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高考化学专题复习 专题七 化学反应速率和化学平衡 第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向学案
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这是一份高考化学专题复习 专题七 化学反应速率和化学平衡 第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向学案，文件包含第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向pptx、第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向docx等2份学案配套教学资源，其中学案共26页， 欢迎下载使用。
第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
一、化学平衡常数的含义和应用
1.化学平衡常数(1)含义在一定 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,简称 平衡常数 ,用符号 K 表示。
(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式:K= 。
[注意] a.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。b.平衡常数表达式中物质的浓度均为平衡状态时的浓度。(3)意义K值越大,说明正反应能够进行的程度 越大 ,反应物的转化率 越大 ;反 之,K值越小,转化得越 不完全 ,转化率就 越小 。(当K>105时,该反应基 本进行完全)(4)影响因素K只受 温度 的影响,与反应物或生成物的 浓度 无关。
2.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:
(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)计算转化率:利用温度不变时,平衡常数不变列方程求解。
二、化学平衡常数与转化率的计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意 条理清楚地列出起始量、变化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注 意单位的统一。
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各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。
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。一般来说,转化 率越大,原料利用率越高,产率越大。产率= ×100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量= ×100%。 (4)某组分的体积分数= ×100%。
(4)平衡后与初始时压强之比: = 。(5)平均摩尔质量: = g·mol-1。
三、化学反应进行的方向
2.化学反应方向的判据
✕
✕
✕
√
✕
✕
✕
√
✕
√
D
考点一 化学平衡常数的含义和应用
题组一 平衡常数表达式的书写
A
D
题组二 影响化学平衡常数的因素
D
解析 增大H2的浓度,反应正向进行,可提高CO2转化率,K不变,A项错误;ΔH< 0,升温,反应速率加快,K减小,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均加快,C项 错误;催化剂对化学平衡无影响,可以加快反应速率,K不变,D项正确。
4.(2020重庆模拟)将粗硅转化成三氯硅烷(SiHCl3),进一步反应也可以制得粗 硅。其反应为SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g),不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
B
解析 当反应物投料比一定时,随着温度升高(T1>T2>T3),SiHCl3的平衡转化率 增大,说明正反应是吸热反应,A项错误;增大氢气的浓度可提高SiHCl3的平衡 转化率,B项正确;因正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,反应的平衡 常数增大,C项错误;增大压强,平衡逆向移动,SiHCl3的平衡转化率降低,D项错 误。
题组三 化学平衡常数的应用
(1)该反应的ΔH < (填“>”“=”或“<”)0。(2)500 ℃时,若CO和H2O的起始浓度均为0.060 mol·L-1,则在该条件下,CO的平 衡转化率为 75% 。
(3)在1 000 ℃时,平衡常数K=0.5,当CO、H2O(g)、CO2、H2的物质的量浓度相 等时,该反应 逆向进行 (填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进 行”)。
解析 (1)由题给表格中数据可知,温度越高,平衡常数K越小,说明温度升高, 反应逆向进行,正反应为放热反应,ΔH<0。(2)500 ℃时,K=9。假设平衡时,CO的转化浓度为x mol·L-1,列出“三段式”:
6.(2020湖北黄冈模拟)二氧化氮可由NO和O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH,n(NO)、n(O2)随时间的变化如表所示:
已知:K800 ℃>K1 000 ℃,则该反应的ΔH 小于 (填“大于”或“小于”)0,用O2表 示0~2 s内该反应的平均速率为 0.015 mol·L-1·s-1 。
1.(2020江西吉安模拟)某温度下在2 L密闭容器中加入一定量A,发生以下化学反应:2A(g) B(g)+C(g) ΔH=-48.25 kJ·mol-1,反应过程中B、A的浓度比与时间t有如图所示关系,若测得第15 min时c(B)=1.6 mol·L-1,下列结论正确的是( )
题组一 有关浓度平衡常数的计算
考点二 化学平衡常数的相关计算
A.该温度下此反应的平衡常数为3.2B.A的初始物质的量为8 molC.反应到达平衡时,放出的热量是193 kJD.反应达平衡时,A的转化率为40%
B
题组二 有关压强平衡常数的计算
解析 (1)因正反应为气体物质的量增大的吸热反应,故采取升温、减压措施 均可使反应正向移动,提高反应物的转化率。(2)在同体积的容器中,压强之比等于气体的物质的量之比,则有p(A)=p-p0,故
3.工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入2 L恒容密闭容器中, 发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表:
(1)用H2表示前2 h内的平均反应速率v(H2)= 0.225 mol·L-1·h-1 。(2)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一恒压密闭容器 中发生反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
4.汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。实验发 现,NO易发生反应2NO(g) N2O2(g)并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入一定量的NO进行反应,测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如 图所示。
在温度T2下,达到平衡时体系的总压强为200 kPa,X点N2O2的物质的量分数为 78.6% ,X点对应的平衡常数Kp= 0.086 (用分压表示);提高NO平衡转 化率的条件为 降低温度、增大压强 (任答两点)。
考点三 化学反应进行的方向
解析 A项是熵减的放热反应;C项是熵减的放热反应;D项是放热反应。
B
2.(2020安徽铜陵模拟)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,则任何温度下都能自发进行B.若ΔH>0、ΔS<0,则任何温度下都不能自发进行C.需要加热才能够进行的反应肯定不是自发反应D.非自发反应在一定条件下可能变成自发反应
解析 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。
C
1.(2020课标Ⅰ,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生 产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:(3)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 p ,平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
3.(2020课标Ⅲ,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题:(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp= × 或 × 等 (MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质 的量分数)。
4.(2020山东,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高 CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3回答下列问题:(2)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发 生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol, CO为b mol,此时H2O(g)的
浓度为 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常 数为 。
解析 (2)结合题意,假设反应Ⅱ中,CO反应了x mol,则反应Ⅱ生成的CH3OH 为x mol,反应Ⅰ生成的CH3OH为(a-x) mol,反应Ⅲ生成的CO为(b+x) mol,则反应Ⅰ: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)变化(mol·L-1): 反应Ⅱ: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)变化(mol·L-1):
反应Ⅲ:
第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
一、化学平衡常数的含义和应用
1.化学平衡常数(1)含义在一定 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,简称 平衡常数 ,用符号 K 表示。
(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式:K= 。
[注意] a.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。b.平衡常数表达式中物质的浓度均为平衡状态时的浓度。(3)意义K值越大,说明正反应能够进行的程度 越大 ,反应物的转化率 越大 ;反 之,K值越小,转化得越 不完全 ,转化率就 越小 。(当K>105时,该反应基 本进行完全)(4)影响因素K只受 温度 的影响,与反应物或生成物的 浓度 无关。
2.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:
(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)计算转化率:利用温度不变时,平衡常数不变列方程求解。
二、化学平衡常数与转化率的计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意 条理清楚地列出起始量、变化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注 意单位的统一。
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各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。
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。一般来说,转化 率越大,原料利用率越高,产率越大。产率= ×100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量= ×100%。 (4)某组分的体积分数= ×100%。
(4)平衡后与初始时压强之比: = 。(5)平均摩尔质量: = g·mol-1。
三、化学反应进行的方向
2.化学反应方向的判据
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考点一 化学平衡常数的含义和应用
题组一 平衡常数表达式的书写
A
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题组二 影响化学平衡常数的因素
D
解析 增大H2的浓度,反应正向进行,可提高CO2转化率,K不变,A项错误;ΔH< 0,升温,反应速率加快,K减小,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均加快,C项 错误;催化剂对化学平衡无影响,可以加快反应速率,K不变,D项正确。
4.(2020重庆模拟)将粗硅转化成三氯硅烷(SiHCl3),进一步反应也可以制得粗 硅。其反应为SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g),不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
B
解析 当反应物投料比一定时,随着温度升高(T1>T2>T3),SiHCl3的平衡转化率 增大,说明正反应是吸热反应,A项错误;增大氢气的浓度可提高SiHCl3的平衡 转化率,B项正确;因正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,反应的平衡 常数增大,C项错误;增大压强,平衡逆向移动,SiHCl3的平衡转化率降低,D项错 误。
题组三 化学平衡常数的应用
(1)该反应的ΔH < (填“>”“=”或“<”)0。(2)500 ℃时,若CO和H2O的起始浓度均为0.060 mol·L-1,则在该条件下,CO的平 衡转化率为 75% 。
(3)在1 000 ℃时,平衡常数K=0.5,当CO、H2O(g)、CO2、H2的物质的量浓度相 等时,该反应 逆向进行 (填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进 行”)。
解析 (1)由题给表格中数据可知,温度越高,平衡常数K越小,说明温度升高, 反应逆向进行,正反应为放热反应,ΔH<0。(2)500 ℃时,K=9。假设平衡时,CO的转化浓度为x mol·L-1,列出“三段式”:
6.(2020湖北黄冈模拟)二氧化氮可由NO和O2生成,已知在2 L密闭容器内,800 ℃时反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH,n(NO)、n(O2)随时间的变化如表所示:
已知:K800 ℃>K1 000 ℃,则该反应的ΔH 小于 (填“大于”或“小于”)0,用O2表 示0~2 s内该反应的平均速率为 0.015 mol·L-1·s-1 。
1.(2020江西吉安模拟)某温度下在2 L密闭容器中加入一定量A,发生以下化学反应:2A(g) B(g)+C(g) ΔH=-48.25 kJ·mol-1,反应过程中B、A的浓度比与时间t有如图所示关系,若测得第15 min时c(B)=1.6 mol·L-1,下列结论正确的是( )
题组一 有关浓度平衡常数的计算
考点二 化学平衡常数的相关计算
A.该温度下此反应的平衡常数为3.2B.A的初始物质的量为8 molC.反应到达平衡时,放出的热量是193 kJD.反应达平衡时,A的转化率为40%
B
题组二 有关压强平衡常数的计算
解析 (1)因正反应为气体物质的量增大的吸热反应,故采取升温、减压措施 均可使反应正向移动,提高反应物的转化率。(2)在同体积的容器中,压强之比等于气体的物质的量之比,则有p(A)=p-p0,故
3.工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1 mol CO2和3 mol H2充入2 L恒容密闭容器中, 发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表:
(1)用H2表示前2 h内的平均反应速率v(H2)= 0.225 mol·L-1·h-1 。(2)在300 ℃、8 MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一恒压密闭容器 中发生反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
4.汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。实验发 现,NO易发生反应2NO(g) N2O2(g)并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入一定量的NO进行反应,测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如 图所示。
在温度T2下,达到平衡时体系的总压强为200 kPa,X点N2O2的物质的量分数为 78.6% ,X点对应的平衡常数Kp= 0.086 (用分压表示);提高NO平衡转 化率的条件为 降低温度、增大压强 (任答两点)。
考点三 化学反应进行的方向
解析 A项是熵减的放热反应;C项是熵减的放热反应;D项是放热反应。
B
2.(2020安徽铜陵模拟)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,则任何温度下都能自发进行B.若ΔH>0、ΔS<0,则任何温度下都不能自发进行C.需要加热才能够进行的反应肯定不是自发反应D.非自发反应在一定条件下可能变成自发反应
解析 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。
C
1.(2020课标Ⅰ,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生 产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:(3)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 p ,平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
3.(2020课标Ⅲ,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题:(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
(3)根据图中点A(440 K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp= × 或 × 等 (MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质 的量分数)。
4.(2020山东,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高 CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3回答下列问题:(2)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发 生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol, CO为b mol,此时H2O(g)的
浓度为 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常 数为 。
解析 (2)结合题意,假设反应Ⅱ中,CO反应了x mol,则反应Ⅱ生成的CH3OH 为x mol,反应Ⅰ生成的CH3OH为(a-x) mol,反应Ⅲ生成的CO为(b+x) mol,则反应Ⅰ: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)变化(mol·L-1): 反应Ⅱ: CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)变化(mol·L-1):
反应Ⅲ:
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