1、届一轮复习人教版 化学平衡常数化学反应进行的方向 学案基础课3化学平衡常数化学反应进行的方向明确考纲理清主干1.了解化学反应的方向与焓变和熵变的关系；能够利用焓变和熵变判断化学反应的方向。2了解化学平衡常数(K)的含义，能够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()。考点一化学平衡常数转化率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_。(注意：固体、纯液体的浓度视为常数，不包含在化学平衡常数的表达式中)1对于N2(g)3H2
2、(g)2NH3(g)K1N2(g)H2(g)NH3(g) K22NH3(g)N2(g)3H2(g) K3试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系_ _ _ _。答案：K1，K2，K3，K1K2书写下列化学平衡的平衡常数表达式。(1)Cl2H2OHClHClO_(2)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)_(3)COH2OHCOOH_(4)CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)_答案：(1)K(2)K(3)K(4)Kc(CO2)3意义K值越大，正反应进行的程度_越大_，反应物的转化率_越大_。一般认为，K_105_时反应进行得就基本完全了。4影响因素K只受_温度_影响，与反应物或生成物的浓度变
3、化无关。化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？提示：温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。5三种应用(1)利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度，K值_越大_，反应进行的程度_越大_。同等条件下反应物的转化率_越大_。(2)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向，对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Qc，称为浓度商。Qc(3)利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为_吸热_反应；若升高温度，K值减小，
4、则正反应为_放热_反应。1(2014上海卷，14)只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是()AK值不变，平衡可能移动BK值变化，平衡一定移动C平衡移动，K值可能不变D平衡移动，K值一定变化解析：选D影响化学平衡的因素主要有浓度、温度、压强等，而K只与温度有关。若在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，平衡向右移动，K值不变，A、C正确；K值是温度的函数，K值变化，说明温度发生了改变，则平衡一定发生移动，B正确；改变浓度或压强使平衡发生移动，若温度不变，则K值不变，D错误。2(2018泰安一中检测)某温度下，可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)的平衡常数为
5、K，下列对K的说法正确的是()AK值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大B若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C温度越高，K一定越大D如果mnp，则K1解析：选AK越大，该反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，A正确；对于一个确定的化学反应，K只是温度的函数，温度一定，K一定，与压强无关，B错误；因该反应的热效应不确定，故C项错误；K，由mnp，无法判断K的大小，D项错误。3(2018黄冈中学月考)某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K，恒容时，温度降低，K减小。下列说法中正确的是()A增大c(A)、c(B)，K增大，反应进行的程度越大B降低温度，正反应速率增
6、大C该反应的焓变为负值D该反应的化学方程式为：2E(g)F(g)A(g)2B(g)答案：D4在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如下表：T/7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K_。(2)该反应为_反应(填“吸热”或“放热”)。(3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，试判断此时的温度为_。该温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为_。(
7、4)在800时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)2 molL1，c(H2)1.5 molL1，c(CO)1 molL1，c(H2O)3 molL1，则正、逆反应速率的比较为v(正)_v(逆)(填“”“”或“”)。解析：(2)温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正反应为吸热反应。(3)由题意可得K1，查表可知温度为830，设反应了的CO2为x mol，则消耗掉的H2为x mol，生成的CO和H2O均是x mol(体积为V L)。K1，整理得x0.5。则CO2的转化率为50%。(4)Qc10.9，所以v(正)v(逆)。答案：(1)(2)吸热(3)83050%(4
8、)考点二有关化学平衡常数的计算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 molL1、b molL1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL1。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)c始/(molL1) a b 0 0c转/(molL1) mx nx px qxc平/(molL1) amx bnx px qxK_。2明确三个量的关系(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。(2)关系对于同一反应物，起始量变化量平衡量。对于同一生成物，起始量变化量平衡量。各转化量之比等于各反应物的_化学计量数_之比。3掌握四个公式(1)反应物的转化率
9、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。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率_100%_。(3)混合物组分的百分含量_100%_。(4)某组分的体积分数。1(2018钦州联考)已知反应X(g)Y(g)R(g)Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y，反应初始4 s内v(X)0.005 mol/(Ls)。下列说法正确的是()温度/7008008301 0001 200平衡常数1.71.11.00.60.4A4 s时容器内c(Y)0.76 mol/LB830达平衡时，X
10、的转化率为80%C反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动D1 200时反应R(g)Q(g)X(g)Y(g)的平衡常数K0.4解析：选B反应初始4 s内X的平均反应速率v(X)0.005 mol/(Ls)，根据速率之比等于化学计量数之比，可知v(Y)v(X)0.005 mol/(Ls)，则4 s内c(Y)0.005 molL1s14 s0.02 mol/L，Y的起始浓度为0.4 mol/L，故4 s时c(Y)0.4 mol/L0.02 mol/L0.38 mol/L，A错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则： X(g)Y(g) R(g)Q(g)c(起始)/molL10.10.4 0 0c(转化)/m
11、olL1xxxxc(平衡)/molL10.1x0.4xx x故1.0，解得x0.08，所以平衡时X的转化率为100%80%，B正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C错误；1 200时反应X(g)Y(g)R(g)Q(g)的平衡常数值为0.4，所以1 200时反应R(g)Q(g)X(g)Y(g)的平衡常数的值为2.5，D错误。2在1.0 L恒容密闭容器中加入4 mol N2O5，在一定温度下发生反应：()N2O5N2O3O2，()N2O3N2OO2。达到平衡时c(O2)4.5 molL1、c(N2O3)1.5 molL1。下列推断合理的是()A平衡时，c(N2O5)2 mo
12、lL1B平衡时，c(N2O)1 molL1C反应的平衡常数K4.5 molL1DN2O5的平衡转化率为25%解析：选C用三段法计算： ()N2O5N2O3O2，()N2O3N2OO2开始(molL1) 4 0 0 x 0 x平衡(molL1) 4x x x xy y xy依题意，解得：平衡时，c(N2O5)1 molL1，A项错误；c(N2O)1.5 molL1，B项错误；反应的平衡常数K4.5 molL1，C项正确；N2O5的平衡转化率为100%75%，D项错误。3已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g)H0，请回答下列问题。(1)某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)1 molL1
13、，c(N)2.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_。(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)4 molL1，c(N)a molL1；达到平衡后，c(P)2 molL1，a_。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。解析：用“平衡三段式法”，借助平衡常数来串联计算：(1)M(g)N(g)P(g)Q(g)起始/(molL1) 1 2.4 0 0变化/(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡/(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6(N)100%25%，K0.5。(2) 由K0.5，
14、解得a6。(3) 由K0.5，解得x0.41。答案：(1)25%(2)6(3)41%考点三化学反应进行的方向1自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从_高能_状态转变为_低能_状态(体系对外部做功或释放热量)。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)。能自发进行的反应一定能实际发生吗？提示：不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢等问题2自发反应在一定条件下，_无需外界帮助_就能自发进行的反应称为自发反应。3化学反应
15、方向(1)判据注意：熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为Jmol1K1。熵的大小：同种物质，熵值：气态液态固态对于有气体参与的化学反应，气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。(2)一般规律H_0，S_0的反应任何温度下都能自发进行；H_0，S_0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，_温度_对反应的方向起决定性作用。当H0，S0时_低温_下反应能自发进行；当H0，S0时，_高温_下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的
16、化学计量数大小。正误判断，正确的划“”，错误的划“”(1)凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的。()(2)自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小。()(3)常温下，反应C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0。()(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。()(5)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。() 1在一定条件下，对于反应mA(g)nB(g)cC(g)dD(g)，C物质的含量(C%)与温度、压强的关系如图所示。下列判断正确的是()AH0、S0 BH0、S0CH0、S0
17、 DH0、S0答案：A2(2018江苏扬州中学月考)某反应2AB(g)C(g)3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的正反应的H、S应为()AH0，S0 BH0，S0CH0，S0 DH0，S0解析：选C反应2AB(g)C(g)3D(g)的正反应为气体总分子数增加的反应，则有S0。在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，说明正反应高温时的HTS0，而低温时的HTS0，从而可得H0。3(2018盐城调研)下列有关叙述中正确的是()选项化学反应方程式已知条件预测AM(s)=X(g)Y(s)H0它是非自发反应BW(s)xG(g)=2Q(g)H0，自发反应x可能等于1
18、、2、3C4X(g)5Y(g)=4W(g)6G(g)能自发反应H一定小于0D4M(s)N(g)2W(l)=4Q(s)常温下，自发进行H0解析：选B该反应中固体分解生成气体和固体，则该反应熵增加，且为吸热反应，则有H0、S0，当温度升高时，使HTS0，该反应能自发进行，A错误；该反应的H0，若为熵增加反应，任何温度下都能自发进行；若为熵减反应，在低温下能自发进行，故x可能等于1、2或3，B正确；该反应为熵增反应，即S0，当H0时，在任何温度下均能自发进行，当H0时，高温下可自发进行，C错误；该反应为熵减反应，常温下能自发进行，说明该反应一定是放热反应，则有H0，D错误。1下列说法错误的是()A反
19、应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的H0，S0(2017江苏卷，12A)BNa与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行(2015天津卷，3A)C某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(2014天津卷，3A)D反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0(2013江苏卷，11A)答案：A2(2017江苏卷15，双选)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正v(NO2)消耗k正c2(NO2)，v逆v(NO)消耗2v(O2)消耗k逆c2(NO)c(O2)，k正、
20、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是()容器编号物质的起始浓度(molL1)物质的平衡浓度(molL1)c(NO2)c(NO)c(O2)c(O2)0.6000.20.30.50.200.50.35A达平衡时，容器与容器中的总压强之比为45B达平衡时，容器中比容器中的大C达平衡时，容器中NO的体积分数小于50%D当温度改变为T2时，若k正k逆，则T2T1答案：CD3(2015四川卷，7)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。下列说法正确的是
21、()A550时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B650时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%CT时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D925时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp24.0p总解析：选BA项，C(s)CO2(g)2CO(g)的正反应是气体物质的量增加的反应，由于反应容器为体积可变的恒压密闭容器，充入惰性气体容器体积扩大，对反应体系相当于减小压强，故v(正)、v(逆)均减小，平衡正向移动，错误；B项，由图可知，650时若设起始时CO2的体积为1 L，平衡时CO2消耗的体积为x，则C(s)CO2(g)2CO(g)V(始) 1 0V(变) x
22、 2xV(平) 1x 2x100%40.0%，x0.25 L，CO2的转化率为25%，正确；C项，由图可知，T时平衡体系中CO和CO2的体积分数均为50%，故若恒压时充入等体积的CO2和CO两种气体平衡不发生移动，错误；D项，925时，CO的平衡分压p(CO)p总96.0%，CO2的平衡分压p(CO2)p总4%，根据化学平衡常数的定义可知Kp23.04 p总，错误。42017全国卷，28(4)298 K时，将20 mL 3x molL1Na3AsO3、20 mL 3x molL1I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应；AsO (aq)I2(aq)2OH(aq)AsO (aq)2I(aq)
23、H2O(l)，平衡时c(AsO)y molL1。若平衡时溶液的pH14，则该反应的平衡常数K为_。解析：反应前，三种溶液混合后，c(Na3AsO3)3x molL1x molL1，同理，c(I2)x molL1，反应情况如下： AsO (aq)I2(aq)2OH(aq)AsO (aq)2I(aq)H2O(l) x x 0 0 xy xy 1 y 2yK(molL1)1。答案： (molL1)152017全国卷，28(3)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，
24、反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率1_%，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2_1，该反应的H_0。(填“”“”或“”)(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_(填标号)。AH2S BCO2CCOS DN2解析：(1)设平衡时H2S转化的物质的量为x。H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)初始/mol 0.40 0.10 0 0转化/mol x x x x平衡/mol 0.40x 0.10x x x由题意得：0.02解得：x0.01 molH2S的平衡转化率1100%2.5%
25、。K2.8103。(2)温度升高，平衡时水的物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故21。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故H0。(3)A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小。B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大。C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小。D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。答案：(1)2.52.8103(2)(3)B62016四川理综，11(6)在一定条件下CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1 5，达平衡时，CO转化了5/6。若a
26、kg含Ca5(PO4)3F(相对分子质量为504)的质量分数为10%的磷尾矿，在上述过程中有b%的Ca5(PO4)3F转化为P4，将产生的CO与H2O(g)按起始物质的量之比1 3混合，则相同条件下达平衡时能产生H2_kg。(已知：4Ca5(PO4)3F18SiO230C2CaF230CO18CaSiO33P4)解析：当CO(g)与H2O(g)的起始物质的量之比为1 5，设n(CO)x mol，则n(H2O)5x mol，有CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)n(起始)/molx 5x 0 0n(转变)/molxxx xn(平衡)/molxxx xK1。CO与H2O(g)按起始物质的量之比13混合时，设n(CO)a mol，n(H2O)3a mol，设生成n(H2)b mol，CO(g)H2O(g)CO
