2021版新高考化学（人教版）一轮复习教师用书：第1部分第7章第3节化学平衡常数化学反应进行的方向

第三节　化学平衡常数　化学反应进行的方向
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1.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
2.能正确计算反应的平衡转化率(α)。
3.了解化学反应进行的方向判断。


化学平衡常数

1．化学平衡常数
(1)概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
(2)表达式：
对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，K＝。
实例
①Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－
K＝。
②C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　
K＝。
③CO＋H2OHCO＋OH－
K＝。
④CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)　K＝c(CO2)。
(3)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般地说，当K>105时就认为反应完全，当K0　平衡常数为K1；
反应②　[O]＋O32O2　ΔH2，因此温度低于80 ℃，故错误；D项，此时Qc＝＝1v逆，故正确。]

化学平衡常数的两大应用
(1)判断可逆反应的反应热。
升高温度
降低温度
(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应方向。(Qc与K的表达式相同)

命题点2　“三段式”突破K、α的有关计算
[典例导航]
(2017·全国卷Ⅰ，节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝_____%，反应平衡常数K＝______。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“>”“　(3)B

(1)610 K时，CO2的平衡转化率为________，比H2S的平衡转化率________。
(2)610 K时，2H2S(g)＋2CO2(g) 2COS(g)＋2H2O(g)的平衡常数K′与K的关系为________。
(3)620 K时，化学平衡常数K约为________，比610 K时的平衡常数K________。
[答案]　(1)10%　大　(2)K′＝K2　(3)6.9×10－3　大

“三段式”突破化学平衡的综合计算模板
已知反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
　　　　　　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
a b 0 0
mx nx px qx
a－mx b－nx px qx
相关计算：
①平衡常数：K＝。
②A的平衡转化率：α(A)平＝×100%。
③A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：
w(A)＝×100%。
④v(A)＝。
⑤混合气体的平均密度：混＝。
注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。
4．某温度下，2 L密闭容器中，使CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)中的所有物质均为气态，反应过程中部分数据见下表。
反应时间
n(CO2) /mol
n(H2)/mol
n(CH3OH) /mol
n(H2O)/mol
0 min
2
6
0
0
10 min

4.5


20 min
1



30 min


1

(1)前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)＝____ mol/(L·min)。
(2)该温度下，该反应的平衡常数为________。
(3)在相同条件下，向另一个容积为2 L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为a mol、b mol、c mol、d mol，要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则d的取值范围为________。
[解析]　(1)10 min内消耗1.5 mol H2，则v(H2)＝＝0.075 mol/(L·min)，根据化学计量数的关系可知v(CH3OH)＝v(H2)＝0.025 mol/(L·min)。(2)根据表格中数据并结合三段式法可知20 min时反应已达到平衡状态，平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5 mol·L－1、1.5 mol·L－1、0.5 mol·L－1和0.5 mol·L－1，则平衡常数K＝＝。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡
为等效平衡，且起始时反应逆向进行，可知d应大于1，根据化学计量数进行转换，可知H2O的最大量为2 mol，即d应满足的范围是1vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
[答案]　(1)＋247　A　
(2)①劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD　②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
3．(2018·全国卷Ⅲ，T28(3))对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH＝＋48 kJ·mol－1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
[解析]　温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，
v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
　　 　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y
平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y
代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝　①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
　 　　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.2y 0.1y 0.1y
a处/mol 0.8y 0.1y 0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出≈1.3。
[答案]　大于　1.3