2022届高考化学一轮复习讲义学案第7章 课题25　化学平衡常数　化学反应进行的方向

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课题25　化学平衡常数　化学反应进行的方向

学习任务1　化学平衡常数及相关计算

一、化学平衡常数
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，称为化学平衡常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝。固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中。例如：
(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝。
(2)Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝。

在利用多个方程式求算K时，要注意K与焓变(ΔH)的区别：方程式相加减，焓变相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数x，焓变也需乘以该系数，平衡常数变为原来的x次方。
例如：写出下列反应的平衡常数的表达式，并归纳K1、K2与K3，K4、K5与K6之间的关系。
①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　K1　ΔH1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K2　ΔH2
③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　K3　ΔH3
④N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K4　ΔH4
⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K5　ΔH5
⑥NH3(g)N2(g)＋H2(g)　K6　ΔH6)
分析：反应①②③的平衡常数表达式分别为K1＝、K2＝、K3＝；反应③＝反应①＋反应②，则K3＝K1·K2(注意：焓变ΔH3＝ΔH1＋ΔH2)。反应④⑤⑥的平衡常数表达式分别为K4＝、K5＝、K6＝，则K5与K4、K6之间的关系为K5＝＝K(注意：焓变ΔH5＝－ΔH4＝2ΔH6)。
3．意义及影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大(当K>105时，该反应进行基本完全)。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数指的是某一具体反应的平衡常数。
4．应用
(1)判断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
平衡时反成物浓度
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)判断反应是否达到平衡或平衡移动的方向。
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Qc＝。
QcK，反应向逆反应方向进行。
(3)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。
(4)计算平衡体系中的相关量。
根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。
二、有关化学平衡常数的计算
1．一个模式——“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－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。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
c始/(mol·L－1) a b 0 0
c变/(mol·L－1) mx nx px qx
c平/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
则K＝。
2．明确三个量的关系
(1)三个量：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各物质的变化量之比等于化学计量数之比。
3．掌握四个公式
(1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
产率＝×100%。
(3)平衡时混合物中各组分的百分含量＝×100%。
(4)某组分的体积分数＝×100%。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(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)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化。(　　)
(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(　　)
(6)化学平衡常数只受温度的影响，升高温度，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热。(　　)
(7)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数的表达式及数值也不同。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√　(7)√
2．(教材改编题)已知反应A(g)＋3B(g)3C(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为________________。若各物质的平衡浓度分别为c(A)＝2.0 mol·L－1、c(B)＝2.0 mol·L－1、c(C)＝1.0 mol·L－1，则K＝________。
答案：K＝　0.062 5
3．(易错题)将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s) NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时：c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为________。
答案：20

第3题是一道比较经典的易错题，极易错填成25。原因是将①式生成的c(HI)＝5 mol·L－1代入公式中进行求算，而未代入平衡时HI的浓度(4 mol·L－1)。计算平衡常数时，应严格按照平衡常数的定义进行求算，代入的一定是物质的平衡浓度。
4．按要求回答下列问题：
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，在相同体积的甲、乙两密闭容器中，恒温条件下，甲容器中充入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中充入2 mol NH3，达到平衡时：
(1)甲容器中N2的转化率________(填“等于”“大于”或“小于”)H2的转化率。
(2)甲容器中N2的转化率与乙容器中NH3的分解率之和为________。
(3)甲容器中释放的热量与乙容器中吸收的热量之和为________。
答案：(1)等于　(2)1　(3)92 kJ


化学平衡常数及其影响因素
变化观念与平衡思想
1．(2020·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：
反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；
反应②　[O]＋O32O2　ΔHS(s)。
3．熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
三、化学反应进行的方向
1．判据

2．一般规律
(1)ΔH0的反应任何温度下都能自发进行。
(2)ΔH>0，ΔS0。(　　)
(4)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。(　　)
(5)－10 ℃的水结冰，可用熵变的判据来解释其自发性。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×

(1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。
(2)化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。


化学反应进行的方向
证据推理与模型认知
1．(双选)(2020·聊城高三模拟)下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是(　　)
A．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应
B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石，是自发的化学反应
C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程
D．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在低温下能自发进行，说明该反应的ΔH0，该反应是非自发进行的化学反应，错误；C项，焓判据和熵判据组合而成的复合判据ΔG＝ΔH－TΔS，若ΔG0，反应不能自发进行，正确；D项，反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在低温下能自发进行，ΔG＝ΔH－TΔS0，该反应不能自发进行
C．SO2(g)＋2H2S(g)===3S(s)＋2H2O(l)　ΔH0，ΔS>0，反应在高温下自发进行，不正确；C中是一个ΔH0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K＝
D．25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689
解析：选B。选项A，温度升高，平衡常数减小，因此该反应是放热反应，ΔHp3>p2>p1，B项正确；1 100 ℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，即该温度下的平衡常数K＝≈1.64，C项正确；压强为p4时，Y点反应未达到平衡状态，需增大CH4的转化率才能达到平衡，此时v正>v逆，D项错误。
9. (2020·烟台自主练习)已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2，其能量变化随反应过程如图所示。

①2NO(g)N2O2(g)　ΔH1，平衡常数K1
②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH2，平衡常数K2
下列说法中不正确的是(　　)
A．ΔH1