2021年高考化学一轮复习全程考点透析13化学平衡常数化学反应进行的方向课件

化学平衡常数ꢀ化学反应进行的方向ꢀ
考纲要求: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。

(变化观念与平衡思想)ꢀ
2.能正确计算化学反应的转化率(α)。

(证据推理与模型认知)
3.了解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。

(科学态度与社会责任)
回归教材
一、化学平衡常数
1.定义
化学平衡
在一定温度下,当一个可逆反应达到时,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,该常数
K
就是该反应的化学平衡常数，用符号ꢀꢀ表示。

ꢀ
2.表达式
对于可逆反应:m A(g)+n B(g)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀp C(g)+q D(g),化学平衡常数K=ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ。

式中A、B、C、D的浓度均为平衡浓
度。

ꢀ
如在一定温度时,4ꢀmolꢀA在2ꢀL的密闭容器中分解:A(g)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2B(g)+C(g),达到平衡时测得已有50%的A分解成B和C,此温度下,该反应的平衡常数为ꢀꢀꢀ。

ꢀ4
3.意义及影响因素:
①K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度ꢀꢀꢀꢀ。

ꢀ
越大ꢀ②K只受ꢀꢀꢀ影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。

ꢀ
温度ꢀ
③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

4.化学平衡常数的应用
(1)判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
正反应进行的平衡时生成物平衡时反应物反应物浓度______ K
程度______ 浓度______ 转化率越高______ 越大
越小越大__越__小__ 越大_越__小___ 越小__越__大__ _越__低___
(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向：对于可逆反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，若浓
<＝>>＝<
(3)判断可逆反应的热效应
吸热→K 增大→正反应为反应反应
升高温度—— 降低温度—— →K 减小→正反应为放热→K 增大→正反应为放热反应→K 减小→正反应为吸热反应(4)计算平衡体系中的相关量
根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。

[特别提醒]使用化学平衡常数应注意的问题
1.化学平衡常数是指某一具体反应化学方程式的平衡常数,若化学方程式中各物质的化学计量数等倍增大或减小,平衡常数也会改变。

2.正、逆反应的平衡常数互为倒数。

3.反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,因其浓度可看作“常数”而不代入公式,H2O的状态不是液态而是气态时,则需要代入平衡常数表达式。

4.代入平衡常数表达式的是平衡浓度,而不是任意时刻的浓度,更不能将物质的量代入。

二、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发进行的过程。

(2)特点
高能低能
①体系趋向于从______状态转变为______状态(体系对外
部做功或放出热量)。

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
混乱或无序
(1) 熵是量度体系______________ 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(ΔS)＝生成物的总熵－反应物的总熵。

3.化学反应方向的判据
ΔH<0
ΔH>0
ΔS>0
ΔS<0
>
＝
<
基础测评
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。

(ꢀ√ꢀ
)
(2)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。

(ꢀꢀ)×
(3)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。

(ꢀꢀ)√
(4)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。

(
ꢀ√ꢀ)
(5)反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数增大。

(ꢀꢀ)×
(6)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。

(ꢀ)×
(7)一个可逆反应的正反应K与逆反应K相等。

(ꢀꢀ)
正逆×
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：
2NO(g)＋NaCl(s)NaNO(s)＋ClNO(g)K
231
2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)K2
则4NO(g) ＋2NaCl(s)2NaNO(s) ＋2NO(g) ＋Cl(g) 的232
平衡常数K＝________(用K、K表示)。

12
3.已知下列反应在某温度下的平衡常数：
5.在一定温度下,1ꢀL的密闭容器中发生反应:C(s)+H2O(g)ꢀ
CO(g)+H(g),平衡时测得C、H O、CO、H的物质的量都为0.1ꢀ222
mol。

(1)该反应的平衡常数K=ꢀ。

ꢀ
(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应
的ΔHꢀꢀꢀ(填“>”或“<”)0。

ꢀ
(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均
为0.2ꢀmolꢀ②C(s)、H O为0.2ꢀmol,CO、H为0.1ꢀmol,判断该反应
22
进行的方向:①ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ,②ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ。

ꢀ
高频考点
考点一化学平衡常数
考向1化学平衡常数及影响因素
A.K 值不变，平衡可能移动
B.平衡向右移动时，K 值不一定变化
C.K 值有变化，平衡一定移动
D.相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K 值也增大两倍
解析：因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K 值不变，A、B 均正确；K 值只与温度有关，K 值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C 正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2 倍，K 值应该变为[K
]2，D
(原)
错误。

答案：D
考向2化学平衡常数的计算
[典例2](2018课标全国Ⅱ,27节选)CH -CO 催化重整不仅可以得到 4 2 合成气(CO 和H 2),还对温室气体的减排具有重要意义。

回答下列问题: CH -CO 催化重整反应为CH (g)+CO (g)==2CO(g)+2H (g)。

4 2 4 2 2
已知:C(s)+2H (g)==CH (g)ꢀΔH =-75ꢀkJ·mol -1 2 4
C(s)+O (g)==CO (g)ꢀΔH =-394ꢀkJ·mol -1 2 2
C(s)+ꢀꢀꢀꢀO 2(g)==CO(g)ꢀΔH =-111ꢀkJ·mol -1
(1)该催化重整反应的ΔH =ꢀꢀꢀꢀkJ·mol -1。

有利于提高CH 4平衡转 化率的条件是ꢀꢀꢀ(填标号)。

ꢀ
A.高温低压
B.低温高压
C.高温高压
D.低温低压
(2)某温度下,在体积为2ꢀL 的容器中加入2ꢀmol ꢀCH 、1ꢀ
mol ꢀCO 以及 4 2 催化剂进行重整反应,达到平衡时CO 2的转化率是50%,其平衡常数为ꢀꢀ mol 2·L -2。

ꢀ
解析：ꢀ(1)将题给三个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由③×2－①－②可得
CH(g)+CO(g)==2CO(g)+2H(g),则该反应的ΔH=(―111 422
kJ·mol-1)×2―(―75 kJ·mol-1)―(―394 kJ·mol-1)=+247 kJ·mol-1。

催化重整反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,升高温度和降低压强均有利于平衡正向移动,从平衡转化率,A项正确。

而提高CH
4
(2)某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO
2
的转化率为50%,则有
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀCH(g)+CO(g)2CO(g)+2H(g)
422
起始浓度/(mol·L-1)10.500
转化浓度/(mol·L-1)0.250.25平衡浓度/(mol·L-1)0.750.25则该温度下,平衡常数为0.5
0.5
0.5
0.5
[方法技巧]化学平衡计算的一般思路和方法
化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。

通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系。

列出比例式或等式或依据平衡常数求解，这种思路和方法通常称为“三段式法”。

如以下反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，令A、B 起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量(mol)为mx，容器容积为V L。

m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)
起始n：变化n：
a b00 mx nx px
px
qx
qx
平衡n：a－mx b－nx
则有：
2.对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。

考向3速率常数与平衡常数的关系
[典例3](2016 年海南卷)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)·c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。

回答下列问题：
(1)已知，t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K＝______；该反应的活化能E(正)
1a
小于E
(逆)，则ΔH______0(填“小于”“等于”或“大于”)。

a
(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K
＝________；
2
温度t________t(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由12
是____________。

答案：(1)3小于
7
(2)B小于放热反应升高温度时平衡向逆反应方向
3
移动
[方法技巧]速率常数与平衡常数的关系
依据一个可逆反应的正逆速率方程和化学平衡常数关系式可以直接建立速率常数与平衡常数的关系。

例如对于N
O4(g)
2
【拓展演练】
1.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。

常温常压下发生的反应如下:
下列叙述正确的是(ꢀꢀ)
A.降低温度,总反应K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
2.近期发现,H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。

回
答下列问题:
H S与CO在高温下发生反应:H S(g)+CO(g)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀCOS(g)+H O(g)。

22222
在610ꢀK时,将0.10ꢀmolꢀCO与0.40ꢀmolꢀH S充入2.5ꢀL的空钢瓶中,反
22
应平衡后水的物质的量分数为0.02。

(1)H S的平衡转化率α=ꢀꢀꢀꢀ%,反应平衡常数K=ꢀꢀꢀꢀ。

21
(2)在620ꢀK重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率αꢀꢀꢀꢀα,该反应的ΔHꢀꢀꢀꢀ(填“>”“<”或“=”)0。

21
(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)。

ꢀ
A.H2Sꢀꢀꢀ
B.CO2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
C.COSꢀꢀꢀꢀ
D.N2ꢀ
(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时,化学反应达到平衡,水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H
S的转化率
2
增大。

a>a;根据题意可知:升高温度,化学平衡向正反应方向移动, 21
根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,故ΔH>0。

(3)增大H
S的浓度,平衡正
2
向移动,根据勒夏特列原理分析,H
S的转化率应降低,A错误;增大
2
CO的浓度,平衡正向移动,使更多的H S反应,所以H S转化率增大222
,B正确;COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率降低,C错误;N是与反应体系无关的气体,充入N,不能使化学平
22
衡发生移动,所以对H
S的转化率无影响,D错误。

2
答案：(1)2.5ꢀ2.85×10-3ꢀ
(2)>ꢀ>ꢀ
(3)B
考点二化学反应进行的方向
解析：反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。

对于A项，ΔH>0，
ΔS<0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B 项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即较低温度时反应能自发进行；对于C项，ΔH>0，
ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须升高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D 项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。

【拓展演练】
3.(2018 年山东青岛模拟)某反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS 应为(
)。

A.ΔH<0、ΔS>0
B.ΔH<0、ΔS<0
C.ΔH>0、ΔS>0
D.ΔH>0、ΔS<0
答案：C
4.(2018 年江苏南京模拟)有A、B、C、D 四个反应：
A B C D
反应
ΔH/(kJ·mol－1)ΔS/(J·mol－1·K－1)＋10.5＋1.80－126－11.7 30.0－113.084.0－105.0
(1)在任何温度下都能自发进行的反应是____________。

(2)在任何温度下都不能自发进行的反应是___________。

(3)在余下的反应中：
①温度高于______℃时可自发进行的反应是______。

②温度低于______℃时可自发进行的反应是______。

答案：(1)C(2)B(3)①77A②－161.6D
方法指导
“速率、平衡”原理在物质制备中的应用
在考试大纲中明确提出：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。

所以“化学反应速率”和“化学平衡”在全国新课标卷以及各省市高考卷
中均有所涉及，且具有一定的难度，属于难点拉分型题目，做该类题目应注意以下两个方面：
1.化工生产适宜条件选择的一般原则
(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。

(2)从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。

(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。

(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。

(5)注意催化剂的活性对温度的限制。

2.平衡类问题需综合考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。

(2)原料的循环利用。

(3)产物的污染处理。

(4)产物的酸碱性对反应的影响。

(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。

(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。

3.化工生产中反应条件的选择方法(以合成氨为例)
(1)反应原理
N(g)＋3H(g)2NH(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
223
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；
③反应物、生成物均为气态，且正反应为气体物质的量减小的反应。

(3)反应条件的选择反应对速率对平衡混合物中氨含条件
的影响量的影响合成氨条件的选择压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。

故采用10～30MPa 的高压
平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量增大增大反压强应速率温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。

故采用400 ℃～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂
的活性最大平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量升高增大反温度应速率使用增大反催化剂应速率工业上一般选用铁触媒作催化剂
没有影响
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法来提高原料的利用率。

[典例](2018 年山东济南模拟)合成氨工业中，原料气(N2、H及少量CO、NH的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合23
铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是Cu(NH
)2Ac＋CO
3
＋NH
Cu(NH3)3Ac·COΔH<0。

3
(1)必须除去原料气中CO 的原因是___________________。

(2) 醋酸二氨合铜(Ⅰ) 吸收CO 的生产适宜条件应是________________。

(3)吸收CO 后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO 的能力以供循环使用。

醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的生产适宜条件应是_____________________。

解析：根据题意，在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO 是属于使催化剂中毒的物质。

从吸收CO 的化学方程式可得：吸收CO 的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为
了使CO 最大可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡
正向移动；要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，应使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。

答案：(1)防止CO使催化剂中毒
(2)低温、高压(3)高温、低压
[演练]工业生产以NH和CO为原料合成尿素[CO(NH)]，
3222反应的化学方程式为：
2NH(g)＋CO(g)CO(NH)(l)＋H O(l)
32222
(1)在密闭容器中充入NH和CO，一定条件能自发进行
32
的原因是____________________________________。

(2)T℃时，在2 L的密闭容器中充入NH和CO模拟工业
132
n(NH)
3生产，若原料气中的NH和CO的物质的量之比(氨碳比)n(CO)
32
2＝x，下图是CO
平衡转化率(α)与氨碳比(x)的关系。

其他条件
2
不变时，α随着x 增大而增大的原因是____________________。

(3)上图中的B 点处，NH3的平衡转化率为________。

答案：(1)ΔS<0，ΔH<0，低温下反应能自发进行
(2)x 增大，相当于c(NH)增大，平衡正向移动，CO转化
32
率增大
(3)32%。