02生命伦理学的基本原则

第3节化学平衡常数

化学反应进行的方向第3节化学平衡常数

化学反应进行的方向考纲要求: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。(变化观念与平衡思想)

2.能正确计算化学反应的转化率(α)。(证据推理与模型认知)考纲要求:1.了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常考点一考点二必备知识·自主预诊

关键能力·考向突破

化学平衡常数及其应用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

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

表示。

(2)表达式:对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),平衡常数K=

。(3)意义及影响因素:①K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度

。

②K只受

影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。

③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。化学平衡

K越大

温度

考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破化学平衡考点一考点二必备知识·自主预诊

关键能力·考向突破

(4)应用:①判断可逆反应进行的程度。②利用化学平衡常数,判断反应是否达到平衡或向哪个方向进行。Q<K,反应向

反应方向进行;

Q=K,反应处于

状态;

Q>K,反应向

反应方向进行。

③利用K可判断反应的热效应:若升高温度,K值增大,则正反应

为

热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为

热反应。

正

平衡

逆

吸

放

考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破(4)应考点一考点二必备知识·自主预诊

关键能力·考向突破

2.平衡转化率可逆反应中某一反应物A的平衡转化率可表示为:α(A)=__________________[c0(A)代表A的初始浓度,c平(A)代表A的平衡浓度]。

考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破2.平衡考点一考点二必备知识·自主预诊

关键能力·考向突破

自主练习1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(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)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度

(

)×××√考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破自主练习考点一考点二必备知识·自主预诊

关键能力·考向突破

2.在一定温度下,1L的密闭容器中发生反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1mol。(1)该反应的平衡常数K=

。

(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应的ΔH

(填“>”或“<”)0。

(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均为0.2mol

②C(s)、H2O为0.2mol,CO、H2为0.1mol,判断该反应进行的方向:①

,②

。

答案解析解析关闭答案解析关闭考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破2.在一考点一考点二必备知识·自主预诊

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考向1

化学平衡常数的理解及表示方法例1(2019河南洛阳高三上学期尖子生联考)工业上消除氮氧化物的污染,可用如下反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=akJ·mol-1在温度T1和T2时,分别将0.50molCH4和1.2molNO2充入体积为1L的密闭容器中,测得n(CH4)随时间变化数据如下表:下列说法不正确的是(

)A.10min内,T1时v(CH4)比T2时小

B.温度:T1<T2C.ΔH:a<0

D.平衡常数:K(T1)<K(T2)答案解析解析关闭根据题意可知,10min内,T1时v(CH4)=0.015mol·L-1·min-1,T2时v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1,T1时v(CH4)比T2时小,A项正确;升高温度,反应速率加快,T2>T1,B项正确;温度升高,平衡时甲烷剩余量增多,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应放热,所以a<0,C项正确;T1时反应进行的更为彻底,因此平衡常数K(T1)>K(T2),D项错误。答案解析关闭D考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考向1考点一考点二必备知识·自主预诊

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归纳总结1.化学平衡常数与具体的化学反应方程式有关,同一类型的化学方程式,化学计量数不同,则K值不同。2.Q与K的表达式相同,但代入的浓度不一定相同。K的表达式中各物质浓度为平衡浓度,而Q表达式中为任意时刻物质的浓度。3.在水溶液中进行的可逆反应,水可视为纯液体,不要写入化学平衡常数表达式中;固体也不能写入化学平衡常数表达式中。4.温度变化与化学平衡常数变化不一定对应。若正反应为吸热反应,升温,K值增大,降温,K值减小;若正反应为放热反应,则相反。考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破归纳总结考点一考点二必备知识·自主预诊

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对点演练(2018陕西西安铁一中学质检)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:下列叙述正确的是(

)A.降低温度,总反应K减小B.K=K1+K2C.适当升温,可提高消毒效率D.压强增大,K2减小答案解析解析关闭答案解析关闭考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破对点演练考点一考点二必备知识·自主预诊

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考向2

化学平衡的有关计算例2(2018课标全国Ⅱ,27节选)CH4-CO2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:CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)==2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H2(g)==CH4(g)

ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)==CO2(g)

ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+O2(g)==CO(g)

ΔH=-111kJ·mol-1(1)该催化重整反应的ΔH=

kJ·mol-1。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(2)某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2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

mol2·L-2。

考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考向2考点一考点二必备知识·自主预诊

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解析

(1)将题给三个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由③×2―①―②可得CH4(g)+CO2(g)==2CO(g)+2H2(g),则该反应的ΔH=(―111

kJ·mol-1)×2―(―75

kJ·mol-1)―(―394

kJ·mol-1)=+247

kJ·mol-1。催化重整反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,升高温度和降低压强均有利于平衡正向移动,从而提高CH4平衡转化率,A项正确。(2)某温度下,在体积为2

L的容器中加入2

mol

CH4、1

mol

CO2及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率为50%,则有考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破解析(考点一考点二必备知识·自主预诊

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CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起始浓度/(mol·L-1)1

0.5

0

0转化浓度/(mol·L-1)0.25

0.25

0.5

0.5平衡浓度/(mol·L-1)0.75

0.25

0.5

0.5则该温度下,平衡常数为考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二必备知识·自主预诊

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归纳总结(1)计算步骤:(2)具体方法:可按下列模式进行计算: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-1、b

mol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx

mol·L-1。考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破归纳总结考点一考点二必备知识·自主预诊

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对点演练(2017课标全国Ⅰ,28节选)近期发现,H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L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α1=

%,反应平衡常数K=

。(2)在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2

α1,该反应的ΔH

(填“>”“<”或“=”)0。(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是

(填标号)。

A.H2S B.CO2

C.COS D.N2

答案

(1)2.5

2.85×10-3

(2)>

>

(3)B考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破对点演练考点一考点二必备知识·自主预诊

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考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二必备知识·自主预诊

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(2)根据题目提供的数据可知温度由610

K升高到620

K时,化学反应达到平衡,水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H2S的转化率增大。a2>a1;根据题意可知:升高温度,化学平衡向正反应方向移动,根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,故ΔH>0。(3)增大H2S的浓度,平衡正向移动,根据勒夏特列原理分析,H2S的转化率应降低,A错误;增大CO2的浓度,平衡正向移动,使更多的H2S反应,所以H2S转化率增大,B正确;COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率降低,C错误;N2是与反应体系无关的气体,充入N2,不能使化学平衡发生移动,所以对H2S的转化率无影响,D错误。考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破(2)根考点一考点二必备知识·自主预诊

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化学反应进行的方向1.自发过程(1)定义:在一定条件下,不需要借助

、

等外力作用就能自动进行的过程。

(2)特点:①体系趋向于从

能量状态转变为

能量状态(体系对外部

或

能量);②在密闭条件下,体系有从

序转变为

序的倾向性(无序体系更加稳定)。

2.熵、熵变(1)熵是量度体系

程度的物理量,符号为

。

(2)影响熵大小的因素①相同条件下,物质不同熵不同。②同一物质的熵:气态(g)

液态(l)

固态(s)。

(3)熵变=

的总熵-

的总熵,符号为

。光

电

高

低

做功

放出

有

无

混乱

S>>反应产物

反应物

ΔS考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破化学反应考点一考点二必备知识·自主预诊

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3.化学反应方向的判据

降低

<增加

熵增

>不能自发进行

达到平衡状态

能自发进行

考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破3.化学考点一考点二必备知识·自主预诊

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自主练习1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素

(

)(2)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行

(

)(3)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应

(

)(4)2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0(

)(5)反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0(

)(6)CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0(

)××√×√×考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破自主练习考点一考点二必备知识·自主预诊

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2.下列说法正确的是(

)A.所有能自发进行的化学反应都是放热反应B.同一物质固、液、气三种状态的熵值相同C.ΔH<0、ΔS>0的反应可自发进行D.在其他条件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应进行的方向答案解析解析关闭ΔH>0、ΔS>0,在高温下可满足ΔG=ΔH-TΔS<0,对应反应可自发进行,A项正确;ΔH>0,ΔS>0,能够满足ΔG=ΔH-TΔS<0,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向,B项正确;反应能否自发进行,取决于焓变和熵变的综合判据,不能用焓变或熵变单独作为反应自发性的判据,C项错误;使用催化剂,能改变反应的活化能,改变反应速率,故D项正确。答案解析关闭C考点一考点二必备知识·自主预诊关键能力·考向突破2.下列必备知识·自主预诊

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考点一考点二考向

化学反应进行的方向的判据例(2019云南玉溪元江一中高三月考)下列说法正确的是(

)A.能自发进行的反应一定能迅速发生B.反应NH4HCO3(s)==NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔH=+185.57kJ·mol-1能自发进行,是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向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判断反应能否自发进行的判据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方向答案解析解析关闭反应进行的自发趋势与反应速率无关,能自发进行的反应速率不一定快,A项错误;ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,由ΔH>0、ΔS>0,能自发进行,是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向,B项正确;焓变或熵变单独作为判断反应方向的判据不全面,应使用ΔH-TΔS<0判断反应自发进行,C项错误;催化剂对平衡移动无影响,即催化剂不能改变化学反应进行的方向,D项错误。答案解析关闭B必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二考向化必备知识·自主预诊

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考点一考点二易错警示①反应能否自发进行,需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。②复合判据ΔH-TΔS<0的反应不一定能够实际发生。③自发反应的熵不一定增大,非自发反应的熵也不一定减小。必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二易错警示必备知识·自主预诊

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考点一考点二归纳总结焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二归纳总结必备知识·自主预诊

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考点一考点二对点演练下列说法中,正确的是(

)A.反应产物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH<0B.已知反应H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡常数为K,则2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2KC.ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,不能改变化学反应进行的方向答案解析解析关闭答案解析关闭必备知识·自主预诊关键能力·考向突破考点一考点二对点演练2341234112341.(2018安徽铜陵一中期中)对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是(

)A.若ΔH<0、ΔS>0,任何温度下都能自发进行B.若ΔH>0、ΔS<0,任何温度下都不能自发进行C.需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程D.非自发过程在一定条件下可能变成自发过程答案解析解析关闭若ΔH<0、ΔS>0,则有ΔH-TΔS<0,故反应在任何温度下都能自发进行,A项正确;若ΔH>0、ΔS<0,则有ΔH-TΔS>0,故反应在任何温度下都不能自发进行,B项正确;化学反应能否自发进行与是否需要加热无关,有些自发反应需要加热来引发反应,C项错误;有些非自发反应,改变反应条件可变成自发反应,如CaCO3在常温下是非自发反应,但高温下是自发反应,D项正确。答案解析关闭C12341.(2018安徽铜陵一中期中)对于化学反应能否自发12342.(2017天津理综,6)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K=2×10-5。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℃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)4]=4v生成(CO)答案解析解析关闭答案解析关闭12342.(2017天津理综,6)常压下羰基化法精炼镍的原12343.某温度下某气体反应达到化学平衡,平衡常数,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增加,下列说法正确的是(

)A.增大c(A)、c(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)答案解析解析关闭平衡常数K只随温度的变化而变化,与浓度变化无关,A项错误;降低温度,正、逆反应速率均减小,B项错误;降温时,F的浓度增大,说明平衡逆向移动,正反应是吸热反应,则焓变为正值,C项错误;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中物质前的化学计量数,D项正确。答案解析关闭D12343.某温度下某气体反应达到化学平衡,平衡常数12344.(2018课标全国Ⅱ,27节选)CH4-CO2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。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:12344.(2018课标全国Ⅱ,27节选)CH4-CO2催1234(1)由上表判断,催化剂X

(填“优于”或