反应的方向化学平衡常数教案鲁科版

1、第3节化学反应的方向化学平衡常数考纲定位要点网络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。化学反应进行的方向知识梳理1自发反应(1)自发过程含义在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。特点a体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。b在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。(2)自发反应在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的反应称为自发反应。注意：自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是

2、自发反应，但在常温下不一定燃烧。2熵与熵变(1)熵：描述体系混乱度的物理量，符号为s。熵值越大，体系混乱度越大。(2)熵变：ss(反应产物)s(反应物)。(3)常见的熵增过程同一物质由固态到液态再到气态：s(g)s(l)s(s)。反应后气体物质的量增大的反应。固体参加生成气体的反应，如c(s)h2o(g)=co(g)h2(g)。辨易错(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行。()(2)冰变为液态水的过程是焓增加和熵增加过程，一定条件下可以自发进行。()(3)caco3caoco2高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。()答案(1)(2)(3)3化学反应方向的判定(1)判据 (2

3、)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。知识应用(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“”“”或“”)。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应

4、，任何温度下均不自发进行(2)0e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df2将sicl4氢化为sihcl3有三种方法，对应的反应依次为sicl4(g)h2(g)sihcl3(g)hcl(g)h103sicl4(g)2h2(g)si(s)4sihcl3(g)h202sicl4(g)h2(g)si(s)hcl(g)3sihcl3(g)h3已知ghts，g0时反应自发进行。三个氢化反应的g与温度的关系如图所示，可知：反应能自发进行的最低温度是_；相同温度下，反应比反

5、应的g小，主要原因是_；反应的g随温度升高的主要原因可能为_。解析反应是一个s不变的反应，要使g0，由图可知温度最低为1 000 。反应中s0，在相同温度下，g2g1的主要原因是h2h1。反应的h3h2h10，根据hts随t的增大而增大，说明s0。答案1 000 h2h1导致反应比反应的g小反应的s105时就认为反应可以进行得较完全，当k105时认为反应很难进行。(5)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。对于吸热反应，升高温度，k值增大。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

6、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。辨易错(1)化学平衡常数是指一定温度下，生成物平衡浓度之积与反应物平衡浓度之积的比值。()(2)nhh2onh3h2oh的平衡常数表达式为k。()(3)同温条件下，一个可逆反应的正、逆反应的平衡常数互为相反数。()(4)升温，任何可逆反应的k值均增大。()(5)在一定温度下，so2(g)o2(g)so3(g)与2so2(g)o2(g)2so3(g)的k值相同。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2平衡常数的三大应用(1)判断化学反应进行的方向对于可逆反应aabbccdd，在一定温度下的

7、任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：q，称为浓度商。qv逆qk反应处于化学平衡状态，v正v逆qk反应向逆反应方向进行，v正”或“(3)正反应0.1 moll1(4)逆反应h2o的转化率减小，平衡常数不变命题点1化学平衡常数及其应用1某温度下气体反应达到化学平衡状态，平衡常数k，恒容时，若温度适当降低，f的浓度增大。下列说法中正确的是()a增大a、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)d平衡常数k只随温度变化，不随浓度变化，a不正确；降低温度，正、逆反应速率均减小，b不正确；降温，f的浓度增大，表明平衡逆向移动，正反

8、应是吸热反应，则焓变为正值，c不正确；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系数，d正确。2在300 ml的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的co气体，一定条件下发生反应：ni(s)4co(g)ni(co)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。温度/2580230平衡常数/(mol3l3)510421.9105下列说法正确的是 ()a上述生成ni(co)4(g)的反应为吸热反应b25 时反应ni(co)4(g)ni(s)4co(g)的平衡常数为0.5 mol3l3c在某条件下达到平衡，测得ni(co)4、co浓度均为0.5 moll1，

9、则此时温度高于80 d80 时，在相同容器中充入0.3 mol co和0.3 mol ni(co)4，同时加入足量ni，此时v正v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，k2 mol3l32105 mol3l3，故错误；c项，化学平衡常数为 mol3l38 mol3l32 mol3l3，因此温度低于80 ，故错误；d项，此时q mol3l31 mol3l3v逆，故正确。3甲

10、醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用co或co2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度/5008002h2(g)co(g)ch3oh(g)k12.5 mol2l2 0.15 mol2l2h2(g)co2(g)h2o(g)co(g)k21.02.503h2(g)co2(g)ch3oh(g)h2o(g)k3(1)据反应与可推导出k1、k2与k3之间的关系，则k3_(用k1、k2表示)。(2)反应的h_(填“”或“”“”或“”)v逆。解析(1)反应可通过反应、加和，故k3k1k2。(2)500 时k32.5 mo

11、l2l21.02.5 mol2l2，800 时k30.15 mol2l22.502.5 mol2l2，故升温，k值减小，平衡左移，h0。(3)q0.87 moll1v逆。答案(1)k1k2(2) 应用化学平衡常数时应注意的四个问题(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(3)对于有纯固体或溶剂参加的反应，其浓度可看作一个常数，而不列入平衡常数表达式中。(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。命

12、题点2“三段式”突破k、的有关计算典例导航(2017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

13、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。

14、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(1)起始温度相同时，在图1所示的甲、乙两个容器中发生反应：2no2(g)n2o4(g)h”“”或“”)。(2)在密闭容器中，ccl4(g)h2(g)2 chcl3(g)hcl(g)达到平衡状态后，测得如下数据(假设不考虑副反应)。实验序号温度/初始ccl4浓度/(moll1)初始h2浓度/ (moll1)ccl4的平衡转化率11100.81.2121101150%3100113实验1中，ccl4的转化率1_50%(填“大于”“小于”或“等于”)。实验2中，反应进行到10 h时达到平衡，在这10 h内，h2的平均

15、反应速率为_ moll1min1。110 时，该反应的化学平衡常数的数值为_。实验3中，3的值_。a等于50% b大于50%c小于50%d依题所给信息无法判断解析(1)甲为绝热容器，反应2no2(g)n2o4(g)为放热反应，放出的热量对反应速率的影响较大，故14 s内no2的浓度迅速减小。甲容器中反应达到平衡状态时，no2浓度为0.02 moll1，由三段式知：2no2(g)n2o4(g)起始量/(moll1) 0.20变化量/(moll1)0.180.09平衡量/(moll1)0.020.09平衡常数k lmol1225 lmol1。容积均为1 l的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒

16、温容器，起始温度相同时，分别充入0.2 mol的no2，发生反应：2no2(g)n2o4(g)hp乙。(2)实验1中，当h2的初始浓度为0.8 mol/l时，ccl4的转化率为50%，现增大h2的浓度为1.2 mol，平衡正向移动，ccl4的转化率增大，从而得出ccl4的转化率1大于50%；实验2中，ccl4(g)h2(g)chcl3(g)hcl(g) 1 1 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5反应进行到10 h时达到平衡h2的平均反应速率为0.000 83 moll1min1；110 时，该反应的化学平衡常数的数值为1；与实验2进行比较，可认为实验3是在实

17、验2的基础上完成的，由于不知反应的焓变，所以无法确定降温平衡移动的方向。答案(1)反应放热，体系的温度升高，反应速率加快225(2)大于0.000 831d在计算恒温恒压条件下的平衡常数k时，一定要注意气体物质的量变化引起的体积变化，确定平衡时容器的体积，进而明确各组分平衡浓度。命题点3平衡常数与速率常数的关系5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no2v1逆k1逆n2o2.n2o2(g)o2(g)2n

18、o2(g)(慢)h263.1 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2

19、no2(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“”“分压定律(1)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。p(a)p(b)p(c)p(d)p(2)气体的分压之比等于其物质的量之比：。(3)某气体的分压p(b)与总压之比等于其物质的量分数：(b)。(2020乐山模拟)在2 l恒容密闭容器中充入4 mol co和4 mol no，发生反应2no(g)2co(g)n2(g)2co2(g)，平衡时，no的体积分数与温度()、压强(pa)的关系如图所示。(1)c点no的平衡转化率为_；若c点在10 min达

20、到平衡，则10 min内co的平均反应速率为_。(2)若起始容器内压强为p pa，则c点时该反应的平衡常数kp_(用平衡分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。(3)若在d点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是_(从图中a、b、c、e点选填)。解析2no(g)2co(g)n2(g)2co2(g)起始量/mol 4 4 0 0转化量/mol 2x 2x x 2x平衡量/mol 42x 42x x 2x由题意：40%，解得：x0.5。(no)100%25%v(co) moll1min10.05 moll1min1。(2)起始压强为p pa，平衡时压强为pp，那么平

21、衡时，no、co分压为p，n2的分压为p，co2分压为p，kp。(3)d点反应还未达到平衡，若不改变条件，平衡点为b，改变条件，相当于在b点的基础上平衡发生移动。升高温度，平衡逆向移动，减小压强，平衡逆向移动，no的体积分数增大。升温，降压，no的体积分数增大，ae符合。答案(1)25%0.05 moll1min1(2)(3)ae真题验收1(2020全国卷，t28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用co2的热点研究领域。回答下列问题：(1)co2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(c2h4)n(h2o)_。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(c2h4)_(填“变大”“变小”或“

22、不变”)。(2)理论计算表明，原料初始组成n(co2)n(h2)13，在体系压强为0.1 mpa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度t的变化如图所示。图中，表示c2h4、co2变化的曲线分别是_、_。co2催化加氢合成c2h4反应的h_0(填“大于”或“小于”)。(3)根据图中点a(440 k,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数kp_(mpa)3(列出计算式。以分压表示，分压总压物质的量分数)。(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成c3h6、c3h8、c4h8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_。解析(1)由题意知二氧化碳与氢气反

23、应生成乙烯和水，反应的化学方程式为2co26h2ch2=ch24h2o，n(c2h4)n(h2o)14；此反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向(正反应方向)移动，n(c2h4)变大。(2)反应方程式中co2和h2的化学计量数之比为13，开始时加入的n(co2)n(h2)13，则平衡时n(co2)n(h2)也应为13，n(c2h4)n(h2o)应为14，由题图可知曲线a为h2，b为h2o，c为co2，d为c2h4，随温度升高，平衡时c2h4和h2o的物质的量分数逐渐减小，h2和co2的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反

24、应方向为放热反应，h小于0。(3)在440 k时，氢气的物质的量分数为0.39，h2o的物质的量分数也为0.39，根据平衡时n(co2)n(h2)13，知co2的物质的量分数为0.39/3，根据平衡时n(c2h4)n(h2o)14，知c2h4的物质的量分数为0.39/4，则p(h2)0.390.1 mpa，p(h2o)0.390.1 mpa，p(c2h4)0.39 mpa，p(co2)0.39 mpa，kp(mpa)3(mpa)3。(4)压强和温度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。答案(1)14变大(2)dc小于(3)或等(4)选择合适催化剂等2(2019全国卷

25、，改编)已知(g)i2(g)(g)2hi(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(2

26、x) 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%3.56104bd3(2018全国卷，节选)ch4co2催化重整不仅可以得

27、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：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_。解析将已知中

28、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。答案247a4(2018全国卷，节选)对于反应2sihcl3(g)=sih2cl2(g)

29、sicl4(g)h48 kjmol1，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。比较a、b处反应速率大小：va_vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率vv正v逆k正x2sihcl3k逆xsih2cl2xsicl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的_(保留1位小数)。解析温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正v逆，即k正x2sihcl3k逆xsih2cl2xsicl4，从题图上可知a点所在曲线

30、平衡时sihcl3的转化率为22%，设投入sihcl3 y mol，则根据三段式法得 2sihcl3(g)=sih2cl2(g)sicl4(g)开始/mol y 0 0转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y代入k正x2sihcl3k逆xsih2cl2xsicl4得，k正0.782k逆0.112，在a处sihcl3的转化率为20%，根据三段式法得 2sihcl3(g)=sih2cl2(g)sicl4(g)开始/mol y 0 0转化/mol 0.2y 0.1y 0.1ya处/mol 0.8y 0.1y 0.1y则，将代入计算得出1.3。答案大于1.3新题预测血红蛋白(hb)和肌红蛋白(mb)分别存在于血液和肌肉中，都能与氧气结合，与氧气的结合度(吸附o2的hb或mb的量占总hb或mb的量的比值)和