2020-2021学年高三化学一轮复习知识点第24讲 化学平衡常数及转化率的计算

2020-2021学年高三化学一轮复习 第24讲 化学平衡常数及转化率的计算【考情分析】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.了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行相关计算。

【核心素养分析】变化观念与平衡思想：能从化学平衡常数的角度分析化学反应，运用化学平衡常数解决问题。

能多角度、动态地分析化学反应的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。

证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。

能运用模型解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。

科学探究与创新意识：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能运用化学反应原理对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

【重点知识梳理】 知识点一 化学平衡常数 一、化学平衡常数的概念及应用 1．化学平衡常数在一定温度下，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(1)对于反应m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，K ＝c p (C)·c q (D)c m (A)·c n (B)(计算K 利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。

固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。

(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。

举例如下：化学方程式平衡常数 关系式N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)K 1＝c 2(NH 3)c (N 2)·c 3(H 2)K 2＝K 1 K 3＝1K 112N 2(g)＋32H 2(g) NH 3(g)K 2＝c (NH 3)c 12(N 2)·c 32(H 2)2NH 3(g)N 2(g)＋3H 2(g)K 3＝c (N 2)·c 3(H 2)c 2(NH 3)3．注意事项(1)K值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。

(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。

4．应用(1)判断可逆反应进行的程度K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。

K＜10－510－5～105＞105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全(2)判断化学反应进行的方向对于可逆反应a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(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：Q＝c c(C)·c d(D)c a(A)·c b(B)，称为浓度商。

Q＜K反应向正反应方向进行，v正＞v逆Q＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆Q＞K反应向逆反应方向进行，v正＜v逆(3)判断可逆反应的热效应二、平衡常数和转化率的相关计算1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量N 2＋3H2催化剂高温、高压2NH3起始量 1 3 0变化量a b c平衡量1－a3－b c①反应物的平衡量＝起始量－转化量。

②生成物的平衡量＝起始量＋转化量。

③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。

变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。

因此抓住变化浓度是解题的关键。

2．掌握四个公式 (1)反应物的转化率＝n转化n起始×100%＝c 转化c 起始×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＝实际产量理论产量×100%。

(3)平衡时混合物组分的百分含量＝平衡量平衡时各物质的总量×100%。

(4)某组分的体积分数＝某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%。

3．谨记一个答题模板 反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，令A 、B 起始物质的量分别为a mol 、b mol ，达到平衡后，A的转化量为mx mol ，容器容积为V L ，则有以下关系：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a －mx b －nx px qx 对于反应物：n (平)＝n (始)－n (转) 对于生成物：n (平)＝n (始)＋n (转)则有：①K ＝⎝⎛⎭⎫px V p ·⎝⎛⎭⎫qx V q ⎝⎛⎭⎫a －mx V m ·⎝⎛⎭⎫b －nx V n②c 平(A)＝a －mx Vmol·L －1③α(A)平＝mx a ×100%，α(A)∶α(B)＝mx a ∶nx b ＝mbna④φ(A)＝a －mxa ＋b ＋(p ＋q －m －n )x ×100%⑤p 平p 始＝a ＋b ＋(p ＋q －m －n )x a ＋b⑥ρ混＝a ·M (A)＋b ·M (B)V g·L －1[其中M (A)、M (B)分别为A 、B 的摩尔质量]⑦平衡时体系的平均摩尔质量：M＝a·M(A)＋b·M(B)a＋b＋(p＋q－m－n)xg·mol－1知识点二化学反应进程的方向1．自发过程(1)含义不用借助外力就可以自动进行的过程。

(2)特点①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．熵与熵变(1)熵描述体系混乱程度的物理量，符号为S。

熵值越大，体系混乱度越大。

(2)熵变ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。

3．反应进行的方向(1)判据(2)规律①ΔH＜0，ΔS＞0的反应任何温度下都能自发进行；②ΔH＞0，ΔS＜0的反应任何温度下都不能自发进行；③ΔH和ΔS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ΔH＜0，ΔS＜0时，低温下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，高温下反应能自发进行。

【特别提醒】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化学计量数大小。

【方法技巧】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔH ΔS ΔH －T ΔS 反应情况－ ＋ 永远是负值 在任何温度下均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下均非自发进行 ＋＋ 低温为正，高温为负 低温时非自发，高温时自发 －－低温为负，高温为正低温时自发，高温时非自发【典型题分析】高频考点一 化学平衡常数的含义【例1】（2020·江苏卷）反应42SiCl (g)+2H (g)Si(s)+4HCl(g)高温可用于纯硅的制备。

下列有关该反应的说法正确的是A. 该反应H>0∆ 、S<0∆B. 该反应的平衡常数()()4242c (HCl)K c SiCl c H =⨯C. 高温下反应每生成1 mol Si 需消耗2222.4LH ⨯D 用E 表示键能，该反应ΔH=4E(Si-Cl)+2E(H-H)-4E(H-Cl) 【答案】B【解析】SiCl 4、H 2、HCl 为气体，且反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，因此该反应为熵增，即△S >0，故A 错误；根据化学平衡常数的定义，该反应的平衡常数K=4242c (HCl)c(SiCl )c (H )⋅,故B 正确；高温不是标准状况下，因此不能直接用22.4L·mol －1计算，故C 错误；△H=反应物键能总和－生成物键能总和，即△H=4E(Si －Cl)＋2E(H －H)－4E(H －Cl) －2E(Si －Si)，故D 错误；答案为B 。

【变式探究】（2020·辽宁大连模拟）已知反应①：CO(g)＋CuO(s) CO 2(g)＋Cu(s)和反应②：H 2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H 2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K 1和K 2，该温度下反应③：CO(g)＋H 2O(g)CO 2(g)＋H 2(g)的平衡常数为K 。

则下列说法正确的是( ) A ．反应①的平衡常数K 1＝c (CO 2)·c (Cu)c (CO)·c (CuO)B ．反应③的平衡常数K ＝K 1K 2C ．对于反应③，恒容时，温度升高，H 2浓度减小，则该反应的焓变为正值D ．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H 2浓度一定减小.【答案】B【解析】在书写平衡常数表达式时，纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中，A 错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K ＝K 1K 2，B 正确；对于反应③，温度升高，H 2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH <0，C 错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H 2的浓度不变，D 错误。

高频考点二 化学平衡常数的应用【例2】(2020·安徽合肥模拟)在体积为1 L 的密闭容器中，进行如下化学反应：CO 2(g)＋H 2(g) CO(g)＋H 2O(g)，化学平衡常数K 与温度T 的关系如下表：T /℃ 700 800 850 1 000 1 200 K0.60.91.01.72.6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)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c (CO 2)·c (H 2)＝c (CO)·c (H 2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO 2、1.2 mol H 2、0.75 mol CO 、1.5 mol H 2O ，则此时反应所处的状态为________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“平衡状态”)。

【解析】(1)由表格数据可知，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)由c (CO 2)·c (H 2)＝c (CO)·c (H 2O)计算出K ＝1.0，即此时温度为850 ℃；因为体积为 1 L ，所以此温度下c (CO)·c (H 2O)c (CO 2)·c (H 2)＝0.75×1.51×1.2＝0.937 5<1.0，故反应向正反应方向进行。

【答案】(1)正反应 (2)850 ℃ 向正反应方向进行【变式探究】（2020·黑龙江双鸭山模拟）在一定温度下，1 L 的密闭容器中发生反应：C(s)＋H 2O(g) CO(g)＋H 2(g)，平衡时测得C 、H 2O 、CO 、H 2的物质的量都为0.1 mol 。