化学平衡常数 化学反应进行的方向(公开课)

反应的自发进行情况可以表示为：
一定 低温
高温 一定不能
练习 1. 下列说法不正确的是( B ) A. [2013· 重庆高考]一定条件下发生反应 E(g)＋F(s)===2G(g)，该反应 ΔS>0 B. [2012· 江苏高考]CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不 能自发进行，说明该反应的 ΔH<0 C. [2011· 江苏高考]一定温度下，反应 MgCl2(l)===Mg(l)＋ Cl2(g)的 ΔH>0，ΔS>0 D. [2011· 上海高考]同一物质：固体→液体→气体的变化是 焓增和熵增的过程
t1 ℃时，在恒容密闭容器中建立上 述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如右图所示。 (1)该条件下反应平衡常数表达式 K＝__________ 。在 c (CH OH)
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c(CH3OCH3)•c(H2O)
t1 ℃时，反应的平衡常数为__________ ； 5 (2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依 次为 c(CH3OH)＝0.4 mol· L 1、c(H2O)＝0.6 mol· L 1、
2．化学反应进行方向的事实判据
(1)由不稳定物质向稳定物质转变。 △ 如 2NaHCO3=====Na2CO3 ＋ CO2↑＋ H2O，稳定性 Na2CO3>NaHCO3。 (2) 离子反应总是向着使反应体系中某些离子浓度减 小的方向进行。 ①溶解度大的物质向溶解度小的物质转变，如 CaSO4(微溶)＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4。 ②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变， 如 CH3COOH ＋ NaHCO3===CH3COONa ＋ CO2 ↑ ＋ H2O ， Na2SiO3 ＋ CO2 ＋ H2O===H2SiO3 ↓ ＋ Na2CO3 ， 所 以 酸 性 强 弱 ： CH3COOH>H2CO3>H2SiO3。
转化率也能表示反应进行的程度，但转化率不仅与 温度有关，而且与起始条件有关。
(2)K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起 始浓度的大小、压强大小、是否加催化剂无关。
(3)可由K随温度的变化推断反应的吸放热情况。正 反应为放热的反应，温度升高，K值减小，反之K值 增大；正反应为吸热的反应则相反。
K=[CH3COOC2H5][H2O]/([C2H5OH][CH3COOH])
②同一化学反应，可以用不同的化学反应式来表示，用 不同的化学反应方程式表示时，对应的平衡常数的表达 式也不同，但它们之间相互关联,正、逆反应的平衡常 数则互为倒数。
例 N2 (g) + 3 H2 (g) 2NH3 (g) K1 = 1.60 10 5 1/2N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) K2 = 3.87 10 2 K1 K2 ， K1 = K 22
2. 汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染 源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上安装催化转 化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无 毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋ 2CO2(g)，在298 K、101 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1， ΔS＝－143.5 J·mol－1·K－1。下列说法中错误的是( )
练习3.现有反应：CO(g)＋H2O(g) △H＞0。在850℃时，K＝1。
CO2(g)＋H2(g);
(1)若升高温度到950℃时，达到平衡时K “大于”“小于”或“等于”)。
大于
1(填
(2) 850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO，3.0 mol H2O，1.0 mol CO2和x mol H2，则： ①当x＝5.0时，上述反应向 逆反应 方向进行。
练习2. 25℃时，反应2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)的平衡常数K ＝1.72×10－46。在一个体积可变的密闭容器中充入一定量CO2、 CO、O2的混合气体，以下说法中正确的是( ) C A. 要使容器中的反应开始时向CO2分解的方向进行，起始时三种 气体的物质的量浓度应满足的关系是 [c(CO)· c(O2)]/c(CO2)<1.72×10－46 B. 达平衡后，其他条件不变时，增加容器的压强，平衡正向移 动 C. 平衡常数K随温度的升高而增大 D. 平衡常数K随压强的增大而减小
(3)由难挥发性物质向易挥发性物质转变。 如 NaCl＋H2SO4(浓)=NaHSO4＋HCl↑，所以沸点： H2SO4(浓)>HCl。 (4)由氧化性 (还原性 )强的物质向氧化性 (还原性)弱的物 质转变。 如 2FeCl3 ＋ 2KI===2FeCl2 ＋ I2 ＋ 2KCl, Cl2===2FeCl3，则氧化性：Cl2>FeCl3>I2。 2FeCl2 ＋
－ －
c(CH3OCH3)＝1.2 mol· L ， 此时正、 逆反应速率的大小： v 正______ ﹥ v 逆(填“>”、“<”或“＝”)。
－1
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)。
③熵判据 > 体系的混乱度 增大 ，ΔS 0， 反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程 也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向 也不全面。 (3)复合判据——自由能变化 －1 kJ · mol Δ G ①符号： ，单位： 。 TΔS ②公式：ΔG＝ ΔH－ 。
恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据， 不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，可 推出下列关系式： a．当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG 0< ，反应一定自发 进行。 b．当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG 0> ，反应不可自发 进行。 c．当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应是 否自发与 温度 有关。
数称该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)， 用符号K表示。 2、表达式： mA (g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
p(C)· q(D) c c 平衡常数的数学表达式 K = cm(A)· cn(B)
3.平衡常数的单位
对于反应: mA (g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
p(C)· q(D) c c 平衡常数的数学表达式 K = cm(A)· cn(B)
（5）利用平衡常数判断平衡移动方向 在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用 该时刻的浓度商Qc（产物浓度的幂之积与反应物 浓度的幂之积的比）与K比较大小来判断。
对于可逆反应: mA(g)+nB (g) pC(g)+qD(g)
Qc< K p q c (C )c ( D) Qc = K QC m n c ( A)c ( B) Qc> K
平衡常数的单位： 浓度的单位为mol·L-1 K 的单位为(mol·L-1)n；（ n =p+q-m-n）
4、书写平衡常数关系式的规则
①纯固体和纯液体，稀溶液中的水参加反应时，
不引入平衡常数表达式，因为它们的浓度是固定 不变的. 如:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) K=[CO2]
B A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B．该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂 条件 C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加 快反应的速率 D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒
练习3. 已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋ NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1。下列说法中正 确的是 ( ) D A．该反应中熵变小于0，焓变大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下 所有碳酸盐分解一定自发进行 D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合 考虑
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足 的条件是 0 ≤ ＜3.0。
x
(3) 在 850℃时，若设 x ＝ 5.0 和 x ＝ 6.0 ，其他物质的投料不 变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为
a％、b％，则a 小于 b(填“大于”“小于”或“等于”)。
练习 4.二甲醚是一种重要的清洁燃料， 可以通过 CH3OH 分子间脱水制得： 2CH3 H2O(g) CH3OCH3(g)＋ ΔH＝－23.5 kJ· mol－1。
再如: 稀溶液中进行的有水参加的反应，水的 浓度也不必写在平衡关系式中， 如：Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+ K=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]
非水溶液中的反应，如有水生成或有水参加反 应，此时水的浓度不可视为常数，必须表示在平 衡关系式中。 如酒精和醋酸的液相反应 C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O
③多重平衡规则：若干方程式相加(减)，总反应的平衡 常数等于分步平衡常数的乘积(商) 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 c2 ( NO2 ) k1 2 c ( NO) c(O2 ) 2NO2 (g)
c( N 2O4 ) K2 2 c ( NO2 )
N2O4
2NO (g) +O2(g)
例：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 浓度平衡常数与温度的关系如下： 温度 浓度平衡常数 623K 66 .9 698K 54.4
△
2HI(g),的
763K 45.9
通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判 放 断上可逆反应的正方向是 热反应.
(4) 平衡常数K值的大小并不代表平衡速率的大小。
3．化学反应方向的判据 (1)焓判据 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，故只用焓变判断反应方向不全面。 (2)熵判据 ①熵：量度体系混乱 程度的物理量，符号为 ， － 1· －1 S J· mol K 单位为 ②熵的大小：同种物质，三种状态下，熵值由 大到小的顺序为 S(g)>S(l)>S(s) 。
N2O4 (g)
c( N 2O4 ) K3 2 c ( NO) c(O2 ) c 2 ( NO2 ) c( N O ) 2 2 2 4 c ( NO) c(O2 ) c ( NO2 ) K1 K 2
5、化学平衡常数的意义及应用
(1)化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大，反 应进行的程度越大，反应物的转化率越大。K >105时， 可以认为该反应已经进行完全;K ≤10-5则认为这个反 应的正反应很难进行(逆反应较完全）。
未达平衡，正向进行
达平衡，平衡不移动
未达平衡，逆向进行
练习1.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下 列反应：①NH4I(s) NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g) H2(g) ＋I2(g)，平衡时c(HI)＝4 mol· L－1，c(H2)＝0.5 mol· L－1， 则此温度下反应①的平衡常数为( C ) A. 9 B. 16 C. 20 D. 25
第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向
高考怎么考？
1、化学平衡常数的计算及利用化学平
衡常数进行化学平衡移动方向的判断和 反应是放热还是吸热等；
2、焓变、熵变与化学反应方向的关系
一、化学平衡常数(符号为K)
1、定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状
态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平
衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常