高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第40讲化学平衡常数化学反应的方向与调控学案

这是一份高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第40讲化学平衡常数化学反应的方向与调控学案，共27页。
1．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。
2．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。
考点一 化学平衡常数
1．概念
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，当该反应在一定温度下达到化学平衡时，K＝ eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B)) (固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不列入化学平衡常数表达式中)。
例如，①C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝ eq \(□,\s\up1(1)) __________________________________________________________________。
②Fe3＋(aq)＋3H2O(l)⇌Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝ eq \(□,\s\up1(2)) ___________________________________________________________________。
2．意义及影响因素
(1)通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度 eq \(□,\s\up1(3)) __________，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率 eq \(□,\s\up1(4)) ____________；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率 eq \(□,\s\up1(5)) ________。
(2)通常情况下，K只受 eq \(□,\s\up1(6)) ________影响，与物质的浓度、压强变化无关。
3．应用
(1)判断化学反应可能进行的程度。
(2)判断化学平衡移动的方向。
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的 eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B)) 称为浓度商，常用Q表示，即浓度商：Q＝ eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B)) 。
(3)判断可逆反应的反应热。
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) eq \f(c(CO)·c(H2),c(H2O)) eq \(□,\s\up1(2)) eq \f(c3(H＋),c(Fe3＋)) eq \(□,\s\up1(3)) 越大
eq \(□,\s\up1(4)) 越大 eq \(□,\s\up1(5)) 越小 eq \(□,\s\up1(6)) 温度
一、化学平衡常数表达式及其关系
1．请写出下列反应的平衡常数，并找出K1和K2、K3的关系。
(1)N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) K1
(2) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)⇌NH3(g) K2
(3)2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g) K3


答案：K1＝ eq \f(c2(NH3),c(N2)·c3(H2)) ，K2＝ eq \f(c(NH3),c\s\up6(\f(1,2))(N2)·c\s\up6(\f(3,2))(H2)) ，
K3＝ eq \f(c(N2)·c3(H2),c2(NH3)) 。K2＝K eq \s\up6(\f(1,2)) 1，K3＝ eq \f(1,K1) 。
2．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应。
①2NO2(g)＋NaCl(s)⇌NaNO3(s)＋ClNO(g) K1
②2NO(g)＋Cl2(g)⇌2ClNO(g) K2
(1)反应①的平衡常数表达式为K1＝____________________________。
(2)4NO2(g)＋2NaCl(s)⇌2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。
答案：(1) eq \f(c(ClNO),c2(NO2)) (2) eq \f(K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,K2)
二、化学平衡常数的应用
3．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)。该反应的化学平衡常数(K)和温度(T)的关系见下表。
(1)该反应的平衡常数表达式为K＝________________________________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合关系式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。
(4)若830 ℃时，向容器中充入1 ml CO、5 ml H2O，反应达到平衡后，化学平衡常数K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(5)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的容积，平衡______________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
(6)若1 200 ℃时，在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O 的浓度分别为2 ml·L－1、2 ml·L－1、4 ml·L－1、4 ml·L－1，则此时反应____________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
答案：(1) eq \f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2)) (2)吸热 (3)700 ℃
(4)等于 (5)不 (6)向逆反应方向进行
考点二 速率常数、化学平衡常数及Kp的有关计算
1．化学平衡常数的计算步骤
(1)写出有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。
(2)利用“三段式”，确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。
(4)注意单位的统一。
2．常用的四个公式
3.压强平衡常数(Kp)
[注意] 混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
[示例] 一定温度和催化剂条件下，将1 ml N2和3 ml H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。
[解析]
平衡时p(N2)＝ eq \f(0.5,3) p0、p(H2)＝ eq \f(1.5,3) p0、p(NH3)＝ eq \f(1,3) p0，Kp＝ eq \f(p2(NH3),p(N2)·p3(H2)) ＝ eq \f((\f(1,3)p0)2,\f(0.5,3)p0×(\f(1.5,3)p0)3) ＝ eq \f(16,3p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) ) 。
[答案] eq \f(16,3p eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) )
4．厘清平衡常数与速率常数的关系
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)，若速率方程为v正＝k正·cm (A)·cn(B)、v逆＝k逆·cp (C)，式中的k称为速率常数，当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·cm(A)·cn(B)＝k逆·cp (C)，化学平衡常数K＝k正/k逆。
[特别提醒]
一个化学反应的速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质的化学计量数并无确定关系。
一、平衡常数与转化率的相关计算
1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)⇌P(g)＋Q(g) ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 ml·L－1，c(N)＝2.4 ml·L－1。回答下列问题。
(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，则N的平衡浓度是________，平衡常数K为________。
(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 ml·L－1，c(N)＝a ml·L－1，达到平衡后，c(P)＝2 ml·L－1，则M的转化率为________，N的起始浓度为________。
解析：(1)
N的平衡浓度为1.8 ml·L－1，平衡常数K＝ eq \f(0.6×0.6,0.4×1.8) ＝ eq \f(1,2) 。
(2)
α(M)＝ eq \f(2 ml·L－1,4 ml·L－1) ×100%＝50%，温度不变，平衡常数不变，K＝ eq \f(2×2,2×(a－2)) ＝ eq \f(1,2) ，解得a＝6，即反应物N的起始浓度为6 ml·L－1。
答案：(1)1.8 ml·L－1 eq \f(1,2) (2)50% 6 ml·L－1
2．用测压法在刚性密闭容器中探究T ℃时4NO(g)⇌N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化见下表。
(1)20 min时，NO的转化率α＝________%。
(2)T ℃时，该反应的压强平衡常数Kp＝________MPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
解析：在恒温恒容条件下，压强之比等于气体的物质的量之比，因此可以直接用压强代替物质的量计算。
某时刻时，容器中的总压强为(15.00－4x＋x＋2x) MPa＝(15.00－x) MPa。
(1)20 min时，15.00－x＝13.20，解得x＝1.80，NO的转化率α＝ eq \f(4×1.80 MPa,15.00 MPa) ×100%＝48%。(2)平衡时，15.00－x＝12.50，解得x＝2.50，NO、N2、NO2的压强分别为5.00 MPa、2.50 MPa、5.00 MPa，Kp＝ eq \f(p(N2)·p2(NO2),p4(NO)) ＝ eq \f(2.50 MPa×(5.00 MPa)2,(5.00 MPa)4) ＝0.1 MPa－1。
答案：(1)48 (2)0.1
二、平衡常数与速率常数的关系及应用
3．(2024·潮州月考)2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ 2NO(g)⇌N2O2(g)(快) ΔH1