第25讲化学平衡常数化学反应进行方向

1、第3讲化学平衡常数化学反应进行方向考纲要求1.理解化学平衡常数的含义并能进行简单计算。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方向的方向。考点一化学平衡常数及其应用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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，用符号K表示。2表达式对于一般的可逆反应：mAnBpCqD，在一定温度下达到平衡时：K。3意义平衡常数表明在一定条件下反应进行的程度。K越大，表示反应进行的程度越大。4影响因素K只受温度影响，与反应物

2、或生成物的浓度变化无关。(1)对于放热反应：升高温度，K值减小；反之K值增大。(2)对于吸热反应：升高温度，K值增大；反之K值减小。5化学平衡常数的应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度：K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(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(0)pC(g)qD(g)，若浓度商Qc，则(3)判断可逆反应的热效应升高温度降低温度(4)计算反应物的转化率利用平衡常数可计算出平衡时某些反应物的浓度，结合其初始浓度可以计算其转化率：(A)×100%。【多维思考】1对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)K12

3、NH3(g)N2(g)3H2(g)K2试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系。提示：K1、K2、K12对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。提示：对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也不一样，但对应物质的转化率相同。例如：(1)aA(g)bB(g)cC(g)，K1；(2)naA(g)nbB(g)ncC(g)，K2；则K2Kn1K1。1化学平衡常数的理解(1)与化学方程式书写形式的关系对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K正。若方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，

4、平衡常数也会发生改变。(2)与反应热的关系一般情况下：(3)与物质状态的关系由于固体或纯液体浓度视为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。如：CH3COOH(l)CH3CH2OH(l)CH2COOCH2CH3(l)H2O(l)K2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的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

5、否达到平衡，若不平衡时向何方向进行。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得可逆反应所处的状态。(3)判断可逆反应的反应热升高温度，若K值增大，则正反应为吸热反应；若K值减小，则正反应为放热反应。(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。(见教材例题)3相关计算(1)步骤写出有关化学平衡的方程式。确定各物质的起始量、转化量、平衡量。根据已知条件建立等式关系进行解答。(2)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 mol/L、b mol/L，达

6、到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始(mol/L) a b 0 0变化(mol/L) mx nx px qx平衡(mol/L) amx bnx px qxK(3)说明 反应物：c(平)c(始)c(变)生成物：c(平)c(始)c(变)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。转化率×100%。考向一平衡常数的含义1研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)NaCl(s)NaNO3(s)ClNO(g)K12NO(g)Cl2(g)2ClNO(g)K2则4NO2(g)2NaCl(s)2NaN

7、O3(s)2NO(g)Cl2(g)的平衡常数K_(用K1、K2表示)。解析：K1，K2，K，所以K。答案：2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的关系如表所示：t/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为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1 mol CO、

8、5 mol H2O，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，容器中的化学反应已达到平衡。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。答案：(1)(2)吸热(3)700(4)等于(5)不考向二 化学平衡常数的应用3甲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 0.15H2(g)CO2(g)H2O(g

9、)CO(g)K21.0 2.503H2(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“<”)0。答案：(1)K1·K2(2)<4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下图所示，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

10、”或“放”)热反应，温度为T5 时，该反应耗时40 s达到平衡，则T5时，该反应的平衡常数数值为_。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应_(选填字母)。a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CaCO3的质量_，CaO的质量_，CO2的浓度_(填“增大”，“减小”或“不变”)。(5)在T5下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5 mol N2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为_g。答案：(1)

11、吸0.2(2)bc(3)随着温度升高，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(5)10考向三平衡常数与转化率的关系5羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)K0.1反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是 ()A升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应B通入CO后，正反应速率逐渐增大C反应前H2S物质的量为7 molDCO的平衡转化率为80%解析：A项，升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向

12、移动，逆反应吸热，正反应放热，错误；B项，通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率开始减小，错误；C项，设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为1 L，则CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g)K0.1 10 n 0 0 2 2 2 2 8 n2 2 2因为该反应是反应前后气体体积不变的反应，所以有K0.1，解得n7，正确；D项，根据上述计算可知CO的转化率为20%，错误。答案：C6已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g)H>0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)1 mol·L1，c(N)

13、2.4 mol·L1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_。(2)若反应温度升高，M的转化率_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)4 mol·L1，c(N)a mol·L1；达到平衡后，c(P)2 mol·L1，a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b mol·L1，达到平衡后，M的转化率为_。答案：(1)25%(2)增大(3)6(4)41%考向四速率常数与平衡常数的关系7(2016·高考海南卷)顺­1,2­二甲基环丙烷和反&

14、#173;1,2­二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为v(正)k(正)c(顺)和v(逆)k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知，t1温度下，k(正)0.006 s1，k(逆)0.002 s1，该温度下反应的平衡常数值K1_；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则H_(填“小于”、“等于”或“大于”)0。(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_(填曲线编号)，平衡常数值K2_；温度t1_t2(填“小于”、“等于”或“大于”)，判断理由是_。答案：(1)3小于(2)B小于

15、放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动8无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H24.4 kJ·moll。上述反应中正反应速率v正k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为_(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa)，已知条件下k正4.8×104 s1，当N2O4分解10%时，v正_kPa·s1。解析：上述反应中，正反应速率v正k正·p(N2O

16、4)，逆反应速率v逆k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，平衡时，v正v逆，k正·p(N2O4)k逆·p2(NO2)，Kp为。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa)，已知该条件下k正4.8×104 s1，当N2O4分解10%时，v正4.8×104 s1×100 kPa×3.9×106 kPa·s1。答案：(1)3.9×106考向五压强平衡常数的相关计算9汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固

17、体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持。请回答下列问题：活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MP200 2.0000.040 00.030 00.030 03.93335 2.0050.050 00.025 00.025 0p根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_。判断p_(用“>”、“<”或“”填空)3.93

18、Pa。计算反应体系在200 时的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压×体积分数)。解析：1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：n(C)n(NO)n(A)n(B)1211，所以可以推断出生成的A、B两种气体为N2和CO2，反应的化学方程式为C2NON2CO2。该反应的平衡常数Kp，200 时的平衡常数，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp。答案：C2NON2CO2>【方法技巧】Kp含义：在化学平

19、衡体系中，各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常教叫压强平衡常数。单位与表达式有关。计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp。考点二化学平衡图象的分析化学平衡图象题的解题模型【感悟测评】1可逆反应aA(s)bB(g)cC(g)dD(g)HQ kJ· mol1，反应过程中，当其他

20、条件不变时，某物质在混合物中的含量与温度(T)、压强(p)的关系如图所示，据图分析，以下说法正确的是()AT1>T2，H>0B.T1<T2，H>0Cp1>p2，abcd D.p1<p2，bcd答案：D2有一反应：2A(g)B(g)2C(g)，如图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线，x轴表示温度，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，如图所示，则下列描述正确的是()A该反应是放热反应Bb点时混合气体的平均摩尔质量不再变化CT1温度下a点表示若想达到平衡，可以采取增大压强的方法Dc点可表示v(正)v(逆)答案：B化学平衡图象题的解题思路考向一恒压线与恒温

21、线1(2018·云南玉溪一中期中)如图表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反应的影响：L(s)G(g)2R(g)H>0。在图中y轴是指()A平衡混合气中R的质量分数BG的转化率C平衡混合气中G的体积分数DL的转化率解析：A项，升温，平衡正向移动，R的质量分数增大，与图象不符；B项，升温，平衡正向移动，G的转化率增大，与图象不符；C项，升温，平衡正向移动，混合气中G的体积分数减小；增大压强，平衡逆向移动，G的体积分数增大，与图象一致；D项，温度升高，平衡正向移动，L的转化率增大，与图象不符。答案：C22NO(g)O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化

22、率在不同压强(p1、p2)下温度变化的曲线(如图所示)。(1)比较p1、p2的大小关系：_。(2)随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是_。解析：(1)该反应的正反应为气体物质的量减小的反应，其他条件不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动，NO的平衡转化率增大，故p1<p2；(2)根据图示知，相同压强下，随着温度的升高，NO的转化率降低，因此随着温度的升高，该反应的平衡常数减小。答案：(1)p1<p2(2)减小【技法归纳】速率平衡图象的五看(1)一看面(纵、横坐标的意义)。(2)二看线(线的走向和变化趋势)。(3)三看点(起点、拐点、终点)。(4)四看辅助线(如等温线、等压线、平衡

23、线)。(5)五看量的变化(如浓度变化、温度变化)。考向二含量(或转化率)时间图象3(2018·河北衡水中学调研)可逆反应mA(g)nB(g)xC(g) 在不同温度及压强(p1和p2)条件下反应物A的转化率的变化情况如图所示。下列判断正确的是()A正反应吸热，mnxB.正反应吸热，mn<xC正反应放热，mnx D.正反应放热，mnx解析：根据图象，随着温度的升高A的转化率减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应；从第一个图象看出在p1下先达平衡，得p1p2，还可得到压强大时A的转化率大，说明加压平衡正向移动，mnx。答案：D4已知反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H

24、<0。某温度下，将2 mol SO2和1 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，SO2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法正确的是()A由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3 mol·L1B由图甲推断，A点对应温度下的平衡常数为80C达平衡后，缩小容器容积，则反应速率变化图象可以用图乙表示D压强为0.50 MPa时，不同温度下SO2的平衡转化率与温度关系如图丙，则T2>T1解析：由题图甲计算可得B点SO2的平衡浓度为 0.03 mol·L1，A点对应温度下的平衡常数为800，A、B均不正确；达到平衡后，缩小容器体积，v(正

25、)、v(逆)均增大，平衡正向移动，v(正)>v(逆)，故C正确；D项，题图丙中T1先达到平衡，T1>T2。答案：C【题后悟道】速率平衡图象题解题技巧(1)先拐先平：在含量(转化率)时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。(2)定一议二：当图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线，通常是垂线或平行线。(3)三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。考向三速率、平衡综合图象5(2018·肇庆模拟)下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反

26、应速率和化学平衡影响的图象，其中图象和实验结论表达均正确的是()Aa是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图象，正反应H<0Bb是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图象，A是使用催化剂时的曲线Cc是一定条件下，向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图象，压强p1>p2Dd是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图象解析：根据图象a，升高温度，平衡正向移动，正反应H>0，A错误；b图象中，使用催化剂，反应速率加快，先达到平衡，B正确；c图象中，此反应为反应前后气体物质的量不变的化学反应，改变压强不影响平衡状态，即不影响A的转化率，且由于不断加入B，A的转化率

27、增大，C错误；d图象中，反应实质是Fe33SCNFe(SCN)3，K和Cl不参加化学反应，KCl浓度增大不影响化学平衡，D错误。答案：B6将I2溶于KI溶液中，能配制成浓度较大的碘水，主要是发生了反应：I2(aq)I(aq)I(aq)。该平衡体系中，I的物质的量浓度与温度(T)的关系如图所示(曲线上的任何一点都代表平衡状态)。下列说法正确的是()A反应速率vM>vPB平衡常数：KN<KPCM、N两点相比，M点的c(I)大DQ点时，v正>v逆解析：P点温度高，反应速率比M点大，A不正确；随温度升高，c(I)减小，平衡左移，K值减小，KN>KP，B不正确；M点c(I)大，则

28、c(I)小，C不正确；在T1温度时，Q点c(I)小于其平衡M点的c(I)，故Q点v(正)>v(逆)，D正确。答案：D【题后悟道】速率、平衡特殊图象的理解(1)对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，将一定量的反应物A、B放入密闭容器中反应，在不同温度下，经相同时间，A%或C%随温度变化的图象，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v(正)>v(逆)；M点为平衡点，M点后为平衡受温度的影响情况，正反应是放热反应。(2)对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。左上方(E点)A%大于此压强时平衡体系中的A%，所以，E点时v(正)>

29、v(逆)；同理可分析右下方(F点)，v(正)<v(逆)。考点三化学反应进行的方向1自发过程(1)含义：不用借助于外力就可以自动进行的过程。(2)特点：化学反应方向的判据【多维思考】能量降低，混乱度增加的反应一定能发生吗？提示：不一定。过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。【感悟测评】判断正误(正确的打“”，错误的打“×”)(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是一个熵增的过程。()(3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素。()(4)H<0、S>0时，反应一定能自发进行。()

30、答案：(1)×(2)(3)×(4)判断反应进行方向的复合判据考向焓变与熵变的综合判断1下列反应中，熵显著增加的反应是 ()ACO(g)2H2(g)=CH3OH(g)BCaCO32HCl=CaCl2H2OCO2CC(s)O2(g)=CO2(g)D2Hg(l)O2(g)=2HgO(s)答案：B2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 kJ·mol1BAg(s)Cl2(g)=AgCl(s)H127 kJ·mol1CHgO(s)=Hg(l)O2(g)H91 kJ·mol1DH2O2(l)=O2(g)H2

31、O(l)H98 kJ·mol1解析：当H<0，S>0，反应在任何温度下均有HTS<0，故反应自发进行。A、C项中的H>0，不符合要求；B项中的S<0，不符合要求；D项中的H<0，S>0，符合要求。答案：D3灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以用于制造器皿。已知在0 、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的H2.18 kJ·mol1，S6.61 J·mol1·K1。现把由白锡制成的器皿在0 、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用 ()A会 B.不会C不能确定 D.升高温度才会解析

32、：在0 、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的GHTS2.18 kJ·mol1273 K×(6.61×103 kJ·mol1·K1)0.375 kJ·mol1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。答案：A 1(2017·高考天津卷)常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 时，该反应的平衡常数K2×105。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230

33、 制得高纯镍。下列判断正确的是()A增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大B第一阶段，在30 和50 两者之间选择反应温度，选50 C第二阶段，Ni(CO)4分解率较低D该反应达到平衡时，v生成Ni(CO)44v生成(CO)解析：A.平衡常数只与温度有关，与浓度无关，A错误；B.50 时，Ni(CO)4以气态存在，有利于分离，从而促使平衡正向移动，B正确；C.230 时，Ni(CO)4分解的平衡常数为5×104，可知分解率较高，C错误；D.平衡时，4v生成Ni(CO)4v生成(CO)，D错误。故选B。答案：B2(2017·高考江苏卷)(多选)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应： 2NO2(g)2NO(g)O2(g) (正反应吸热)。实验测得：v正v(NO2)消耗k正c2(NO2 )，