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2022高三化学一轮复习优化探究 第七章 第23讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课件PPT
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这是一份2022高三化学一轮复习优化探究 第七章 第23讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了浓度幂之积，化学平衡，体系混乱度，答案I2，答案1大于，答案2C等内容，欢迎下载使用。
考点 1 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____________与反应物____________的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数，用符号K表示。
(3)判断可逆反应的热效应
解析：固态浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强平衡逆向移动，B项错误；升温该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，容器体积增大，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。
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 ml CO2、1.2 ml H2、0.75 ml CO、1.5 ml H2O，则此时反应所处的状态为________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
答案：(1)正反应 (2)850 ℃ 向正反应方向进行中
考点 2 化学平衡常数、转化率的计算
2．明确三个量的关系(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。(2)关系①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
模型构建：计算压强平衡常数的思维模型在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
解析：设分解的N2O3物质的量为x，反应过程中共生成N2O3(x＋3.4)ml，在①反应中N2O5分解了(x＋3.4)ml，同时生成O2(x＋3.4)ml。在②反应中生成氧气x ml。则(x＋3.4)＋x＝9，求得x＝2.8。所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为c(N2O5)＝(8－2.8－3.4)÷2＝0.9 (ml·L－1)，
答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
答案：(1)25% (2)0.5p 不 Qp＝Kp
借助题链，破解平衡常数的命题角度
列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
[答案] 0.07 MPa－1
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为____________。(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正·x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。
(2)问题的要点是：平衡状态下，v正＝v逆，故有：k正·x2(HI)＝k逆·x(H2)·x(I2)，变形：k正/k逆＝x(H2)·x(I2)/x2(HI)＝K，故有：k逆＝k正/K。
(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：_______________________________________________________________________________________________________________________。(2)由图A点数据，计算该转化反应的平衡常数为____________。
考点 3 化学反应进行的方向1．自发反应在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵、熵变(1)熵的概念：衡量___________的物理量，其符号为___。(2)熵的特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就______。(3)熵的影响因素：①相同条件下，物质不同，熵不同；②同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。(4)熵变：即熵的变化，符号为ΔS。
(5)正负判断依据：①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS____0，是熵______的过程；②气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS____0，是熵______的反应；③气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS____0，是熵______的反应。
3．判断化学反应方向的判据ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0时，反应____自发进行；ΔG＝0时，反应达到______状态；ΔG>0时，反应______自发进行。
归纳整合：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
1．下列内容与结论不对应的是( )
2．(2021·哈尔滨模拟)下列说法中不正确的是( )A．反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH＞0B．反应3C(s)＋CaO(s)===CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0C．反应BaSO4(s)＋4C(s)===BaS(s)＋4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0D．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)在常温下能够自发进行，则该反应的ΔH＜0
3．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2.180 9 kJ·ml－1，ΔS＝－6.6 J·ml－1·K－1，当ΔH－TΔS<0时能自发反应)( )A．会变 B．不会变C．不能确定D．升高温度才会变
解析：(1)2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应。根据ΔG＝ΔH－TΔS＞0，该设想不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行，说明ΔH＜0。答案：(1)该设想不能实现，因为该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)＜
答案：两个反应均为放热量大的反应 ①
化学反应原理在物质制备中的调控作用一、控制反应条件的目的1．促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。2．抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
二、控制反应条件的基本措施1．控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。2．提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
3．从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
答案：< 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已经较高，再增大压强，CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 ml CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 ml CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。
(3)图1表示500 ℃，60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
答案：(3)14.5% (4)
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：________________________________________________________________。
解析：(5)通过热交换器(步骤Ⅳ)，加热进入合成塔的原料气，同时冷却从合成塔出来的平衡混合气。提高原料总转化率的方法有：①对N2、H2加压；②将产物NH3液化分离，减小生成物浓度；③将未反应的N2、H2循环使用。答案：(5)Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用
3.掌握平衡常数K的应用(1)判断反应进行的程度。(2)判断反应进行的方向。(3)判断反应的热效应。(4)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。4.判断化学反应方向的判据：ΔG＝ΔH－TΔS(1)ΔG＜0时，反应能自发进行。(2)ΔG＝0时，反应达平衡状态。(3)ΔG＞0时，反应不能自发进行。
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________，判断的依据是________。影响α的因素有________。
答案：(1)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(2)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________，平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降，原因是________________________。
答案：(3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。ttm后，k增大对v的提高小于α引起的降低
2．(2020·高考全国卷Ⅱ节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
答案：(2)①1－α ②AD
3．(2019·高考全国卷Ⅰ节选)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴C(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。A．＜0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．＞0.50
解析：(1)根据盖斯定律可得，反应①＋②可得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3 kJ•ml－1 －11.0 kJ·ml－1＝89.3 kJ·ml－1。答案：(1)89.3
考点 1 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____________与反应物____________的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数，用符号K表示。
(3)判断可逆反应的热效应
解析：固态浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强平衡逆向移动，B项错误；升温该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，容器体积增大，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。
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 ml CO2、1.2 ml H2、0.75 ml CO、1.5 ml H2O，则此时反应所处的状态为________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
答案：(1)正反应 (2)850 ℃ 向正反应方向进行中
考点 2 化学平衡常数、转化率的计算
2．明确三个量的关系(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。(2)关系①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
模型构建：计算压强平衡常数的思维模型在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
解析：设分解的N2O3物质的量为x，反应过程中共生成N2O3(x＋3.4)ml，在①反应中N2O5分解了(x＋3.4)ml，同时生成O2(x＋3.4)ml。在②反应中生成氧气x ml。则(x＋3.4)＋x＝9，求得x＝2.8。所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为c(N2O5)＝(8－2.8－3.4)÷2＝0.9 (ml·L－1)，
答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
答案：(1)25% (2)0.5p 不 Qp＝Kp
借助题链，破解平衡常数的命题角度
列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
[答案] 0.07 MPa－1
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为____________。(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正·x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。
(2)问题的要点是：平衡状态下，v正＝v逆，故有：k正·x2(HI)＝k逆·x(H2)·x(I2)，变形：k正/k逆＝x(H2)·x(I2)/x2(HI)＝K，故有：k逆＝k正/K。
(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：_______________________________________________________________________________________________________________________。(2)由图A点数据，计算该转化反应的平衡常数为____________。
考点 3 化学反应进行的方向1．自发反应在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵、熵变(1)熵的概念：衡量___________的物理量，其符号为___。(2)熵的特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就______。(3)熵的影响因素：①相同条件下，物质不同，熵不同；②同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。(4)熵变：即熵的变化，符号为ΔS。
(5)正负判断依据：①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS____0，是熵______的过程；②气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS____0，是熵______的反应；③气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS____0，是熵______的反应。
3．判断化学反应方向的判据ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0时，反应____自发进行；ΔG＝0时，反应达到______状态；ΔG>0时，反应______自发进行。
归纳整合：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
1．下列内容与结论不对应的是( )
2．(2021·哈尔滨模拟)下列说法中不正确的是( )A．反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH＞0B．反应3C(s)＋CaO(s)===CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0C．反应BaSO4(s)＋4C(s)===BaS(s)＋4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0D．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)在常温下能够自发进行，则该反应的ΔH＜0
3．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2.180 9 kJ·ml－1，ΔS＝－6.6 J·ml－1·K－1，当ΔH－TΔS<0时能自发反应)( )A．会变 B．不会变C．不能确定D．升高温度才会变
解析：(1)2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应。根据ΔG＝ΔH－TΔS＞0，该设想不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行，说明ΔH＜0。答案：(1)该设想不能实现，因为该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)＜
答案：两个反应均为放热量大的反应 ①
化学反应原理在物质制备中的调控作用一、控制反应条件的目的1．促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。2．抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
二、控制反应条件的基本措施1．控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。2．提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
3．从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
答案：< 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已经较高，再增大压强，CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 ml CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 ml CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。
(3)图1表示500 ℃，60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
答案：(3)14.5% (4)
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：________________________________________________________________。
解析：(5)通过热交换器(步骤Ⅳ)，加热进入合成塔的原料气，同时冷却从合成塔出来的平衡混合气。提高原料总转化率的方法有：①对N2、H2加压；②将产物NH3液化分离，减小生成物浓度；③将未反应的N2、H2循环使用。答案：(5)Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用
3.掌握平衡常数K的应用(1)判断反应进行的程度。(2)判断反应进行的方向。(3)判断反应的热效应。(4)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。4.判断化学反应方向的判据：ΔG＝ΔH－TΔS(1)ΔG＜0时，反应能自发进行。(2)ΔG＝0时，反应达平衡状态。(3)ΔG＞0时，反应不能自发进行。
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________，判断的依据是________。影响α的因素有________。
答案：(1)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(2)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________，平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t
答案：(3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t
2．(2020·高考全国卷Ⅱ节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
答案：(2)①1－α ②AD
3．(2019·高考全国卷Ⅰ节选)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴C(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。②在同一温度下用CO还原CO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CO(s)为C(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。A．＜0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．＞0.50
解析：(1)根据盖斯定律可得，反应①＋②可得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3 kJ•ml－1 －11.0 kJ·ml－1＝89.3 kJ·ml－1。答案：(1)89.3
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