2022届高考新教材化学人教版一轮复习学案：第七单元 第3节　化学平衡常数　化学反应的方向

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第3节　化学平衡常数　化学反应的方向

备考要点
素养要求
1.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。
2.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量,知道化学平衡常数的含义。
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.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
1.平衡思想——从化学平衡常数的角度认识化学平衡的定量关系,并用化学平衡常数解决问题。
2.证据推理——领会用有关浓度进行平衡常数的计算及利用平衡常数计算转化率等。
3.模型认知——利用Q与K的关系进行平衡移动的定量判断,同时会利用焓变、熵变判断反应进行的方向。


考点一　化学平衡常数
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.定义
在一定温度下,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,用符号　　　　表示。 
2.表达式
对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:
平衡常数K=　　　　　　　　　　　　　　　(固体和纯液体的浓度视为常数)。 
3.意义
(1)K的大小反映了化学反应进行的程度。K越大,反应物的转化率越　　　　,正反应进行的程度越　　　　。当K≥105时,该反应就进行得基本完全了。 
(2)K的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应达到平衡所需要的时间。
(3)K只受　　　　　　影响,与反应物或生成物的浓度变化无关,与压强变化无关。 
4.应用
(1)利用化学平衡常数,可判断反应是否达到平衡或反应进行的方向。
对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Q=　　　　　　　　　　。 
QK,反应向　　　　　反应方向进行。 
(2)利用K可判断反应的热效应:若升高温度,K增大,则正反应为　　　　热反应;若升高温度,K减小,则正反应为　　　　　热反应。 
(3)计算转化率:利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时平衡常数不变,可列方程求解。
(4)计算相关反应的平衡常数。若只是反应方向改变,则平衡常数变为其倒数;若只是方程式中各物质的化学计量数等倍扩大(变为原来n倍)或缩小程度相同(变为原来的1n),则相应的平衡常数也会变为原来的n次幂或1n次幂。
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。(　　)
(2)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(　　)
(3)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。(　　)
(4)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。(　　)
(5)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。(　　)
(6)反应A(g)+3B(g)2C(g)达平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数K增大。(　　)
2.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)　K1
反应②:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)　K2
反应③:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　K3
(1)反应①的平衡常数表达式为　　　　　　　　　。 
(2)反应③的K3与K1、K2的关系是K3=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
关键能力考向突破　
考向1　化学平衡常数表达式及其影响因素
【典例1】(双选)(2020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:
反应①　O3O2+[O]　ΔH>0　平衡常数为K1;
反应②　[O]+O32O2　ΔHK1
D.实验1在前6 min的反应速率v(SO2)=0.2 mol·L-1·min-1
误区警示平衡常数表达式书写的注意事项
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及水溶液中水的浓度列入平衡常数的表达式中。
(2)非水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应列入平衡常数的表达式中。
(3)若进行的反应为离子反应时,书写其化学平衡常数时应先改写成离子反应再进行书写。如Cl2+H2OH++Cl-+HClO的化学平衡常数为K=c(H+)·c(Cl-)·c(HClO)c(Cl2)。
(4)同一化学反应,化学方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。如:
N2O4(g)2NO2(g)　K=c2(NO2)c(N2O4)
12N2O4(g)NO2(g)　K'=c(NO2)c12(N2O4)=K
2NO2(g)N2O4(g)　K″=c(N2O4)c2(NO2)=1K
(5)有气体参与的反应,用平衡分压(总压乘以各自的物质的量分数)表示平衡常数。
如对于反应2A(g)+B(s)C(g),若达到平衡时,n(A)=n1,n(C)=n2,密闭体系的压强为p,则K=p·n2n1+n2(p·n1n1+n2)2=n2(n1+n2)pn12。
考向2　利用平衡常数判断反应状态及其反应热
【典例2】(双选)(2020云南大理州统测)在300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g),已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表:

温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10-5

下列说法不正确的是(　　)
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应
B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5
C.80 ℃达到平衡时,测得n(CO)=0.3 mol,则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1
D.在80 ℃时,测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 mol·L-1,则此时v(正)>v(逆)
对点演练2(1)某温度下,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 MPa。平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)　　　　(填“>”“p1,正反应为气体体积增大的反应。(　　)
(2)图②表示随温度升高,吸热反应的平衡常数变化。(　　)
(3)若图③中p2>p1,则对应可逆反应的正反应为吸热、气体体积减小的反应。(　　)
关键能力考向突破　
考向1　有“断点”的图像
【典例1】对于达到平衡的可逆反应X+YW+Z(已配平),在t时刻增大压强(其他条件不变),正、逆反应速率(v)变化的情况如图所示。下列对X、Y、W、Z四种物质状态的描述正确的是(　　)

A.W、Z均为气体,X、Y中只有一种为气体
B.X、Y均为气体,W、Z中只有一种为气体
C.X、Y或W、Z中均只有一种为气体
D.X、Y均为气体,W、Z均为液体或固体
对点演练1在密闭容器中进行反应X(g)+3Y(g)2Z(g),有关图像的说法不正确的是(　　)


A.依据图a可判断该反应的正反应为放热反应
B.在图b中,虚线可表示使用了催化剂
C.若正反应的ΔH0
规律小结分析速率图像中改变的条件
改变条件后速率图像中有一个速率出现连续性,则改变的条件一定是浓度;对于一个反应前后气体体积发生变化的反应来说,如果正、逆反应速率变化程度相等,改变的条件一定是催化剂;对于一个反应前后气体体积不变的反应来说,如果正、逆反应速率变化程度相等,改变的条件可能是压强,也可能是催化剂。若“断点”后的速率增大,且正、逆反应速率增大程度不同,则可能是升高温度或增大压强;若“断点”后的速率减小,且正、逆反应速率减小程度不同,则可能是降低温度或减小压强;再利用平衡移动方向作出具体的判断。
考向2　有“拐点”的图像
【典例2】(双选)(2020山东胶南模拟)汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,图中曲线a表示该反应在温度T时N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是(　　)

A.温度T时,该反应的平衡常数K=4(c0-c1)2c12
B.温度T时,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应改变的条件可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应改变的条件是温度,可判断该反应的ΔH>0
对点演练2(2020陕西西安模拟)在容积一定的密闭容器中给定物质A、B、C的量,在一定条件下发生反应aA(g)+bB(g)xC(g)并达到平衡,且符合下图所示的关系(C%表示平衡混合气中产物C的百分含量,T表示温度,p表示压强)。则图中Y是指(　　)

A.反应物A的百分含量
B.平衡混合气中物质B的百分含量
C.平衡混合气的密度
D.平衡混合气的平均摩尔质量
规律方法有关“拐点”图像的分析方法
同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,反映到图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强、浓度)相对要高一些,或者是加入了催化剂。
考向3　由平滑曲线组成的图像
【典例3】T℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应A(g)+B(g)C(s)　ΔHb>a
B.若T2>T1,则正反应一定是放热反应
C.达到平衡时A2的转化率大小为b>a>c
D.若T2>T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vd>vb
考点三　化学反应的方向　化学反应的调控
必备知识自主预诊　
知识梳理
1.自发反应
(1)含义:在温度和压强一定的条件下　　　　　　就能自发进行的反应称为自发反应。 
(2)特点:
①体系趋向于从　　　　　　状态转变为　　　　　状态(体系对外部　　　　　或　　　　　热量)。 
②在密闭条件下,体系有从　　　　　转变为　　　　的倾向性(无序体系更加稳定)。 
2.判断化学反应方向的依据

3.合成氨反应条件的原理分析
(1)反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.2 kJ·mol-1。
(2)反应特点:
合
成
氨
反
应—可逆性:反应为　　　　反应
—体积变化:正反应是气体体积　　　　的反应
—焓变:ΔH　　　0 
(3)影响因素:
①增大合成氨反应速率的措施:　　　温度、　　　　压强、　　　　反应物浓度、　　　　　　　　　等。 
②提高平衡混合气体中氨含量的措施:　　　　温度、　　　　压强、　　　　反应物浓度等。 
4.实际合成氨工业中选择的生产条件
(1)压强:工业上合成氨一般采用的压强为　　　　　　　。 
(2)温度:一般采用的温度为　　　　　　　。 
(3)催化剂:工业上合成氨普遍使用的是以　　　　为主体的多成分催化剂,又称　　　　　　。 
自我诊断
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。(　　)
(2)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应。(　　)
(3)通过判断过程的自发性能够确定过程是否一定发生和确定过程发生的速率。(　　)
(4)ΔH0的反应,一定是自发反应。(　　)
(5)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行。(　　)
(6)反应的自发性不仅能够用于判断过程的方向,还能确定过程是否一定能发生。(　　)
(7)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。(　　)
(8)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(　　)
2.(1)ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,　　　　对反应的方向起决定性作用。当ΔH0时,　　　　下反应能自发进行。 
(2)反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　,CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在高温下可自发进行的理由是　　　　　　　　　　　　　。 
关键能力考向突破　
考向1　化学反应的方向
【典例1】(2020山东临沂测试)下列说法不正确的是(　　)
A.焓变是反应能否自发进行相关的因素之一,放热反应具有自发进行的倾向
B.在不同条件下同一物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大
C.自发反应是指不需要条件就能发生的反应
D.一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果
对点演练1下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1
B.Ag(s)+12Cl2(g)AgCl(s)　ΔH=-127 kJ·mol-1
C.HgO(s)Hg(l)+12O2(g)　ΔH=+91 kJ·mol-1
D.H2O2(l)12O2(g)+H2O(l)　ΔH=-98 kJ·mol-1
规律小结焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

ΔH
ΔS
ΔH-TΔS
反应情况
-
+
0
在任何温度下反应均不能自发进行
+
+
高温时为负
低温时非自发,高温时自发
-
-
低温时为负
低温时自发,高温时非自发

考向2　化学反应的调控
【典例2】(2020山东泰安一中月考)有关合成氨工业的说法正确的是(　　)
A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率
B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.合成氨厂采用的压强是10~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大
对点演练2有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH0,反应不能自发进行=0,反应达到平衡状态