2024版新教材高考化学全程一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡第24讲化学平衡常数化学反应的方向（课件+课时作业+学生用书）（3份）

第24讲　化学平衡常数　化学反应的方向复 习 目 标1．了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确计算化学反应的转化率(α)。考点一　化学平衡常数必备知识整理1.化学平衡常数及表达式(1)概念：在一定温度下，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，用符号____表示。化学平衡浓度幂之积浓度幂之积K   2．意义及影响因素特别提醒一般地，当K＞105时，反应基本完全了。大大3.主要应用(1)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡正逆(2)判断可逆反应的反应热吸放放吸[正误判断]　(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度(　　)(2)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大(　　)×　平衡常数表达式中，必须是各物质的平衡浓度×　平衡常数只与温度有关 ×　固体或纯液体浓度为常数，不出现在平衡常数的表达式中×　平衡常数只与温度有关(5)升高温度，平衡常数K一定增大(　　)(6)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动(　　)(7)一定温度下，2SO2＋O2⇌2SO3与2SO3⇌O2＋2SO2的平衡常数互为相反数(　　) ×　升温，对于吸热反应，平衡常数增大，对于放热反应，平衡常数减小×　平衡常数发生改变，温度一定改变，所以化学平衡一定发生移动×　一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆它们互为倒数关系 答案：D解析：固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强，平衡逆向移动，B项错误；升温，该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。2．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答案：A解析：使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ的发生，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的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故C错误；反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。题组二　化学平衡常数的计算与应用3．已知COS氢解：H2(g)＋COS(g)⇌H2S(g)＋CO(g)　ΔH＝＋6.2 kJ·mol－1。COS(g)氢解反应的平衡常数K与温度T的关系如图。(1)能表示COS(g)氢解反应的直线为________(填“x”“y”或“z”)。(2)某温度下向刚性容器中通入m mol COS(g)和n mol H2(g)发生氢解反应。已知COS(g)的平衡转化率为α，则该温度下氢解反应的平衡常数K＝_________________(用m、n、α等符号表示)。z  4．减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＜0，向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示。(1)为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有_______________________________(写出两种即可)。(2)此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K＝___________。降低温度或增大压强或使用高效催化剂2.56×105 新 情 境 新 高 考O3的消毒原理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，能杀灭新冠肺炎病毒。已知常温常压下发生的反应如下：反应①O3⇌O2＋[O]　ΔH>0平衡常数为K1(反应进行程度较小)反应②[O]＋O3⇌2O2　ΔH0，故D正确。4．氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列有关合成氨反应的说法正确的是(　　)A．反应的ΔS>0B．反应的ΔH＝E(N—N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率答案：C解析：在合成氨反应中，生成物气体分子数小于反应物气体分子数，所以反应的ΔS＜0，A不正确；反应的ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)，B不正确；由合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，可建立如下关系式：N2～3H2～6e－，则反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2 mol×6.02×1023 mol－1＝2×6.02×1023，C正确；合成氨反应为放热的可逆反应，高温可加快反应速率，但会使平衡逆向移动，不能提高H2的平衡转化率，使用催化剂只能改变反应速率，但不能改变H2的平衡转化率，也就不能提高H2的平衡转化率，D不正确。 2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝－746.5 kJ·mol－1 (2)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的NOx含量，某研究所的科研人员探究了T1 ℃时等质量的三种催化剂对CO还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如图1所示。①如果不考虑催化剂价格，则使用催化剂______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是________。②若容器容积为2 L，开始时加入0.5 mol NO、0.5 mol CO，在催化剂Ⅰ的作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)在该温度下的平衡常数K＝________。Ⅰv(A)>v(B)640 ③在图2坐标系中画出使用催化剂Ⅰ(其他条件相同)时，25 s时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。6．氢能是一种公认的高热值清洁能源，目前世界各国正致力于将高污染高排放的碳能源过渡成清洁高效低排放的氢能源。(1)我国氢气的主要来源是焦炉气制氢，所制得的氢气含有较多的CO和H2S，中温干法脱硫是用氧化铁将硫元素转化为硫化铁。干法脱硫反应的化学方程式为____________________________。Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O解析：根据题干可知，该反应为氧化铁与H2S反应，生成硫化铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O。(2)我国科研人员用木屑水蒸气气化制取氢燃料，在一定条件下，反应器中存在如下反应：ⅰ.CO2(g)＋C(s)===2CO (g)　ΔH1ⅱ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2ⅲ.C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH3ⅳ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH4ⅴ.CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH5①ΔH5＝_________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3或ΔH4的式子表示)。2ΔH2－ΔH1－ΔH3 解析：根据盖斯定律2×ⅱ－ⅰ－ⅲ＝2×ⅳ－ⅲ＋ⅰ＝ⅱ＋ⅳ－ⅲ，则ΔH5＝2ΔH2－ΔH1－ΔH3＝2ΔH4－ΔH3＋ΔH1＝ΔH2＋ΔH4－ΔH3。 1.0CaO作为CO2的吸收剂，使产气中CO2分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2的方向移动  ③从产氢率的角度考虑，最佳操作温度是__________。④随着反应的进行，发现CaO的吸收能力逐渐降低，原因是____________________________________________________________。解析：③根据表格可知750 ℃时，产氢率最高。④CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙，附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收。750 ℃　CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收(3)将氢气储存于液体燃料中，可以解决氢气的安全高效存储和运输问题。由于甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低等优点，是理想的液体储氢平台分子。我国学者构建一种双功能结构的催化剂，反应过程中，在催化剂的表面同时活化水和甲醇。如图是甲醇脱氢转化的反应历程(TS表示过渡态)。根据图像判断甲醇脱氢反应中断裂的化学键是______________，该反应的ΔH________( 填“大于”“等于”或“小于”)0。O—H和C—H小于解析：甲醇的结构简式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是O—H和C—H；该反应的相对能量降低，反应放热。 BD ②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系_______(填“吸收”或“放出”)热量________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。吸收31.20.02 MPa  102CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O 2．[2022·湖北卷]硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：2NaHS(s)＋CS2(l)===Na2CS3(s)＋H2S(g)。下列说法正确的是(　　)A．Na2CS3不能被氧化B．Na2CS3溶液显碱性C．该制备反应是熵减过程D．CS2的热稳定性比CO2的高答案：B解析：Na2CS3中的S为－2价，能被氧化，A项错误；由Na2CO3溶液为碱性可以推测Na2CS3溶液也为碱性，B项正确； 该反应由固体和液体生成固体和气体，是熵增过程，C项错误；S原子半径比O原子大，C===S键比C===O键的键能小，故CS2的热稳定性比CO2的低，D项错误。3．[2022·全国乙卷]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：(1)已知下列反应的热化学方程式：①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－1 036 kJ·mol－1②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94 kJ·mol－1③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－484 kJ·mol－1计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·mol－1。＋170解析：根据盖斯定律可知，反应④＝(①＋②)÷3－③，即ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2)÷3－ΔH3＝＋170 kJ·mol－1。(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是_______________________________________，缺点是________。(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________ kPa。高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少能耗高50%4.76 (4)在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S­Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率______________，理由是______________________________________________________________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为________ kPa·s－1。越高(或越大)H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高d24.9 4．[2023·浙江1月]二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，K1Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1，K2请回答：(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是________。A．低温低压 B．低温高压C．高温低压 D．高温高压(2)反应CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1，K＝________(用K1，K2表示)。C＋329  (3)恒压、750 ℃时，CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，反应经如图1流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。①下列说法正确的是________。A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用B．过程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移C．过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因_________________________________________________________。BC  (4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图2，请在图3中画出400～1 000 ℃之间R的变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：下列说法不正确的是________。A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率B．温度越低，含氢产物中H2O占比越高C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小D．改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大C解析：①设起始时CH4、CO2分别为a mol、3a mol，根据图2，1 000 ℃时CH4转化率为100%，CO2转化率为60%，则Δn(CO2)＝3a mol×60%＝1.8a mol，Δn(CH4)＝a mol×100%＝a mol，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)＝1.8。根据图示，随着温度升高，CH4的转化率先逐渐增大，后基本不变，CO2的转化率逐渐增大，从图示可知，CH4、CO2的转化率之差先增大(约600 ℃时最大)后减小，最终比起始时大，则R先减小后增大，最终比起始时小。②反应Ⅰ中CH4和CO2的变化量相同，R值提高说明催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，A项正确；由表可知，温度越低，R值越大，说明参与反应Ⅱ的CO2越多，生成的H2O越多，B项正确；温度升高，反应Ⅰ、Ⅱ平衡均正向移动，CH4、CO2转化率均增大，C项错误；由表中数据可知，改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大，D项正确。