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第20讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
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这是一份第20讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，必备知识·梳理夯实，考点一化学平衡常数，化学平衡，浓度幂之积，反应物本身，催化剂，特别提醒等内容，欢迎下载使用。
第20讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
1．化学平衡常数(1)定义在一定_______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：K值大小反映了化学反应进行的程度。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．化学平衡的计算方法——“三段式法”化学平衡的计算模式可采取“三段式”的方式，依题意，列出化学方程式，并计算。“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时要注意清楚有条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位统一。
③起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。
(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。
(4)反应物和生成物相同的同一类型的化学方程式，如果化学计量数不同，但K值可能完全相同。( )(5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。( )[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)平衡常数改变，化学平衡一定移动；化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。( )[提示] 平衡常数只受温度影响，平衡移动K值不一定改变；平衡常数改变，温度一定变化，平衡一定移动。
(7)K值随温度升高而增大，说明正反应吸热。( )[提示] 升高温度，平衡向吸热方向移动，K值增大。
[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。
①结合平衡常数分析，煤气(CO)中毒导致患者缺氧的原因？②轻微煤气中毒患者需进入高压氧舱进行吸氧治疗，结合平衡移动原理，分析原因。③若39 ℃时，平衡常数K＝200，则该反应的正反应是吸热反应还是放热反应？
[提示] ①37 ℃时，K＝220，反应正向进行程度较大，血红蛋白结合O2较少，导致患者缺氧。②高压氧舱中氧气浓度较高，可使平衡逆向移动，促进血红蛋白与O2结合，恢复输氧能力。③该反应的平衡常数随温度升高而减小，正反应是放热反应。
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
(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___________(填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。[解析] (1)由表格中数据可知，温度越高，平衡常数K越小，说明温度升高，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。
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。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．各反应物转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
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。
考点二 化学反应进行的方向 化学反应的调控
(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．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
注意：T的单位是K，不是℃。
(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。
5．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_________。
10 MPa～30 MPa
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。( )[提示] 某些自发反应需要在一定条件下才能发生，非自发反应具备了一定条件也能发生。(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行。( )[提示] 该反应符合自发反应条件。
(3)吸热反应不可以自发进行。( )[提示] 吸热的熵增反应可能自发进行。(4)同种物质气态时熵值最大。( )[提示] 同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。(5)－10 ℃水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。( )[提示] 应该用焓判据来解释。
(6)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。( )(7)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。( )(8)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素。( )(9)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。( )(10)8NH3(g)＋6NO2(g)══7N2(g)＋12H2O(g) ΔH<0，则该反应一定能自发进行。( )
(15)反应NH3(g)＋HCl(g)══NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0。( )(16)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。
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
(2)能自发进行的反应一定能实际发生吗？[提示] 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。
[提示] ①室温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝2 171 kJ·ml－1－298 K×635.5×10－3 kJ·ml－1·K－1≈1 982 kJ·ml－1。因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，为使反应能自发进行，假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化，当ΔG<0时，2 171×1 000－T×635.5<0，T>3 416 K。②当T>3 416 K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。因此，不使用焦炭还原氧化铝制备金属铝。
微考点1 化学反应的方向(1)(2022·江西赣州月考)下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是( )A．1 ml H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]0能否自发进行与温度有关D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)══2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
[解析] 物质聚集状态不同，熵值不同，S(g)>S(l)>S(s)，则1 ml H2O的熵值：S[H2O(l)]0、ΔS>0，高温下ΔH－TΔS<0，反应可自发进行，即反应能否自发进行与温度有关，C项正确；常温下，该反应不能自发进行，则ΔH－TΔS>0，因ΔS>0，则ΔH>0，D项正确。
(2)①汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)══2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：__________________________________________________。
该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行
[解析] ①2CO(g)══2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，不能实现。②该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH<0。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
〔对点集训1〕 (1)下列说法不正确的是( )A．焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，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
[解析] 根据ΔH－TΔS<0时反应能自发进行可知，一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果，焓变是影响反应能否自发进行的因素之一，放热反应具有自发进行的倾向，但不一定能自发进行，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发反应是指在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的反应，需要一定的温度和压强，C错误。
[解析] 反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，即任何温度下反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即要求ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。
微考点2 化学反应的调控(2022·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 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
[解析] A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400～500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa～30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
[解析] 该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响，因此可采取适宜温度、高压和使用催化剂的条件。
1．常见图像及解题方法(1)物质的量(或浓度)－时间图像[n(或c)－t图像]：
考点三 化学反应速率和化学平衡的图像分析
此类图像说明各平衡体系组分(或某一组分)在反应过程中的变化情况。解题原则：注意各物质曲线的拐点(到达平衡的时刻)，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系等情况。
(2)速率－时间图像(v－t图像)：
解题原则：分清正反应、逆反应及二者的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的移动方向；熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，则正反应为_______反应。②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为_________________反应。③图丙中，a表示使用了_________或___________(反应前后气体分子数相等的可逆反应)。
注意：若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。解题原则——“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡，速率快，温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度，纵坐标大小与平衡状态相对应，将温度高低、压强大小与平衡状态相联系，即可得到反应热或气体分子数信息。
解答这类图像题时应注意以下两点：①“定一议一”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究可知，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应；乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相应的结论。
②通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如在甲图中作横坐标的垂直线可看出，温度越高，αA越小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应；乙中任取一条压强曲线，也能分析出正反应为放热反应。
2．化学平衡图像题的解题方法(1)看图像“一看”面(即纵坐标与横坐标的意义)；“二看”线(即线的走向和变化趋势)；“三看”点(即起点、拐点、交点、终点)；“四看”辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)；“五看”量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。(3)用技巧①先拐先平：在转化率—时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，这表示反应的温度高或压强大。②定一议二：图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
(4)作判断根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)图①表示p2>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。( )
[提示] A项，根据图像分析可知，随温度升高，二氧化碳的转化率减小，因此该反应的正反应为放热反应，故A正确；B项，在相同温度下，p2时二氧化碳的转化率大于p1，该反应为反应前后气体体积减小的反应，因此p2>p1，故B正确；C项，容器体积未知，无法求算该反应的平衡常数，故C错误；D项，X、Y、Z三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X，故D正确。
A．X代表压强B．推断L1>L2C．A、B两点对应的平衡常数相同D．一定温度下，当混合气中n(SO2)︰n(O2)︰n(SO3)＝2︰1︰2，则反应一定达到平衡
[提示] 由题可知，反应ΔH<0，温度升高平衡向逆反应方向移动，二氧化硫的平衡转化率降低；压强增大，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的平衡转化率升高。A项，由题图可知：随着X增大，二氧化硫平衡转化率降低，故X代表温度，L代表压强；B项，等温时，L1状态下二氧化硫平衡转化率大，所以L1>L2；C项，A、B两点对应的温度不同，所以平衡常数不同；D项，一定温度下，混合气中各组分浓度不变才能说明反应达到平衡，当混合气中n(SO2)︰n(O2)︰n(SO3)＝2︰1︰2时，反应不一定达到平衡。
[解析] 增大压强，正逆反应速率都增大，但是正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故A错误；恒压条件下通入氧气，瞬间O2浓度增大，v(正)增大，SO3浓度减小，v(逆)减小，平衡正向移动，故B错误；升高温度正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，改变条件时逆反应速率大于正反应速率，故C错误；减小三氧化硫浓度，改变条件瞬间，逆反应速率减小、正反应速率不变，正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故D正确。
[解析] 由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都增大，且平衡正向移动，而增大压强时平衡向气体分子数减小的方向移动，B正确。
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ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动D．由图d中气体平均相对分子质量随温度的变化情况可推知，正反应的ΔH>0[答案] D
[解析] 由图a可以看出，升高温度时逆反应速率比正反应速率增大得快，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，A正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变反应限度，即催化剂可缩短达到平衡的时间，而不能改变反应物的平衡转化率，B正确；由图c可以看出，改变条件后，正、逆反应速率均增大且逆反应速率增大的幅度大，平衡逆向移动，若正反应的ΔH<0，则升高温度平衡逆向移动，C正确；由图d可以看出，升高温度时气体的平均相对分子质量减小，则说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即ΔH<0，D错误。
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。
[解析] T2达到平衡时间短，温度较高，而C%含量低，则正反应方向放热；p2达到平衡时间短，压强较大，而C%含量低，则n
[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。
则：(1)ΔH_____(填“>”“＝”或“<”)0。(2)在T1～T2及T4～T5两个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图所示的变化趋势，其原因是______________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
T1～T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4～T5区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2捕获
[解析] (1)由题图可知当温度为T1时，反应不是平衡状态，随着温度升高反应速率越来越快，T3时达到平衡状态，温度继续升高，CO2浓度上升，平衡逆移，故正反应放热，ΔH<0。
C．若ΔH<0，其他条件不变，保持反应绝热，图像变为曲线3，则N点的v正大于曲线2上M点的v逆D．保持温度、体积不变，x︰y＝a︰b时对应的体积分数φ(D)与x︰y>a︰b时对应的φ2(D)大小关系为φ1(D)<φ2(D)[答案] C[解析] 由图像可知，曲线4和曲线2的平衡相同，但曲线4先达到平衡状态，可能是加了催化剂，也可能是反应前后气体体积相同的反应增大了压强，故A错误；
若ΔH>0，其他条件不变，保持反应绝热，则随反应的进行体系内温度降低，反应速率减小、达到平衡的时间应比曲线2长，曲线5与此不符，故B错误；若ΔH<0，其他条件不变，保持反应绝热，则随反应的进行体系内温度升高，反应速率增大，达到平衡的时间应比曲线2短，曲线3与此符合，且平衡时温度高反应速率大，则N点的v正大于曲线2上M点的v逆，故C正确；增大x︰y可视为保持B用量恒定条件下增大A的浓度，一定范围内增大A的浓度会使平衡正向移动，提高D的浓度，可能使D的百分含量增大，但大量通入A时，D的增加量不明显，总气体的物质的量增大较大，反而导致D的百分含量降低，故D错误。
①该反应的ΔH_____(填“>”或“<”)0。②容器Ⅱ的体积为0.5 L，在470 ℃下进行反应，30 s后达到平衡，0～30 s内容器Ⅱ中O2的反应速率为_________ml·L－1·s－1。③已知容器Ⅰ的体积为1 L，370 ℃时，该反应的平衡常数K＝______________(保留两位有效数字)。④图中A、B、C三点处容器内密度最大的点是____(填“A”“B”或“C”)。
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。具体说明如下：
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。
第20讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
1．化学平衡常数(1)定义在一定_______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：K值大小反映了化学反应进行的程度。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．化学平衡的计算方法——“三段式法”化学平衡的计算模式可采取“三段式”的方式，依题意，列出化学方程式，并计算。“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时要注意清楚有条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位统一。
③起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。
(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。
(4)反应物和生成物相同的同一类型的化学方程式，如果化学计量数不同，但K值可能完全相同。( )(5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。( )[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)平衡常数改变，化学平衡一定移动；化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。( )[提示] 平衡常数只受温度影响，平衡移动K值不一定改变；平衡常数改变，温度一定变化，平衡一定移动。
(7)K值随温度升高而增大，说明正反应吸热。( )[提示] 升高温度，平衡向吸热方向移动，K值增大。
[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。
①结合平衡常数分析，煤气(CO)中毒导致患者缺氧的原因？②轻微煤气中毒患者需进入高压氧舱进行吸氧治疗，结合平衡移动原理，分析原因。③若39 ℃时，平衡常数K＝200，则该反应的正反应是吸热反应还是放热反应？
[提示] ①37 ℃时，K＝220，反应正向进行程度较大，血红蛋白结合O2较少，导致患者缺氧。②高压氧舱中氧气浓度较高，可使平衡逆向移动，促进血红蛋白与O2结合，恢复输氧能力。③该反应的平衡常数随温度升高而减小，正反应是放热反应。
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
(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___________(填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。[解析] (1)由表格中数据可知，温度越高，平衡常数K越小，说明温度升高，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。
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。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．各反应物转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
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。
考点二 化学反应进行的方向 化学反应的调控
(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．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
注意：T的单位是K，不是℃。
(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。
5．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_________。
10 MPa～30 MPa
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。( )[提示] 某些自发反应需要在一定条件下才能发生，非自发反应具备了一定条件也能发生。(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行。( )[提示] 该反应符合自发反应条件。
(3)吸热反应不可以自发进行。( )[提示] 吸热的熵增反应可能自发进行。(4)同种物质气态时熵值最大。( )[提示] 同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。(5)－10 ℃水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。( )[提示] 应该用焓判据来解释。
(6)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。( )(7)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。( )(8)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素。( )(9)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行。( )(10)8NH3(g)＋6NO2(g)══7N2(g)＋12H2O(g) ΔH<0，则该反应一定能自发进行。( )
(15)反应NH3(g)＋HCl(g)══NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0。( )(16)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。
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
(2)能自发进行的反应一定能实际发生吗？[提示] 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。
[提示] ①室温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝2 171 kJ·ml－1－298 K×635.5×10－3 kJ·ml－1·K－1≈1 982 kJ·ml－1。因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，为使反应能自发进行，假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化，当ΔG<0时，2 171×1 000－T×635.5<0，T>3 416 K。②当T>3 416 K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。因此，不使用焦炭还原氧化铝制备金属铝。
微考点1 化学反应的方向(1)(2022·江西赣州月考)下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是( )A．1 ml H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]
[解析] 物质聚集状态不同，熵值不同，S(g)>S(l)>S(s)，则1 ml H2O的熵值：S[H2O(l)]
(2)①汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)══2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：__________________________________________________。
该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不能自发进行
[解析] ①2CO(g)══2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，不能实现。②该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH<0。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
〔对点集训1〕 (1)下列说法不正确的是( )A．焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，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
[解析] 根据ΔH－TΔS<0时反应能自发进行可知，一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果，焓变是影响反应能否自发进行的因素之一，放热反应具有自发进行的倾向，但不一定能自发进行，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发反应是指在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的反应，需要一定的温度和压强，C错误。
[解析] 反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，即任何温度下反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即要求ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。
微考点2 化学反应的调控(2022·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 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
[解析] A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400～500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa～30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
[解析] 该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响，因此可采取适宜温度、高压和使用催化剂的条件。
1．常见图像及解题方法(1)物质的量(或浓度)－时间图像[n(或c)－t图像]：
考点三 化学反应速率和化学平衡的图像分析
此类图像说明各平衡体系组分(或某一组分)在反应过程中的变化情况。解题原则：注意各物质曲线的拐点(到达平衡的时刻)，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系等情况。
(2)速率－时间图像(v－t图像)：
解题原则：分清正反应、逆反应及二者的相对大小，分清“突变”和“渐变”；正确判断化学平衡的移动方向；熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，则正反应为_______反应。②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为_________________反应。③图丙中，a表示使用了_________或___________(反应前后气体分子数相等的可逆反应)。
注意：若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。解题原则——“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡，速率快，温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度，纵坐标大小与平衡状态相对应，将温度高低、压强大小与平衡状态相联系，即可得到反应热或气体分子数信息。
解答这类图像题时应注意以下两点：①“定一议一”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究可知，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应；乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相应的结论。
②通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如在甲图中作横坐标的垂直线可看出，温度越高，αA越小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应；乙中任取一条压强曲线，也能分析出正反应为放热反应。
2．化学平衡图像题的解题方法(1)看图像“一看”面(即纵坐标与横坐标的意义)；“二看”线(即线的走向和变化趋势)；“三看”点(即起点、拐点、交点、终点)；“四看”辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)；“五看”量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。(3)用技巧①先拐先平：在转化率—时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，这表示反应的温度高或压强大。②定一议二：图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
(4)作判断根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)图①表示p2>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。( )
[提示] A项，根据图像分析可知，随温度升高，二氧化碳的转化率减小，因此该反应的正反应为放热反应，故A正确；B项，在相同温度下，p2时二氧化碳的转化率大于p1，该反应为反应前后气体体积减小的反应，因此p2>p1，故B正确；C项，容器体积未知，无法求算该反应的平衡常数，故C错误；D项，X、Y、Z三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X，故D正确。
A．X代表压强B．推断L1>L2C．A、B两点对应的平衡常数相同D．一定温度下，当混合气中n(SO2)︰n(O2)︰n(SO3)＝2︰1︰2，则反应一定达到平衡
[提示] 由题可知，反应ΔH<0，温度升高平衡向逆反应方向移动，二氧化硫的平衡转化率降低；压强增大，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的平衡转化率升高。A项，由题图可知：随着X增大，二氧化硫平衡转化率降低，故X代表温度，L代表压强；B项，等温时，L1状态下二氧化硫平衡转化率大，所以L1>L2；C项，A、B两点对应的温度不同，所以平衡常数不同；D项，一定温度下，混合气中各组分浓度不变才能说明反应达到平衡，当混合气中n(SO2)︰n(O2)︰n(SO3)＝2︰1︰2时，反应不一定达到平衡。
[解析] 增大压强，正逆反应速率都增大，但是正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故A错误；恒压条件下通入氧气，瞬间O2浓度增大，v(正)增大，SO3浓度减小，v(逆)减小，平衡正向移动，故B错误；升高温度正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，改变条件时逆反应速率大于正反应速率，故C错误；减小三氧化硫浓度，改变条件瞬间，逆反应速率减小、正反应速率不变，正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，故D正确。
[解析] 由图像可知，增大压强，正、逆反应速率都增大，且平衡正向移动，而增大压强时平衡向气体分子数减小的方向移动，B正确。
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ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动D．由图d中气体平均相对分子质量随温度的变化情况可推知，正反应的ΔH>0[答案] D
[解析] 由图a可以看出，升高温度时逆反应速率比正反应速率增大得快，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，A正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变反应限度，即催化剂可缩短达到平衡的时间，而不能改变反应物的平衡转化率，B正确；由图c可以看出，改变条件后，正、逆反应速率均增大且逆反应速率增大的幅度大，平衡逆向移动，若正反应的ΔH<0，则升高温度平衡逆向移动，C正确；由图d可以看出，升高温度时气体的平均相对分子质量减小，则说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即ΔH<0，D错误。
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。
[解析] T2达到平衡时间短，温度较高，而C%含量低，则正反应方向放热；p2达到平衡时间短，压强较大，而C%含量低，则n
[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。
则：(1)ΔH_____(填“>”“＝”或“<”)0。(2)在T1～T2及T4～T5两个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图所示的变化趋势，其原因是______________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
T1～T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4～T5区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2捕获
[解析] (1)由题图可知当温度为T1时，反应不是平衡状态，随着温度升高反应速率越来越快，T3时达到平衡状态，温度继续升高，CO2浓度上升，平衡逆移，故正反应放热，ΔH<0。
C．若ΔH<0，其他条件不变，保持反应绝热，图像变为曲线3，则N点的v正大于曲线2上M点的v逆D．保持温度、体积不变，x︰y＝a︰b时对应的体积分数φ(D)与x︰y>a︰b时对应的φ2(D)大小关系为φ1(D)<φ2(D)[答案] C[解析] 由图像可知，曲线4和曲线2的平衡相同，但曲线4先达到平衡状态，可能是加了催化剂，也可能是反应前后气体体积相同的反应增大了压强，故A错误；
若ΔH>0，其他条件不变，保持反应绝热，则随反应的进行体系内温度降低，反应速率减小、达到平衡的时间应比曲线2长，曲线5与此不符，故B错误；若ΔH<0，其他条件不变，保持反应绝热，则随反应的进行体系内温度升高，反应速率增大，达到平衡的时间应比曲线2短，曲线3与此符合，且平衡时温度高反应速率大，则N点的v正大于曲线2上M点的v逆，故C正确；增大x︰y可视为保持B用量恒定条件下增大A的浓度，一定范围内增大A的浓度会使平衡正向移动，提高D的浓度，可能使D的百分含量增大，但大量通入A时，D的增加量不明显，总气体的物质的量增大较大，反而导致D的百分含量降低，故D错误。
①该反应的ΔH_____(填“>”或“<”)0。②容器Ⅱ的体积为0.5 L，在470 ℃下进行反应，30 s后达到平衡，0～30 s内容器Ⅱ中O2的反应速率为_________ml·L－1·s－1。③已知容器Ⅰ的体积为1 L，370 ℃时，该反应的平衡常数K＝______________(保留两位有效数字)。④图中A、B、C三点处容器内密度最大的点是____(填“A”“B”或“C”)。
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。具体说明如下：
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。
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