7.3化学平衡常数

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考 纲要 求1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
考点一　化学平衡常数 基础梳理·自我排查1.化学平衡常数的定义在一定温度下，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，用符号____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)。
[判断]　(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)温度、浓度、压强、催化剂均能改变平衡常数(　　)(3)升高温度，平衡常数一定增大(　　)(4)平衡常数变化，化学平衡不一定发生移动(　　)(5)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变(　　)(6)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度(　　)(7)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值增大(　　)(8)对于反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，升高温度，K值减小，则ΔH>0(　　)
考点专练·层级突破练点一　化学平衡常数的判断1．O3也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。常温常压下发生反应如下：反应①　O3⇌O2＋[O]　ΔH＞0　平衡常数为K1；反应②　[O]＋O3⇌2O2　ΔH＜0　平衡常数为K2；总反应：2O3⇌3O2　ΔH＜0　平衡常数为K。下列叙述正确的是(　　)A．降低温度，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
解析：A项，因该反应中氢气前的系数为2，则该反应的平衡常数的表达式为K＝ ，错误；B项，由图像可知，反应从T2到T1时，甲醇的物质的量增大，根据平衡常数和计算式可知T1时的平衡常数比T2 时的大，错误；C项，由图像可知在T2温度下反应先达到平衡，反应速率较T1快，则有T2>T1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，错误；D项，处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而c(CH3OH)减小，达到平衡时 应该增大，正确。
3．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表：回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。(2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。
解析：(3)某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，根据平衡常数表达式K＝ 可知，K＝3/5＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为700 ℃。(6)1 200 ℃时Qc＝ ，将各物质的浓度代入可得Qc＝4，而此温度下的平衡常数为2.6，即Qc>K，所以平衡向逆反应方向移动。
4．用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：(1)则总反应的ΔH________0(填“＞”“＝”或“＜”)；A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________。(2)在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在上图画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由：_______________________。(3)下列措施中，有利于提高αHCl的有________。A．增大n(HCl)B．增大n(O2)C．使用更好的催化剂D．移去H2O
温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，αHCl增大，因此曲线应在原曲线上方
练点二　平衡常数(K)的应用计算5．催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－53.7 kJ·ml－1ⅠCO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH2Ⅱ某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：注：Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·ml－1和－285.8 kJ·ml－1②H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝＋44.0 kJ·ml－1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响)：(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝________________；反应Ⅱ的ΔH2＝________kJ·ml－1。(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有________。A．使用催化剂Cat.1B．使用催化剂Cat.2C．降低反应温度D．投料比不变，增加反应物的浓度E．增大CO2和H2的初始投料比(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因？
表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
解析：(1)因为CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，平衡常数K的表达式为K＝ ；因为CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·ml－1和－285.8 kJ·ml－1，可得下列热化学方程式：CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·ml－1①H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·ml－1②又H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·ml－1③根据盖斯定律，由②－①－③得：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·ml－1
(2)根据可逆反应：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，使用催化剂不能使平衡发生移动，即不能提高平衡转化率，A、B错误；该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，平衡转化率提高，C项正确；投料比不变，增加反应物浓度，相当于增大压强，平衡正向移动，平衡转化率提高，D项正确；增大二氧化碳和氢气的初始投料比，能提高氢气的转化率，但二氧化碳的转化率会降低，故E错误；故选CD。(3)从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。
6．氮的氧化物直接排放会引发严重的环境问题，请回答下列问题：NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：反应a：C(s)＋2NO(g)⇌N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－34.0 kJ·ml－1反应b：2C(s)＋2NO2(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－64.2 kJ·ml－1(1)对于反应a，在T1℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
①0～10 min内，NO的平均反应速率v(NO)＝____________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)。②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是________(填字母)。A．加入一定量的活性炭 B．通入一定量的NOC．适当缩小容器的体积 D．加入合适的催化剂
0.042 ml/(L·min)
(2)某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请分析1 050 kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因___________________________；在1 100 kPa时，NO2的体积分数为________。(3)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2℃、1.1×106 Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝__________________________(用计算表达式表示)。
1 050 kPa前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2转化率提高
练后归纳 化学平衡计算中常用的“三关系四公式”1．三个量的关系(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，始起量＋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。
考点二　化学反应进行的方向 基础梳理·自我排查1.自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能________进行的过程。(2)特点①体系趋向于从________状态转变为________状态(体系对外部做功或释放热量)。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．自发反应在一定条件下____________就能自发进行的反应称为自发反应。
3．化学反应方向的判据
[判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)CaCO3(s)高温CaO(s)＋CO2(g)是一个熵增加的过程(　　)(2)ΔH0的反应，一定是自发反应(　　)(3)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行(　　)(4)凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的(　　)(5)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行(　　)(6)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，该反应的ΔH＜0(　　)
微点拨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。 
考点专练·层级突破 练点一　化学反应的自发性1．下列关于化学反应自发性的说法中正确的是(　　)A．熵增加的化学反应一定能自发进行B．自发进行的化学反应一定能迅速发生C．在一定条件下，吸热反应可自发进行D．电解池中的化学反应属于自发过程
解析：放热的熵增反应是自发的，吸热的熵减反应是不自发的；电解过程属于非自发过程。
2．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是(　　)A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
解析：反应是否能自发进行是由焓变和熵变共同决定的，故焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。
练点二　化学反应的方向性3．下列说法正确的是(　　)A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
解析：若ΔH0，则一定自发，若ΔH>0，ΔS0，若ΔH0，正确；D项中反应的ΔS”“0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH