2021高三化学人教版一轮学案：第七章 第三节　化学平衡常数　化学反应进行的方向 Word版含解析 22页

www.ks5u.com 第三节　化学平衡常数　化学反应进行的方向 最新考纲：1.了解化学平衡常数的含义，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。‎ 核心素养：1.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。2.证据推理与模型认知：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(Qc与K的关系)解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。‎ 知识点一　化学平衡常数及应用 ‎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 对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。‎ 例如：‎ ‎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 ‎<10－5‎ ‎10－5～105‎ ‎>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；‎ Q＝，称为浓度商。‎ Qv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T2‎ C．K1、K2的关系：K2‎>K1‎ D．实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 mol·L－1·min－1‎ 解析：根据题中信息可列“三段式”：‎ ‎　　　　 　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)‎ n(起始)/mol 　4 　2‎ n(转化)/mol 　4－x 　2－0.8‎ n(平衡)/mol 　x 　 0.8‎ ‎(4－x)∶(2－0.8)＝2∶1‎ 解得：x＝1.6‎ 同理，解得y＝0.2，‎ 由于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是放热反应，温度越高，反应正向进行的程度越小，根据x，y可以判断出T1>T2，K1”或“<”)0。‎ ‎(3)‎500 ℃‎时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正>(填“>”“＝”或“<”)v逆。‎ 解析：(1)K1＝，‎ K2＝，‎ K3＝，‎ K3＝K1·K2。‎ ‎(2)根据K3＝K1·K2, ‎500 ℃‎、‎800 ℃‎时，反应③的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH<0。‎ ‎(3)‎500 ℃‎时，K3＝2.5‎ Q＝＝≈0.88v逆。‎ 素养　三段式平衡的计算 ‎1．三段式计算 ‎“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。‎ ‎(1)分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。‎ ‎(2)明确三个关系：‎ ‎①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。‎ ‎②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。‎ ‎③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。‎ ‎(3)计算模式：‎ 化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，设A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。‎ ‎　　　 　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)‎ 起始(mol)　　a　　　　b　　　0　 　　0‎ 变化(mol)　　mx　　　nx　　 px　　　qx 平衡(mol)　　a－mx　b－nx　 px　　　qx 则有：①K＝。‎ ‎②c平(A)＝ mol·L－1。‎ ‎③α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。‎ ‎④φ(A)＝×100%。‎ ‎⑤＝。‎ ‎⑥(混)＝ g·L－1。‎ ‎⑦＝ g·mol－1。‎ ‎2．Kp计算 Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。‎ 计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体的组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。‎ ‎3．转化率的变化 判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：‎ 反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化 有多种反应物的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)‎ 恒容时只增加反应物A的用量 反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大 同等倍数地增大反应物A、B的量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 m＋n>p 恒温恒容条件下 ‎＋q 反应物A和B的转化率均增大 m＋nn＋p 反应物A的转化率增大 m0‎ B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率 C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率 D．‎380 ℃‎下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000‎ 解析：本题考查化学平衡移动和平衡常数的计算。由图像中的虚线与温度的变化关系可知，其他条件相同时升高温度，NO的平衡转化率降低，所以正反应是放热反应，即ΔH<0，A错误；X点没有达到平衡状态，该条件下平衡时NO的转化率大于X点对应的转化率，所以延长时间可提高NO的转化率，B正确；增大O2的浓度可增大NO的平衡转化率，C错误；由于NO的平衡转化率为50%，所以达到平衡时c(NO)＝c(NO2)、c(O2)<5.0×10－4 mol·L－1，平衡常数K＝>2 000，D正确。‎ ‎2．(2020·上海八校联考)一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。‎ 下列说法正确的是(　D　)‎ A．生成乙烯的速率：v(M)一定小于v(N)‎ B．化学平衡常数：KN>KM C．当温度高于‎250 ℃‎时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，从而使催化剂的催化效率降低 D．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为7.7%‎ 解析：由题中图像可知，其他条件不变时升高温度，CO2平衡转化率减小，即平衡逆向移动，所以正反应是放热反应。M点催化剂催化效率高、N点温度高，所以无法确定M、N两点的反应速率，A项错误；正反应是放热反应，所以温度越高化学平衡常数越小，B项错误；催化剂只改变反应速率而不能改变平衡移动，催化剂催化效率与平衡移动无关，催化效率降低是由温度变化引起的，C项错误；若开始投入6x mol H2、2x mol CO2，则达平衡时n(H2)＝3x mol、n(CO2)＝x mol、n(CH2===CH2)＝0.5x mol、n(H2O)＝2x mol，所以平衡时乙烯的体积分数为×100%＝7.7%，D项正确。‎ ‎3．一定量的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(　B　)‎ A．‎550 ℃‎时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动 B．‎650 ℃‎时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%‎ C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动 D．‎925 ℃‎时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总 解析：‎550 ℃‎时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在‎650 ℃‎时，CO的体积分数为40.0%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有 ‎　　　　C(s)＋CO2(g)2CO(g)‎ 始态/mol 1 0‎ 变化/mol x 2x 平衡/mol 1－x 2x 因此有×100%＝40.0%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25.0%，B项正确。由题图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。‎925 ℃‎时，CO的体积分数为96.0%，故Kp＝＝＝23.04p总，D项错误。‎ ‎4．(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：‎ ‎(1)已知：(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①‎ H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　②‎ 对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③　ΔH3＝89.3 kJ·mol－1。‎ ‎(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105 Pa，平衡时总压强增加了20%，环戊烯的转化率为40%，该反应的平衡常数Kp＝3.56×104 Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有BD(填标号)。‎ A．通入惰性气体 B．提高温度 C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度 ‎(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是CD(填标号)。‎ A．T1>T2‎ B．a点的反应速率小于c点的反应速率 C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率 D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1‎ 解析：本题考查盖斯定律的应用、转化率和平衡分压的计算、影响平衡移动的因素，题目综合性较强。‎ ‎(1)根据盖斯定律，①＋②可得反应③，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝100.3 kJ·mol－1＋(－11.0 kJ·mol－1)＝89.3 kJ·mol－1。‎ ‎(2)设碘和环戊烯的起始物质的量均为1 mol，转化的碘的物质的量为a mol，根据三段式作如下计算：‎ ‎　　　 　(g)＋I2(g)―→(g)＋2HI(g)‎ 起始量mol 　1 1 0 0‎ 转化量/mol 　a a a ‎‎2a 平衡量/mol 1－a 1－a a ‎‎2a 反应后气体的物质的量增加了(2＋a－2) mol＝a mol，根据题目信息，“刚性容器”即为恒容容器，在恒温、恒容状态下，压强之比等于气体的物质的量之比。因此可列式＝20%，解得a＝0.4。将a＝0.4代入，可得平衡时各气体的物质的量，(g)为0.6 mol，物质的量分数为；I2(g)为0.6 mol，物质的量分数为；(g)为0.4 mol，物质的量分数为；HI(g)为0.8 mol，物质的量分数为。环戊烯的转化率为×100%＝40%。该反应的平衡常数Kp＝＝＝p′总 ‎×＝p总×120%×＝105 Pa×120%×≈3.56×104 Pa。A项，恒容条件下，通入惰性气体，平衡不移动，对转化率没有影响，不符合题意；B项，因该反应的正反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，环戊烯的平衡转化率增大，符合题意；C项，对于有两种反应物的可逆反应，增加一种反应物的浓度，该反应物的转化率减小，另一种反应物的转化率增大，则增加环戊烯浓度，其自身的转化率减小，不符合题意；D项，由C项分析可知，增加碘浓度，环戊烯的转化率增大，符合题意。‎ ‎(3)根据图像信息，在T2温度下，单位时间内环戊二烯的浓度变化量更大，即反应速率更快，故T10的反应在任何温度下都能自发进行 B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的速率 解析：反应的ΔH<0、ΔS>0，则始终存在ΔH－TΔS<0，在任何温度下该反应都能自发进行，A正确。反应NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0，则高温下存在ΔH－TΔS ‎<0，若该反应能自发进行，说明体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，B正确。ΔH、ΔS都与反应的自发性有关，但要根据ΔH－TΔS判断反应的自发性，不能将ΔH或ΔS单独作为反应自发性的判据，C错误。在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变反应的活化能，从而改变反应速率，D正确。‎ ‎2．下列说法不正确的是(　C　)‎ A．焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热反应具有自发进行的倾向 B．在不同条件下同一物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大 C．自发反应是指不需要条件就能发生的反应 D．一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果 解析：根据ΔH－TΔS<0，反应能自发进行可知，一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果，焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热反应具有自发进行的倾向，但不一定能自发，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发反应是指在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程，需要一定的温度和压强，C错误。‎ ‎3．(2020·陕西咸阳模拟)下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是(　B　)‎ A．1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]0能否自发进行与温度有关 D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ 解析：物质聚集状态不同，熵值不同，熵值：气体>液体>固体，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]0，ΔS>0，能否自发进行与温度有关，C项正确；该反应的ΔS>0，常温下，不能自发进行说明ΔH－TΔS>0，则ΔH>0，D项正确。‎ ‎4．(2020·宁夏银川一中考试)已知298 K下反应2Al2O3(s)＋‎3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋2 171.0 kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5 J·(mol·K)－1，则下列说法正确的是(　D　)‎ A．由题给ΔH可知，该反应是一个放热反应 B．ΔS>0表明该反应是一个熵减少的反应 C．该反应在室温下可能自发进行 D．该反应可以自发进行的最低温度为3 416.2 K 解析：该反应的ΔH>0，为吸热反应，A项错误；ΔS>0，表明该反应是熵增的反应，B项错误；由常温下，该反应的ΔH－TΔS>0可知，该反应在常温下不能自发进行，C项错误；该反应可以自发进行的最低温度为T＝＝ K＝3 416.2 K，D项正确。‎ ‎5．(2020·湖南双峰一中考试)下列对化学反应预测正确的是(　B　)‎ 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)===X(g)＋Y(s)‎ ΔH>0‎ 它是非自发反应 B W(s)＋xG(g)===2Q(g)‎ ΔH<0，能自发进行 x可能等于1、2或3‎ C ‎4X(g)＋5Y(g)===4W(g)＋‎6G(g)‎ 能自发进行 ΔH一定小于0‎ D ‎4M‎(s)＋N(g)＋2W(l)===4Q(s)‎ 常温下，自发进行 ΔH>0‎ 解析：ΔH>0，ΔS>0，高温条件下ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，A项错误；W(s)＋xG(g)===2Q(g)的ΔH<0，能自发进行，若熵增，则任何温度下都能自发进行，若熵减，则在低温条件下能自发进行，所以G的化学计量数不确定，x可能为1、2或3，B项正确；该反应的ΔS>0，当ΔH ‎>0时，该反应在高温下也能自发进行，C项错误；该反应的ΔS<0，如果ΔH>0，则ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行，D项错误。‎