高考化一轮复习化平衡常数、转化率及反应方向的判断案(含解析)

PAGEPAGE5化学平衡常数、转化率及反应方向的判断李仕才授课主题化学平衡常数、转化率及反应方向的判断教学目的能够写出化学平衡常数的表达式；可以计算出物质的平衡转化率；重、难点判断反应是否达到平衡状态；反应物平衡转化率的变化判断；焓变、熵变及化学反应方向的关系本节知识点讲解1．化学平衡常数（1）定义在一定温度下，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（简称平衡常数），用K表示。（2）表达式对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K=。（3）应用①判断反应进行的限度K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高。K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。K<10−510−5~105>105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全②判断反应是否达到平衡状态化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时，浓度商均为Qc=。Qc>K时，反应向逆反应方向进行；Qc=K时，反应处于平衡状态；Qc<K时，反应向正反应方向进行。③利用平衡常数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。2．转化率对于一般的化学反应：aA＋bBcC＋dD，达到平衡时反应物A的转化率为α(A)＝×100％＝×100％［c0(A)为起始时A的浓度，c(A)为平衡时A的浓度］反应物平衡转化率的变化判断反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大（或减小）反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m+n>p+q反应物A和B的转化率均增大m+n<p+q反应物A和B的转化率均减小m+n=p+q反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+pC(g)增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m>n+p反应物A的转化率增大m<n+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A和B的转化率不变判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：3.化学反应进行的方向＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＋＋低温为正；高温为负低温时非自发；高温时自发－－低温为负；高温为正低温时自发；高温时非自发1．下列说法错误的是A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0C．反应NH3（g）＋HCl（g）=NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0D．CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0本知识点小结本节知识点讲解化学平衡图象题的解题方法化学平衡图象类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图象类型有物质的量(浓度)、速率—时间图象，含量—时间—温度(压强)图象，恒温、恒压曲线等，图象中蕴含着丰富的信息量，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。该类题型在选择题和简答题中都有涉及，能够很好地考查学生分析问题和解决问题的能力，在复习备考中应引起足够的重视。1．常见的化学平衡图象以可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)ΔH＝QkJ·mol−1（1）含量—时间—温度(或压强)图：(曲线a用催化剂，b不用催化剂或化学计量数a＋b＝c时曲线a的压强大于b的压强)(T2>T1，ΔH>0)(T1<T2，ΔH<0)(p1>p2，a＋b>c)(p1>p2，a＋b<c)恒压(温)线(如图所示)：该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示：(若a＋b>c，则p1>p2>p3，ΔH<0)(若T1>T2，则ΔH>0，a＋b>c)（3）速率−时间图象根据v−t图象，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。以合成氨反应为例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。条件c(N2)增大c(H2)减小c(NH3)增大v−t图象平衡移动方向正反应方向移动逆反应方向移动逆反应方向移动条件c(NH3)减小增大压强减小压强v−t图象平衡移动方向正反应方向移动正反应方向移动逆反应方向移动条件升高温度降低温度使用催化剂v−t图象平衡移动方向逆反应方向移动正反应方向移动不移动（4）其他如下图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，v(正)>v(逆)的点是3，v(正)<v(逆)的点是1，v(正)＝v(逆)的点是2、4。2．化学平衡图象解答原则（1）解题思路（2）解题步骤以可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)为例：（1）“定一议二”原则在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图：这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。（2）“先拐先平，数值大”原则在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。图A图B图A表示T2>T1，正反应是放热反应。图B表示p1<p2，A是反应物，正反应为气体总体积缩小的反应，即a＋b>c。等效平衡1．含义（1）化学平衡状态与建立平衡的条件有关，与建立平衡的途径无关。（2）对于同一可逆反应，在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，无论是从正反应(反应物)、逆反应(生成物)或从中间状态(既有反应物、也有生成物)开始，只要建立平衡后，平衡混合物中各组分的比例相同，或各组分在混合物中的百分含量相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。（3）注意只是组分的百分含量相同，包括体积百分含量、物质的量百分含量或质量百分含量，而各组分的浓度不一定相等。2．审题方法（1）注意反应特点：反应前后气体的物质的量是否发生变化。（2）分清平衡建立的条件：是恒温恒压还是恒温恒容。3．理解等效平衡的意义（1）对于反应前后气体物质的量有变化的反应，如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图：容易得出A与C等效，A与D不等效。因为C→D是对反应前后气体体积有变化的反应加压，平衡发生了移动。结论：对于反应前后气体物质的量有变化的反应，恒温恒压时只要起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例相同就可建立等效平衡；而恒温恒容时，则需起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，完全相同才能建立等效平衡，因为反应物物质的量的变化会引起平衡的移动。（2）对于反应前后气体物质的量没有变化的反应，如：H2(g)+I2(g)2HI(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图：容易得出A与C等效，A与D等效。因为C→D平衡不发生移动。对反应前后气体体积不变的反应加压，平衡不移动。结论：对于反应前后气体物质的量不变的反应，无论是恒温恒压还是恒温恒容，只要加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例相同就可建立等效平衡。三、当堂检测1、常温下,将一定量的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(固体体积忽略不计)发生反应：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)△H,达到平衡时测得c(CO2)=amol·L-1。温度不变,达到平衡后压缩容器体积至原来的一半,达到新平衡时测得c(NH3)=xmol·L-1。下列说法正确的是（）A.

混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态B.

达到新平衡时，△H为原来的2倍C.

上述反应达到新平衡状态时x=2aD.

上述反应体系中，压缩容器体积过程中n(H2NCOONH4)不变2、NOx是大气污染物之一，主要来源于工业烟气及汽车尾气等。除去NOx的方法统称为脱硝，一般有干法脱硝[选择性催化剂法(SCR)]、湿法脱硝等。请完成下列问题：(1)汽车发动机工作时会引发反应N2(g)+O2(g)

2NO(g)。2000

K

时，向固定容积的密闭容器中充入等物质的量的N2、O2

发生上述反应，各组分体积分数(ω)的变化如图1所示。N2

的平衡转化率为

。(2)在密闭、固定容积的容器中，一定最NO发生分解的过程中，NO

的转化率随时间变化关系如图2

所示。①反应2NO(g)N2(g)+O2(g)

△H

0

(填“>”或“<”

)。②一定温度下，能够说明反应2NO(g)N2(g)+O2(g)已达到化学平衡的

(填序号)。a.容器内的压强不发生变化

b.混合气体的密度不发生变化c.NO、N2、O2

的浓度保持不变

d.2v(NO)正=v(N2)逆3、二甲醚(CH3OCH3)的十六烷值高，燃烧尾气中污染物少，可代替柴油。在反应器中将CO2混合加氢可合成二甲醚，包括以下两个反应：Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)①已知T℃时，在2L的恒容密闭容器中加入1molCO2和2molH2，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得反应在不同时刻各组分的量如下：物质CO2H2CH3OHH2O起始物质的量/mol12005min时物质的量/mol0.2平衡时物质的量/mol0.4在0~5min内，H2O(g)的平均反应速率v(H2O)=_______________；H2的平衡转化率α(H2)=___________。②某科研小组计算了反应Ⅰ在温度503K～543K间，反应压强分别是3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa的情况下甲醇的平衡产率（甲醇实际产量与理论产量之比），结果如图1所示。则该反应的ΔHI_____（填“>”“<”或“=”，下同）0。a~e曲线分别对应不同的压强条件，则e对应的压强是_________，理由是_____________________。（3）在2L恒容密闭容器中充入3molCO、3molH2，发生反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图2所示。①下列事实能说明该反应一定达到平衡的是_______（填序号）。a．CO2的浓度不再发生变化 b．3v正(CO)=v逆(CO2)c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化 d．CH3OCH3与CO2的物质的量比为1∶1②对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数（记作Kp），则A点平衡常数Kp=________________。四、课堂总结五、家庭作业1、光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途。工业上常利用废气CO2通过反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH>0，制取合成光气的原料气CO。在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1molCO2与足量的碳发生上述反应，在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图1所示：①T℃时，在容器中若充入稀有气体，v正______v逆（填“>”“<”或“=”），平衡______移动（填“正向”“逆向”或“不”，下同）；若充入等体积的CO2和CO，平衡________移动。②CO体积分数为40%时，CO2的转化率为_______。③已知：气体分压(p分)=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数Kp的表达式为__________；800℃时，Kp=______（用含p总的代数式表示）。（3）利用CH4的还原性，通过反应：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH，可消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃时，分别将1.0molCH4和1.0molNO2充入2L的密闭容器中发生反应，测得NO2的转化率α(NO2)在不同温度、压强下随时间变化的关系如图2所示。则上述反应的ΔH_____0（填“>”“<”或“=”，下同）；压强：p1_____p2。2、铁的单质及化合物有着重要的用途，根据所学知识回答下列问题：（1）已知：①3Fe(s)+2O2(g)Fe3O4(s)ΔH1=−1118.4kJ/mol②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH2=−483.8kJ/mol写出铁与气态水反应的热化学方程式：________________