第第3 3讲化学平衡常数化学反应进行的方向讲化学平衡常数化学反应进行的方向第七章第七章内容索引010203强强基础基础 固本增分固本增分探考点探考点 精精准突破准突破研研专项专项 前沿前沿命题命题强强基础基础 固本增分固本增分一、化学平衡常数的定义及应用1.定义在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物与反应物的比值是一个常数,用符号K表示。浓度幂之积浓度幂之积2.表达式(1)对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),K=。如C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式K=。平衡常数表达式的浓度是平衡浓度固体和纯液体物质的浓度视为常数,通常不写入平衡常数表达式中,但水蒸气需写入(2)化学平衡常数是指某一个具体反应的平衡常数,当化学反应方向改变或化学计量数改变时,化学平衡常数也发生改变,例如3.意义与影响因素(1)K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度。(2)K只受影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。越大温度4.应用(1)判断可逆反应进行的程度K105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全(2)判断化学反应进行的方向对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商浓度商Qc表达式的浓度是任意时刻的浓度=(3)判断可逆反应的热效应吸热放热放热吸热5.平衡转化率易错辨析(1)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。()(2)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。()(3)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。()(4)对某一可逆反应,升高温度化学平衡常数一定变大。()(5)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。()(6)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K增大。()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进行的过程。2.化学反应方向的判据降低一定能一定不能能能应用提升有关反应自发进行判断的注意事项(1)某些自发反应需在一定条件下才能自动进行,非自发反应具备了一定条件也能发生。(2)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。易错辨析(1)凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。()(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行。()(3)放热过程有自发进行的倾向,但不一定能自发进行,吸热过程没有自发进行的倾向,但在一定条件下也可自发进行。()(4)-10的水结成冰,可用熵判据来解释反应的自发性。()(5)H0的反应在低温时不能自发进行。()(6)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方向。()探考点探考点 精精准突破准突破考点一考点一化学平衡常数的化学平衡常数的计算与算与应用用命题解读新教材变化删除了平衡常数的实例,删除了“以其化学计量数为幂”;新增“本书不考虑有关量的单位”,强调不考虑平衡常数的单位考情透析高频考点分析近几年高考化学试题,选择题或非选择题中考查平衡常数表达式的书写、计算化学平衡常数和转化率等、利用平衡常数判断化学反应的方向。预测考向新的一年高考命题方向:根据图像,利用“三段式”法计算平衡常数;利用Qc和K的相对大小,判断化学反应进行的方向考向考向1 1 化学平衡化学平衡常数表达式及其影响因素常数表达式及其影响因素1.水煤气是气体燃料的一种,主要成分是氢气和一氧化碳,由水蒸气和炽热的无烟煤或焦炭反应制得,用作合成氨、有机合成、氢气制造等的原料。在一定温度下,利用水煤气还原氧化铜的过程中,发生以下三个反应:反应:CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)K1反应:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)K2反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K3(1)反应的平衡常数表达式为。(2)反应的K3与K1、K2的关系是K3=。(3)随着温度的升高K3逐渐减小,则反应的反应热H0。2.(2022江苏卷,10)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g)4N2(g)+6H2O(g),下列说法正确的是()A.上述反应S0,A错误;反应平衡常数K=,B正确;反应每消耗4mol氨气,转移12mol电子,则反应中消耗1mol氨气转移电子的数目为36.021023,C错误;实际应用中,加入尿素的量越多,尿素水解生成的氨气过量,柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大,D错误。3.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:反应O3O2+OH0平衡常数为K1;反应O+O32O2H0平衡常数为K2;总反应:2O33O2H0平衡常数为K。下列叙述正确的是()A.降低温度,总反应K减小B.K=K1+K2C.适当升温,可提高消毒效率D.压强增大,K2减小答案C解析总反应放热,降低温度,K增大,A错误;反应+反应得总反应,则K=K1K2,B错误;升温反应平衡右移,反应平衡左移,O的含量增大,可提高消毒效率,C正确;压强增大,K2不变,D错误。归纳总结化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或倍,则化学平衡常数变为原来的n次幂或次幂。(3)两方程式相加得到新的化学方程式,其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。考向考向2 2 化学平衡化学平衡常数、转化率的有关计算常数、转化率的有关计算4.(2022全国乙卷,28)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。H2S热分解反应方程式为2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)。(1)在1470K、100kPa反应条件下,将n(H2S)n(Ar)=14的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为,平衡常数Kp=kPa。(2)在1373K、100kPa反应条件下,对于n(H2S)n(Ar)分别为41、11、14、19、119的H2S-Ar混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。n(H2S)n(Ar)越小,H2S平衡转化率,理由是。n(H2S)n(Ar)=19对应图中曲线,计算其在00.1s之间,H2S分压的平均变化率为kPas-1。答案(1)50%4.76(2)越高n(H2S)n(Ar)越小,H2S的分压越小,平衡向正反应方向移动,H2S平衡转化率越高d24.9解析(1)假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol,根据三段式可知:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)始/mol 100变/mol x0.5xx平/mol 1-x0.5xx(2)由于正反应是气体体积增大的可逆反应,n(H2S)n(Ar)越小,H2S的分压越小,相当于降低压强,平衡向正反应方向移动,因此H2S平衡转化率越高。n(H2S)n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S)n(Ar)=19对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S)n(Ar)=19反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol,则根据三段式可知2H2S(g)S2(g)+2H2(g)始/mol100变/mol0.240.120.24平/mol0.760.120.245.(2022四川内江第三次模拟,节选)一定温度和压强为1MPa条件下,将CO2和H2按物质的量之比为14通入密闭弹性容器中发生催化反应,假设只发(已知Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替),用CH4的分压变化表示反应在10min内达平衡的平均速率为MPamin-1(列出算式即可)。解析CO2和H2物质的量之比为14,设CO2的物质的量为1mol,H2的物质的量为4mol,反应中CO2转化的物质的量为xmol,反应中CO2转化的物质的量为ymol,可列出三段式:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)转化/molx4xx2xCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)转化/molyyyyx=0.4,y=0.4,故平衡时各物质的物质的量和分压为:CO2H2COCH4H2On/mol0.22.00.40.41.26.(2022山东等级考,20节选)利用-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:已知:反应为快速平衡,可认为不受慢反应、的影响;因反应在高压H2氛围下进行,故H2压强近似等于总压。以5.010-3molBL或BD为初始原料,在493K、3.0103kPa的高压H2氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热XkJ;以BD为原料,体系从环境吸热YkJ。回答下列问题:答案a或c8.310-80.0839%解析 实验测定XY,则达到平衡时BL物质转化量小于BD物质转化量,平衡状态BL物质的量大,根据图示可知,表示xBL变化的曲线是a或c;该平衡状态下BL的压强是0.483.0103kPa,BD的压强是0.363.0103kPa,H2的压kPa-28.310-8kPa-2;以BL为原料时,根据题给反应、可知,体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应、的量,也正好是H2O(g)的物质的量,设t1时BL到BD转化了amol,BD到THF、BuOH转化了bmol,则体归纳总结1.有关化学平衡常数和转化率的计算步骤2.掌握四个公式考点二考点二化学反化学反应方向化学反方向化学反应条件的控制条件的控制命题解读新教材变化删去“学与问”栏目,改“有序排列的火柴散落时成为无序排列”为“气体的自发扩散过程”,讲述自发过程与“混乱度有关”考情透析高频考点研究近几年的高考题,该部分在选择题的单个选项中出现,直接判断反应能否自发进行;在非选择题中根据反应自发进行判断反应的热效应或判断反应能否自发进行。结合平衡原理考查化学反应的调控。预测考向新的一年高考命题可能会在非选择题中考查反应能否自发进行,难度较小1.(2022辽宁卷,18)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4kJmol-1S=-200JK-1mol-1。回答下列问题:(1)合成氨反应在常温下(填“能”或“不能”)自发。(2)(填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率,温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400500。针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。(3)方案二:M-LiH复合催化剂。下列说法正确的是(填字母)。a.300时,复合催化剂比单一催化剂效率更高b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率c.温度越高,复合催化剂活性一定越高(4)某合成氨速率方程为:v=kc(N2)c(H2)c(NH3),根据表中数据,=;在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为(填字母)。a.有利于平衡正向移动b.防止催化剂中毒c.提高正反应速率答案(1)能(2)高低(3)a(4)-1a解析(1)对于合成氨反应,常温下,G=H-TS=-92.4kJmol-1-298K(-0.2kJK-1mol-1)=-32.8kJmol-10,故合成氨反应在常温下能自发进行。(2)其他条件一定时,升高温度,可以提供更高的能量,使活化分子百分数增大,反应速率加快;合成氨反应是放热反应,要提高平衡转化率,即使反应平衡正向移动,应降低温度。(3)300时,复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多,说明300时复合催化剂比单一催化剂效率更高,a正确;同温同压下,复合催化剂能提高反应速率,但不能使平