2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义：第7章第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向
展开第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向
[高考备考指南]
考纲定位 | 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.能正确计算化学反应的转化率(α)。 |
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3.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 |
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核心素养 | 1.变化观念——能利用化学平衡常数分析化学平衡的相关问题。 |
2.平衡思想——能用动态平衡的观点考察、分析化学反应，分析化学平衡常数的应用。 |
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3. 模型认知——构建“三段法”解题模型，进行化学平衡相关的计算(平衡常数、转化率)，建立解决复杂化学问题的思维框架。 |
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4. 社会责任——能运用化学反应速率和化学平衡知识综合分析化学过程，认识相关知识在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 |
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化学平衡常数
(对应复习讲义第86页)
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：
化学方程式 | 平衡常数 | 关系式 |
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N2(g)＋3H2(g) |
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2NH3(g) | K1＝ |
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N2(g)＋H2(g) |
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NH3(g) | K2＝ |
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2NH3(g) |
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N2(g)＋3H2(g) | K3＝ | K2＝ |
(或K1) |
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K3＝ |
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3.意义
(1)K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
[提醒] (1)计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。
(2)化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均改变。
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度。 ( )
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。( )
(3)平衡常数不发生变化，化学平衡一定不发生移动。( )
(4)对于反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，升高温度，K值减小，则ΔH>0。 ( )
(5)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数表达式也不同。( )
(6)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。( )
[提示] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
角度1 化学平衡常数及影响因素，平衡常数的应用
1．反应物和生成物均为气态的某平衡体系，平衡常数表达式为K＝，有关该平衡体系的说法不正确的是( )
A．升高温度，该反应的平衡常数K的变化无法判断
B．增大压强，W的质量分数减小
C．该反应的化学方程式为3Z(g)＋2W(g)X(g)＋2Y(g)
D．增大X气体浓度，平衡向正反应方向移动
D [根据平衡常数表达式及所有反应物和生成物均为气态，知该反应的化学方程式为3Z(g)＋2W(g)X(g)＋2Y(g)，C项正确；由于无法知道该反应是吸热反应还是放热反应，故升高温度无法判断化学平衡常数如何变化，A项正确；增大压强，平衡右移，W的质量分数减小，B项正确；增大X的浓度，平衡逆向移动，D项错误。]
2．(2019·武汉模拟)已知反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)的平衡常数和温度的关系如下：
温度/℃ | 700 | 800 | 830 | 1 000 | 1 200 |
平衡常数 | 1.7 | 1.1 | 1.0 | 0.6 | 0.4 |
现有两个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1 mol A和1 mol B，在Ⅱ中充入1 mol C和1 mol D，800 ℃条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．容器Ⅰ、Ⅱ中的压强相等
B．容器Ⅰ、Ⅱ中反应的平衡常数相同
C．该反应的正反应是放热反应
D．容器Ⅰ中A的浓度比容器Ⅱ中的小
C [由题中平衡常数与温度的关系可得该反应的正反应是放热反应，C正确；由于反应体系是绝热体系，则容器Ⅰ达到平衡时的温度比容器Ⅱ高，故其平衡常数小，平衡时压强大，A、B错误；容器Ⅰ比容器Ⅱ温度高，故平衡时A的浓度容器Ⅰ大于容器Ⅱ，D错误。]
3．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示。
T/℃ | 700 | 800 | 850 | 1 000 | 1 200 |
K | 0.6 | 0.9 | 1.0 | 1.7 | 2.6 |
请回答下列问题：
(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．c(CO2)＝c(CO)
B．K不变
C．容器中的压强不变
D．v正(H2)＝v正(CO2)
E．c(H2)保持不变
(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
[解析] (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃；此温度下＝≈0.94＜1.0，故反应向正反应方向进行中。
[答案] (1)正反应 (2)E (3)850 ℃ 向正反应方向进行中
化学平衡常数三大应用 |
Ｋ
角度2 “三段式”突破化学平衡常数和转化率的计算
4．(2019·试题调研)已知T1温度下在容积为10 L的密闭容器中发生可逆反应X(g)＋Y(g)2Z(g)＋2W(s) ΔH，起始时充入15 mol X与15 mol Y，10 min时反应达到平衡状态，测得平均速率v(Z)＝0.12 mol·L－1·min－1。下列有关说法正确的是( )
A．T1温度下该反应的平衡常数为2.56
B．平衡时再充入一定量的X，平衡正向移动，X的转化率增大
C．若T2>T1，T2时K＝1.52，则该反应的ΔH>0
D．若其他条件不变，T3温度下，K＝1.96，则Y的平衡转化率约为41.3%
D [根据Z的反应速率可知平衡时c(Z)＝1.2 mol·L－1，则平衡时，c(X)＝0.9 mol·L－1，c(Y)＝0.9 mol·L－1，W为固体，平衡常数K＝＝≈1.78，A项错误；平衡时，再充入一定量的X，平衡正向移动，但X的转化率减小，Y的转化率增大，B项错误；温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH<0，C项错误；T3温度下，K＝1.96，则
X(g)＋ Y(g)2Z(g)＋2W(s)
起始/(mol·L－1) 1.5 1.5 0
起始/(mol·L－1) x x 2x
平衡/(mol·L－1) 1.5－x 1.5－x 2x
平衡常数K＝＝1.96，解得x≈0.62，则Y的平衡转化率为×100%≈41.3%，D项正确。]
化学平衡常数和转化率计算模型 |
(1)一个模式——“三段式”
如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)
c始/(mol·L－1) a b 0 0
c转/(mol·L－1) mx nx px qx
c平/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
K＝。
(2)掌握四个公式
①反应物的转化率＝×100%＝×100%。
②生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。产率＝×100%。
一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
③混合物组分的百分含量＝×100%。
④某组分的体积分数＝。
化学反应进行的方向
(对应复习讲义第88页)
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或放出能量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵、熵变
(1)熵是量度体系混乱程度的物理量，符号为S。
(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：S(g)＞S(l)＞S(s)。
(3)熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
3．化学反应方向的判据
放热过程中体系能量降低，ΔH＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变来判断反应方向不全面体系的混乱度增大，即熵增，ΔS＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也可能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面ΔG＝ΔH－TΔS
(1)凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的。( )
(2)自发过程的熵一定增大，非自发过程的熵一定减小。( )
(3)焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。( )
(4)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。( )
[提示] (1)× (2)× (3)√ (4)√
1．(2019·南昌模拟)常温下，下列反应中一定不能自发进行的是( )
A．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1
B．2CO(g)===2C(s，石墨)＋O2(g) ΔH＝＋221.0 kJ·mol－1 ΔS＝－178.72 J·mol－1·K－1
C．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH＝－78.03 kJ·mol－1 ΔS＝＋1 110 J·mol－1·K－1
D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH＝＋37.301 kJ·mol－1 ΔS＝＋184.05 J·mol－1·K－1
B [常温下T＝298 K，若反应的ΔH＝－444.3 kJ·mol－1、ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1，则有ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol－1－298 K×(－280.1×10－3kJ·mol－1·K－1)≈－360.83 kJ·mol－1＜0，则该反应能自发进行，A正确；若反应的ΔH＝＋221.0 kJ·mol－1、ΔS＝－178.72 J·mol－1·K－1，则有ΔH－TΔS＝＋221.0 kJ·mol－1－298 K×(－178.72×10－3kJ·mol－1·K－1)≈＋274.26 kJ·mol－1＞0，则该反应不能自发进行，B错误；若反应的ΔH＝－78.03 kJ·mol－1、ΔS＝＋1 110 J·mol－1·K－1，则有ΔH－TΔS＝－78.03 kJ·mol－1－298 K×(＋1 110×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－408.81 kJ·mol－1＜0，则该反应能自发进行，C正确；若反应的ΔH＝＋37.301 kJ·mol－1、ΔS＝＋184.05 J·mol－1·K－1，则有ΔH－TΔS＝＋37.301 kJ·mol－1－298 K×(＋184.05×10－3kJ·mol－1·K－1)≈－17.55 kJ·mol－1＜0，则该反应能自发进行，D正确。]
2．(2019·长郡模拟)氨催化氧化法制硝酸的原理为4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)。在浓氨水中通入空气，将炽热铂丝插入氨水中引发反应后，铂丝保持红热状态至反应停止。下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH>0、ΔS>0
B．该反应在较高温度下才能自发进行
C．该反应中正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．该反应中，反应物的总键能大于生成物的总键能
C [将炽热铂丝插入氨水中引发反应后，铂丝保持红热状态至反应停止，说明该反应为放热反应，则有ΔH<0，该反应的正反应为气体总分子数增大的反应，则有ΔS>0，A错误；由于ΔH<0、ΔS＞0，则有ΔH－TΔS<0，该反应在任何温度下都能自发进行，B错误；该反应的ΔH<0，则有ΔH＝Ea(正反应)－Ea(逆反应)<0，即Ea(正反应)<Ea(逆反应)，C正确；该反应的ΔH<0，则反应物的总键能小于生成物的总键能，D错误。]
