2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第20讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向

这是一份2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第20讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向，共60页。PPT课件主要包含了高考备考导航，考点三等效平衡，核心知识梳理，化学平衡，浓度幂之积，反应物本身，催化剂，基础小题自测，×××，√√√×等内容，欢迎下载使用。
第20讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向
考试要求：1.了解化学平衡常数的含义，能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。2.能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。4.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
名师点拨：本讲内容是高考的重点与热点，在高考中的考点主要有两个：一是化学平衡常数的计算及利用化学平衡常数进行化学平衡移动方向的判断和反应是放热还是吸热等；二是焓变、熵变与化学反应方向的关系。化学平衡常数及转化率的理解和应用是压轴题，特别是涉及二者的计算更是重点和难点，通常结合图像加以分析，并联系生产、生活实际考查学生知识运用能力，特别是用平衡分压等代替平衡浓度来表示平衡常数的题目更应加以关注。
考点一　化学平衡常数的含义及其应用
考点二　化学反应进行的方向
1．化学平衡常数(1)含义在一定________下，当一个可逆反应达到____________时，生成物______________与反应物______________的比值是一个常数，简称平衡常数，用符号______表示。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(3)意义①K值越大，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。当K＞______时，可以认为反应进行得较完全。②K值越小，正反应进行的程度________，反应物的转化率________。当K＜______时，认为反应很难进行。(4)影响因素①内因：______________的性质。②外因：只受________影响，与________、________、__________等外界因素无关。即在一定温度下，平衡常数保持不变。
(5)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
2．平衡转化率转化率是指平衡时转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。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]。
(3)注意事项：①注意反应物和生成物的浓度关系。反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。
(4)化学平衡常数计算“四要求”有关K的计算要明确题目要求，一般有四种情况：①写出K的表达式——只要求写出化学平衡常数的表达式。②写出K的计算式——只要求写出K的计算式而不要求计算结果。③列式计算K——写出K的计算式(计算过程)并求出最后计算结果。④求K的数值——只要直接给出K的计算结果即可。另外，还要注意看计算时是否要求带单位，若无特别要求，一般不用带单位。
使用化学平衡常数应注意的问题(1)化学平衡常数K值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的程度。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不计入平衡常数表达式中。如H2O(l)的浓度，固体物质的浓度均不写，但水蒸气浓度要写。(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变，正、逆反应的平衡常数互为倒数；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
[提示]　增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，但K不变化，因为K只受温度的影响，温度不变，K不变。
(6)可根据K随温度的变化情况判断反应的热效应。(　　)(7)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数表达式及数值也不同。(　　)(8)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动。(　　)(9)化学平衡发生移动，平衡常数一定发生变化。(　　)[提示]　不一定，平衡常数只与温度有关。
[提示]　反应前后气体分子数不等，平衡前容器内压强逐渐变小。(16)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。(　　)[提示]　对于正反应吸热的反应，升高温度平衡正向移动，K增大；对于正反应放热的反应，升高温度平衡逆向移动，K变小。
(17)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。(　　)[提示]　化学反应达平衡时，各反应物的转化率达最大。化学平衡常数本身就是化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。
微考点1　平衡常数的概念辨析
下列说法不正确的是(　　)A．10 min内，T1时v(CH4)比T2时小B．温度：T1＜T2C．ΔH：a＜0D．平衡常数：K(T1)＜K(T2)
[解析]　根据题意可知，10 min内，T1时v(CH4)＝0.015 ml·L－1·min－1，T2时v(CH4)＝0.02 ml·L－1·min－1，T1时v(CH4)比T2时小，A项正确；升高温度，反应速率增大，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时正反应进行的程度大，因此平衡常数K(T1)＞K(T2)，D项错误。
(2)(2020·山东等级考模拟二，10)反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如下表所示。
下列说法正确的是(　　)A.使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡC．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡD．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
[解析]　使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大反应Ⅰ的速率，进而增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的K值均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体体积增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ，故C错误；氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，促进反应Ⅲ正向进行，故D错误。
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
下列说法不正确的是(　　)A．反应在0～50 s的平均反应速率v(C)＝1.6×10－3 ml·L－1·s－1B．该温度下，反应的平衡常数K＝0.025 ml·L－1C．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(B)＝0.09 ml·L－1，则该反应的ΔH＜0D．反应达平衡后，再向容器中充入1 ml A，该温度下再达到平衡时，A的转化率不变
微考点2　化学平衡常数的应用
下列说法不正确的是(　　)A．该反应的ΔH＞0B．A点对应状态的平衡常数K(A)＝10－2.294C．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态D．30 ℃时，B点对应状态的v(正)＜v(逆)
[解析]　－lg K越大，平衡常数K越小，根据图像得随温度升高，平衡常数增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，A正确；A点对应的－lg K＝－2.294，平衡常数K(A)＝10－2.294，B正确；该反应的反应物是固体，反应体系中的气体NH3、CO2的体积分数不变，NH3的体积分数不变时不一定达到平衡，C错误；30 ℃时，B点的Qc大于平衡常数K，反应向逆反应方向进行，则B点对应状态的v(正)＜v(逆)，D正确。
(2)(2021·经典习题选萃)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝_____________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是_______________________ ___________________。②在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是__________________________________(写出2种)。
O2和Cl2分离能耗较高、　
增加反应体系压强、及时除去产物　
[解析]　①分析任意一条平衡曲线可知，在进料浓度比固定的条件下，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，说明正反应为放热反应，由于K只与温度有关，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。根据进料浓度比及HCl的平衡转化率间的关系可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的曲线为最上面的那条曲线，由该曲线可知：温度为400 ℃时HCl的平衡转化率为84%。
以下说法正确的是(　　)A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2D．以上说法都不正确
[解析]　化学平衡常数是指生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积的数值，故A错；根据方程式的书写反写，平衡常数是原来的倒数，故B错；根据化学平衡常数K值越大，化学反应进行的程度越大，故C正确；因C项正确，故D错误。
如图，能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为______(填曲线标记字母)，其判断理由是___________________________________ _________________________________________。
反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求　
萃取精华：书写化学平衡常数表达式时的注意事项对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同
对于给定的同一化学反应，其正、逆反应的平衡常数互为倒数
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)熵是描述体系________程度的物理量，符号为______。熵值越大，体系混乱度________。(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：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。(4)常见的熵增过程①同一种物质的不同状态：S(g)______S(l)______S(s)。②反应后气体物质的量增加的反应。
3．化学反应方向的判据
[微点拨]　(1)某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。(2)对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。
(4)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。(　　)(5)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素。(　　)(6)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。(　　)(7)8NH3(g)＋6NO2(g)===7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH＜0，则该反应一定能自发进行。(　　)
(12)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。(　　)(13)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH＞0。(　　)(14)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0。(　　)(15)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0。(　　)[提示]　CaCO3(s)分解为吸热反应，ΔH＞0。
(16)需要加热的反应，一定不能自发进行。(　　)(17)由能量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。(　　)
2．深度思考：(1)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
(3)能自发进行的反应一定能实际发生吗？[提示]　(2)A项，该反应ΔH＞0、ΔS＜0，在任何温度下都不能自发进行；B项，该反应ΔH＜0、ΔS＜0，在高温下不能自发进行；C项，该反应ΔH＞0、ΔS＞0，在低温下不能自发进行；D项，该反应ΔH＜0、ΔS＞0，在任何温度下都能自发进行。(3)不一定，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。
微考点1　化学反应方向的判断
[解析]　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大，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，应使用复合判断据ΔH－TΔS＜0判断反应能否自发进行，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。
萃取精华：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
　　　　　(2021·湖北黄冈模拟)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。
微考点2　转化率的判断与计算
下列说法正确的是(　　)A．实验①中，若5 min时测得，n(M)＝0.050 ml，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2 ml·L－1·min－1B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0C实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%D．实验④中，达到平衡时，b＞0.060
①在100 ℃时，此反应的化学平衡常数表达式为：____________；在110 ℃时的平衡常数为_____。②在实验2中，若1小时后反应达到平衡，则H2的平均反应速率为_______________________。在此平衡体系中再加入0.5 ml CCl4和1.0 ml HCl，平衡将向__________方向移动。③实验1中，CCl4的转化率a______50%(填“＞”“＝”或“＜”)。实验3中，b的值______(填字母序号)。A．等于50%B．大于50%C．小于50%D．由本题所给资料无法判断
0.5 ml·L－1·h－1　
1．等效平衡的含义在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应体系(不管是从正反应开始，还是从逆反应开始)，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数或质量分数等)均相同，这样的化学平衡互为等效平衡。
2．等效平衡的原理同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。
注意：①转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例；②这里a、b可指物质的量、浓度、体积等；③对反应物：平＝始－转。对生成物：平＝始＋转。
4．等效平衡的分类及规律等效平衡根据外界温度、压强和体积的变化情况，可以分为以下三类：
(2)在相同的实验条件下，若加入2 ml A和6 ml B，达到平衡后，C的物质的量为_______ml(用字母a表示)，此时C在反应混合气体中的质量分数________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)在相同实验条件下，若改为加入2 ml A和8 ml B，若要求平衡后C在反应混合气体中的质量分数不变，则还应加入C_____ml。
微考点1　恒温、恒容下的等效平衡的应用
下列叙述中错误的是(　　)A．化学反应速率：甲＜乙B．平衡时O2的浓度：甲＜乙C．平衡时SO2的转化率：甲＜乙D．平衡时SO2的体积分数：甲＜乙
[解析]　本题考查恒温恒容条件下的“等效平衡”规律及应用，涉及反应速率、转化率及体积分数等的判断。甲、乙两个容器均保持恒温恒容，甲容器中充入1 g SO2和1 g O2，乙容器中充入2 g SO2和2 g O2，乙中物质的起始浓度是甲中对应物质的2倍，则平衡时乙中反应速率和O2的浓度均大于甲，A、B正确。达到平衡时，甲中反应的平衡与将乙的容积扩大2倍达到的平衡是等效平衡，而扩大容积，减小压强，平衡逆向移动，SO2的转化率减小，SO2的体积分数增大，则平衡时乙中SO2的转化率大，甲中SO2的体积分数大，C正确，D错误。
[解析]　两平衡的温度相同，故平衡常数KⅠ＝KⅡ，A项错误；两容器体积相等，且都可以转化为1 ml N2和3 ml H2，故两个平衡是等效平衡，则两平衡中H2的百分含量相同，B项正确；由于反应是可逆反应不能进行彻底，平衡Ⅱ中原有一部分NH3，故反应放出的热量为QⅠ＞QⅡ，且都小于92.3 kJ，N2的转化率为平衡Ⅰ＞平衡Ⅱ，C、D项错误。
微考点2　恒温、恒压下的等效平衡的应用
上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　)A．乙＝丁＞丙＝甲B．乙＞丁＞甲＞丙C．丁＞乙＞丙＝甲D．丁＞丙＞乙＞甲
[解析]　根据等效平衡理论，恒温恒压条件下，将产物按化学计量数转化到反应物一边，只要与原平衡对应物质的物质的量之比完全相同，所建立的平衡与原平衡视为等效。通过转换关系计算发现，甲与丙相同，乙和丁相同，甲：n(CO2)＝n(H2)＝a ml，乙：n(CO2)＝2a ml，n(H2)＝a ml，乙建立的平衡可以看成甲建立平衡后再加入a ml CO2，乙平衡向正反应进行程度大干甲平衡，故n(CO)的大小顺序是乙＝丁＞丙＝甲，故A项正确。
萃取精华：利用等效平衡解题的步骤
③若开始时放入x ml A、2 ml B和1 ml C，到达平衡后，A和C的物质的量分别是y ml和3a ml，则x＝_____ml，y＝__________ml。平衡时，B的物质的量______(选填一个编号)。A．大于2 mlB．等于2 mlC．小于2 mlD．可能大于、等于或小于2 ml④若在③的平衡混合物中再加入3 ml C，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是________。
Ⅱ.若维持温度不变，在一个与①反应前起始体积相同且容积固定的容器中发生上述反应。⑤开始时放入1 ml A和1 ml B到达平衡后生成b ml C，将b与①小题中的a进行比较______(选填一个编号)。甲．a＜b 乙．a＞b丙．a＝b 丁．不能比较
2．化学平衡常数的三应用(1)判断反应进行的程度。(2)判断反应进行的方向和热效应。(3)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。
②明确三个量的关系A．对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。B．对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。C．各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。