新教材适用2024版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率与化学平衡第22讲化学平衡常数化学反应的方向与调控课件

这是一份新教材适用2024版高考化学一轮总复习第7章化学反应速率与化学平衡第22讲化学平衡常数化学反应的方向与调控课件，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，化学平衡，浓度幂之积，反应物本身，催化剂，1计算步骤，L·mol－1等内容，欢迎下载使用。
第22讲　化学平衡常数　化学反应的方向与调控
1.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。2．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，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．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。
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。知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。5．针对典型的案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。6．掌握等效平衡的解题方法——极值思维法。
考点一　化学平衡常数
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。
K＝____________________。①平衡常数表达式中，各物质的浓度均为平衡时的浓度。其书写形式与化学方程式的书写有关。②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。
(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。
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
(4)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，平衡常数不变列方程求解。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。
(2)具体方法可按下列模式进行计算：如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a ml·L－1、b ml·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx ml·L－1。
(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)。
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。
[微点拨]　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。一个可逆反应的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。
(5)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。
(6)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。
(9)平衡常数表达式中，物质的浓度可以是任一时刻的浓度。( 　　)
(12)化学平衡常数大的可逆反应的反应物的转化率一定大。( 　　)(13)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。( 　　)
[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。
(15)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。(16)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。
(18)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。
2．某温度下，将含有H2和I2各0.10 ml的气体混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)＝0.008 ml·L－1。(1)计算该反应的K。(2)在上述温度下，若起始时间容器中通入的H2和I2(g)各0.20 ml时，求达到平衡时H2的转化率。
[答案]　(1)0.25　(2)20%
A．K越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大C．K随反应物浓度的改变而改变D．K随温度和压强的改变而改变
[解析]　K越大，表示反应达到平衡时，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，反之，反应物的转化率越小，K只与温度有关，与浓度、压强无关。
A．该反应已达到平衡状态B．该反应未达到平衡状态，反应正向进行C．该反应未达到平衡状态，反应逆向进行D．无法确定该反应是否达到平衡状态
[解析]　化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A项错误；根据化学方程式可知，平衡时B减少的物质的量＝1.6 ml×0.5＝0.8 ml，B的平衡转化率为40%，B项正确；化学平衡常数只与温度有关，增大压强化学平衡常数不变，C项错误；增加B的量，平衡向正反应方向移动，由勒夏特列原理可知，A的转化率增大，而B的转化率减小，D项错误。
则(0.2＋x＋0.5＋2x＋0.3－2x)ml·L－1×2 L＝2.0 ml，则x＝0，说明起始时反应已达平衡，两者出现矛盾，说明平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比不是4：5，A错误；若容器Ⅲ在某时刻，B的体积分数为50%，列三段式
B．在2 L的恒容密闭容器中充入4 ml NO(g)和2 ml Cl2(g)，在不同温度下测得c(ClNO)与时间的关系如图。①反应开始到10 min时，Cl2的平均反应速率v(Cl2)＝____________________。②温度为T2时，10 min时反应已经达到平衡，该反应的平衡常数K＝________________。
0.05 ml·L－1·min－1
1 有关化学平衡常数和转化率的计算步骤
以下说法正确的是( 　　)A．常温下，NO分解生成O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)B．常温下，水分解生成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
①从反应开始到5 min时，生成甲醇的平均速率为___________________。②5 min时达到平衡，H2的平衡转化率α＝________%；化学平衡常数K＝____________。③1 min时的v正(CH3OH)______(填“>”“”“4 min时的v正(CH3OH)>4 min时的v逆(CH3OH)。④若将钢瓶换成同容积的绝热钢瓶，重复题述实验，则反应放出的热量不能散发，会使体系温度上升，平衡逆向移动，甲醇物质的量分数将减小，所以小于10%。
考点二　化学反应的方向　化学反应的调控
1．自发反应―→自发反应，并不一定会发生，也不一定速率很快(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．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．判断化学反应方向的判据
注意：T的单位是K，不是℃。温度对反应方向的影响具体可表示为：
(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__________。
10MPa～30MPa
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，则该反应是熵增反应。( 　　)(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。( 　　)(9)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。( 　　)
(10)8NH3(g)＋6NO2(g)===7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH0B．1 ml CO2在不同状态时的熵值：S[CO2(g)]0能否自发进行与温度有关D．ΔH0的反应一定能自发进行
[解析]　反应SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)的气体分子数减少，该反应的ΔS0，又因为ΔH>0，ΔH－TΔS0，反应在较高温度下能自发进行；ΔHp2，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(如图甲、乙)或使用了催化剂(如图丙)。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。
(4)百分含量(或转化率)－压强－温度图像解题原则：“定一议二”。讨论三个量之间的关系，先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线)，再讨论另两个的关系，从而得到反应热或气体分子数信息。
②对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，下图中L曲线上所有的点都是__________。左上方E点时A%大于此压强时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v(正)______v(逆)；同理，右下方F点v(正)______v(逆)。
[微点拨]　化学平衡图像题的解题技巧(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。
2．复杂图像(1)复杂图像类型的解题步骤①看清坐标所代表的意义，如反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等；②抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清曲线的变化趋势；③将复杂图像转化为常规图像；④运用化学平衡知识进行解答。
(2)解决复杂平衡图像题应考虑的角度①曲线上的每个点是否都到达平衡往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。②催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。
③不同的投料比对产率造成的影响可以根据定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。
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。( 　　)
A．该反应的正反应为放热反应B．压强p2>p1C．X点对应的平衡常数为0.1D．X、Y、Z三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X
[解析]　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；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；容器体积未知，无法求算该反应的平衡常数，故C错误；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
[解析]　由题可知，反应ΔHL2；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。
A．①图可能是加压引起的B．②图可能是恒压通O2引起的C．③图可能是升高温度引起的D．④图是移走部分SO3引起的[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。
A．30～40 min间该反应使用了催化剂B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应C．30 min时降低温度，40 min时升高温度D．前8 min A的平均反应速率为0.08 ml·L－1·min－1
[解析]　分析时要注意改变条件瞬间v(正)、v(逆)的变化。增加O2的浓度，v(正)瞬间增大，v(逆)瞬间不变，A正确；缩小容器容积，增大压强，v(正)、v(逆)都增大，v(正)增大的程度大于v(逆)，B正确；升高温度，v(正)、v(逆)都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v(正)、v(逆)同时同等程度改变，D正确。
A．反应在c点达到平衡状态B．反应物浓度：a点小于b点C．反应物的总能量低于生成物的总能量D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段
[解析]　A项，化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，c点对应的正反应速率显然还在改变，一定未达平衡，错误；B项，a到b时正反应速率增加，反应物浓度随时间不断减小，错误；C项，从a到c正反应速率增大，之后正反应速率减小，说明反应刚开始时温度升高对正反应速率的影响大于浓度减小对正反应速率的影响，说明该反应为放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，错误；D项，随着反应的进行，正反应速率越快，消耗的二氧化硫就越多，SO2的转化率将逐渐增大，正确。
微考点2　平衡类常规图像(1)(2023·潍坊模拟)汽车尾气中含有NO、CO等有害气体，某新型催化剂能促使NO、CO转化为两种无毒气体。20 ℃，将0.8 ml NO和0.8 ml CO充入容积2 L的密闭容器中，模拟尾气转化，容器中NO物质的量随时间变化如图。下列说法错误的是( 　　)
A．到达平衡后，若升温，则K减小B．到达平衡后，加入催化剂C%增大C．化学方程式中n>e＋fD．到达平衡后，若增加A的量，B的转化率增大
[解析]　T2达到平衡所需时间短，温度较高，而C%含量低，则正反应方向放热；p2达到平衡所需时间短，压强较大，而C%含量低，则nx；在相同压强下，升高温度(T1>T2)，C的百分含量降低，说明升高温度平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应；增大压强平衡向正反应方向移动，A的百分含量减小，与图像不符，A错误；增大压强平衡向正反应方向移动，B的百分含量减小，与图像不符，B错误；由于反应容器的容积不变，气体的质量不变，则温度变化，平衡混合气的密度不变，C错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，混合气体的物质的量增多，质量不变，平衡混合气的平均摩尔质量减小，增大压强，平衡向正反应方向移动，平衡混合气的平均摩尔质量增大，与图像符合，D正确。
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。
(2)(2023·广东深圳月考)下列图示与对应的叙述相符的是( 　　)
[解析]　镁条与盐酸的反应是放热反应，开始反应时温度升高，速率加快，随着反应进行，浓度逐渐降低，速率的影响以浓度为主，导致速率下降，但反应继续进行，温度继续升高，所以t1 s时溶液的温度不是最高，故A错误；t1 s二氧化碳的浓度瞬间升高，然后逐渐降低，可能是缩小容器的体积，故B正确；由图可知，达到平衡后，继续升温，二氧化氮的含量增加，说明升温逆向进行，则该反应的ΔH0，故C正确；该反应正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，则K1”“＝”或“Kd。③T3～T4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，不利于CO2的捕获，所以容器内CO2气体浓度呈现增大的变化趋势。
〔对点集训3〕　(1)(2023·江苏盐城模拟)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体(体积比1：4)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO的选择性(即CO2转化生成CH4或CO的百分比)随温度变化如图所示。
由图可知，温度高于400 ℃时CH4的选择性降低，反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，则降低温度、增大压强可提高CH4的选择性，故D正确。
[解析]　已知随着温度的升高，反应达到平衡时时间会缩短，故最高点左边，反应均未达到平衡，最高点右边，反应均处于平衡状态，X点v(正)＝v(逆)，A项错误；P点所示的条件下，反应还未达到平衡状态，延长时间可以提高甲醇的产率，B项错误；由题图分析得，该反应为放热反应，C项错误；X点所对应的反应处于平衡状态，根据题给信息可列出三段式，
此反应________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。[解析]　当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。
相同温度和压强下，若SO2浓度不变，O2浓度增大，SO2平衡转化率提高
〔对点集训4〕　(1)(2023·山东淄博检测)汽车尾气是雾霾形成的原因之一。研究氮氧化物的处理方法可有效减少雾霾的形成，可采用氧化还原法脱硝：
氨氮物质的量之比为1，
在400 ℃时催化剂的活性最好，催化效率最高，同时400 ℃温度较高，反应速率快
[解析]　由图像可知，氨氮物质的量之比为1，温度为400 ℃时，脱硝效率最高。
(2)(2023·山东滨州检测)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如下图所示。
870 K(860～880 K
该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
(2)三注意：①平衡常数表达式中的浓度必须为平衡浓度。②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。③化学平衡常数只受温度的影响，与反应物、生成物的浓度无关。
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。