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第23講化學平衡常數(shù)化學反應進行的方向 考綱要求 了解化學平衡常數(shù) K 的含義 能利用化學平衡常數(shù)進行相關計算 考點1化學平衡常數(shù) 知識梳理 1 概念在一定溫度下 當一個可逆反應達到化學平衡時 生成物與反應物的比值是一個常數(shù) 稱為化學平衡常數(shù) 用符號K表示 濃度冪之積 濃度冪之積 2 表達式 3 意義 1 K值越大 反應正向進行的程度 反應物的轉化率 一般K 105時 認為該反應基本進行完全 K 10 5一般認為該反應很難進行 2 K值的大小只能預示某可逆反應向某方向進行的最大限度 但不能預示反應達到平衡所需要的時間 4 影響因素 1 內因 反應物本身的性質 2 外因 只受影響 與濃度 壓強 催化劑等外界因素無關 越大 越大 溫度 5 化學平衡常數(shù)的兩大應用 1 判斷化學反應進行的方向 2 判斷可逆反應的熱效應升高溫度 若K值增大 則正反應為吸熱反應 若K值減小 則正反應為放熱反應 多維思考 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 升高溫度 化學反應速率增大 平衡常數(shù)一定增大 2 平衡常數(shù)表達式中 可以是物質的任一濃度 5 催化劑能改變化學反應速率 也能改變平衡常數(shù) 6 化學平衡發(fā)生移動 平衡常數(shù)不一定發(fā)生變化 7 平衡常數(shù)發(fā)生變化 化學平衡一定發(fā)生移動 提示 1 2 3 4 5 6 7 2 書寫下列化學平衡的平衡常數(shù)表達式 5 K c CO2 考點演練 考向一平衡常數(shù)的含義 A 解析 K只受溫度的影響 改變其他條件都不會引起平衡常數(shù)的改變 B A 后一反應的平衡常數(shù)為1B 后一反應的平衡常數(shù)為0 5C 后一反應達到平衡時 H2的平衡濃度為0 25mol L 1D 后一反應達到平衡時 HI g 的平衡濃度為0 5mol L 1 易錯易混平衡常數(shù)的幾個易錯點1 正 逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù) 若方程式中各物質的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小 盡管是同一反應 平衡常數(shù)也會改變 2 能列入平衡常數(shù)表達式的為氣體 非水溶液中的H2O 溶液中的溶質 固體與純液體以及水溶液中H2O的濃度可看為常數(shù) 不能列入 考向二化學平衡常數(shù)的應用3 甲醇是重要的化學工業(yè)基礎原料和清潔液體燃料 工業(yè)上可利用CO或CO2來生產燃料甲醇 已知制備甲醇的有關化學反應及其在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)如下表所示 解析 1 故K3 K1 K2 2 根據(jù)K3 K1 K2 500 800 時 反應 的平衡常數(shù)分別為2 5 0 375 升溫 K減小 正反應為放熱反應 所以 H 0 1 據(jù)反應 與 可推導出K1 K2與K3之間的關系 則K3 用K1 K2表示 2 反應 的 H 填 或 0 答案 1 K1 K2 2 4 導學號16972171在一定體積的密閉容器中 進行化學反應CO2 g H2 g CO g H2O g 其化學平衡常數(shù)K和溫度T的關系如表 回答下列問題 1 該反應的化學平衡常數(shù)表達式K 2 該反應為 填 吸熱 或 放熱 反應 解析 1 根據(jù)化學方程式可寫出K 2 分析表中數(shù)據(jù)可知 隨著溫度的升高 K值逐漸增大 說明正反應是吸熱反應 答案 1 2 吸熱 3 某溫度下 各物質的平衡濃度符合下式 3c CO2 c H2 5c CO c H2O 試判斷此時的溫度為 4 若830 時 向容器中充入1molCO 5molH2O 反應達到平衡后 其化學平衡常數(shù)K 填 大于 小于 或 等于 1 0 4 只要溫度不變 K值就不變 答案 3 700 4 等于 5 830 時 容器中的反應已達到平衡 在其他條件不變的情況下 擴大容器的體積 平衡 填 向正反應方向 向逆反應方向 或 不 移動 6 若1200 時 在某時刻平衡體系中CO2 H2 CO H2O的濃度分別為2mol L 1 2mol L 1 4mol L 1 4mol L 1 則此時上述反應的平衡移動方向為 填 正反應方向 逆反應方向 或 不移動 解析 5 830 時達到平衡 擴大容器體積 由于反應前后氣體的物質的量不變 則平衡不移動 答案 5 不 6 逆反應方向 考點2化學平衡的相關計算 知識梳理 三段式 法是有效解答化學平衡計算題的 萬能鑰匙 解題時 要注意清楚條理地列出起始量 轉化量 平衡量 按題目要求進行計算 同時還要注意單位的統(tǒng)一 1 明確三個量 起始量 轉化量 平衡量 1 反應物的平衡量 起始量 轉化量 2 生成物的平衡量 起始量 轉化量 3 各物質變化濃度之比等于它們在化學方程式中化學計量數(shù)之比 變化濃度是聯(lián)系化學方程式 平衡濃度 起始濃度 轉化率 化學反應速率的橋梁 因此 抓變化濃度是解題的關鍵 2 掌握四個百分數(shù) 3 謹記答題模板 考點演練 B 考向一有關轉化率的計算及判斷1 2017 廣東肇慶模擬 將1體積A g 和3體積B g 混合 在500 和催化劑存在下發(fā)生反應 2A g B g 2C g 并達到平衡狀態(tài) 在同溫同壓下測得此反應在平衡前后的氣體密度之比為9 10 此時A的轉化率為 A 90 B 80 C 45 D 10 解析 設A的轉化率為x 2A g B g 2C g 開始130變化x0 5xx平衡1 x3 0 5xx氣體的密度之比與物質的量之比成反比 得 1 x 3 0 5x x 1 3 9 10 解得x 0 8 故選B 2 2017 海南海口模擬 已知可逆反應 M g N g P g Q g H 0 請回答下列問題 1 在某溫度下 反應物的起始濃度分別為 c M 1mol L 1 c N 2 4mol L 1 達到平衡后 M的轉化率為60 此時N的轉化率為 2 若反應溫度升高 M的轉化率 填 增大 減小 或 不變 2 因為正反應是吸熱反應 溫度升高 平衡右移 所以M的轉化率增大 答案 1 25 2 增大 3 若反應溫度不變 反應物的起始濃度分別為 c M 4mol L 1 c N amol L 1 達到平衡后 c P 2mol L 1 a 答案 3 6 4 若反應溫度不變 反應物的起始濃度為 c M c N bmol L 1 達到平衡后 M的轉化率為 答案 4 41 解析 4 同 3 的方法 解得M的轉化率為41 考向二化學平衡常數(shù)的相關計算 解析 1 根據(jù)該反應的K 0 25 可知反應達到平衡時n CO n CO2 4 1 3 已知t 時 反應FeO s CO g Fe s CO2 g 的平衡常數(shù)K 0 25 1 t 時 反應達到平衡時n CO n CO2 答案 1 4 1 2 若在1L密閉容器中加入0 02molFeO s 并通入xmolCO t 時反應達到平衡 此時FeO s 轉化率為50 則x 答案 2 0 05 4 導學號96656146汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一 尾氣中的主要污染物為CxHy NO CO SO2及固體顆粒物等 研究汽車尾氣的成分及其發(fā)生的反應 可以更好地為治理汽車尾氣提供技術支持 請回答下列問題 活性炭也可用于處理汽車尾氣中的NO 在1L恒容密閉容器中加入0 1000molNO和2 030mol固體活性炭 生成A B兩種氣體 在不同溫度下測得平衡體系中各物質的物質的量以及容器內壓強如下表 根據(jù)上表數(shù)據(jù) 寫出容器中發(fā)生反應的化學方程式 判斷p 填 或 3 93 計算反應體系在200 時的平衡常數(shù)Kp 用平衡分壓代替平衡濃度計算 分壓 總壓 體積分數(shù) 教師備用 2017 安徽 學普 聯(lián)考 已知反應X g Y g R g Q g 的平衡常數(shù)與溫度的關系如表所示 830 時 向一個2L的密閉容器中充入0 2molX和0 8molY 反應初始4s內v X 0 005mol L s 下列說法正確的是 A 4s時容器內c Y 0 76mol LB 830 達平衡時 X的轉化率為80 C 反應達平衡后 升高溫度 平衡正向移動D 1200 時反應R g Q g X g Y g 的平衡常數(shù)K 0 4 B 壓強平衡常數(shù)的理解和計算 方法規(guī)律 1 Kp含義 在化學平衡體系中 用各氣體物質的分壓代替濃度 計算出的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù) 考點3化學反應進行的方向 知識梳理 1 自發(fā)過程 1 含義 在一定條件下 不需要借助外力作用就能自動進行的過程 2 特點 體系趨向于從狀態(tài)轉變?yōu)闋顟B(tài) 體系對外部或熱量 在密閉條件下 體系有從轉變?yōu)榈膬A向性 無序體系更加穩(wěn)定 2 自發(fā)反應在一定條件下 無須外界幫助就能自發(fā)進行的反應 高能 低能 做功 釋放 有序 無序 3 三個判據(jù) 注意 1 熵 衡量體系混亂程度的物理量 符號為S 單位為J mol 1 K 1 2 熵的大小 同種物質 由固態(tài) 液態(tài) 氣態(tài)是一個熵增的過程 即S g S l S s 一個反應 反應后氣體物質的量增加則熵增 減少則熵減 多維思考 提示 1 2 3 4 1 判斷下列說法是否正確 正確的打 錯誤的打 1 放熱的反應一定能夠自發(fā)進行 吸熱的反應不能自發(fā)進行 2 10 的水結成冰 可用熵變的判據(jù)來解釋反應的自發(fā)性 3 CaCO3 s CaO s CO2 g 是一個熵增加的過程 4 需要加熱的反應 一定不能自發(fā)進行 2 能自發(fā)進行的反應一定能實際發(fā)生嗎 提示 不一定 化學反應方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學反應自發(fā)進行的趨勢 并不能說明在該條件下反應一定能實際發(fā)生 還要考慮化學反應的快慢問題 考點演練 考向化學反應方向的判定1 2017 陜西西安模擬 下列有關化學反應方向及其判據(jù)的說法中正確的是 A 非自發(fā)反應就是不可能發(fā)生的反應 自發(fā)反應就是能較快進行的反應B 高溫高壓下石墨轉化為金剛石是自發(fā)的化學反應C 由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù) 將更適合于所有的過程D 反應NH3 g HCl g NH4Cl s 在低溫下能自發(fā)進行 說明該反應的 H 0 C 解析 非自發(fā)反應在一定條件下也能發(fā)生 自發(fā)反應進行的也不一定較快 A錯誤 石墨轉化為金剛石是非自發(fā)進行的化學反應 B錯誤 能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù) 只要 G H T S0 反應就不能自發(fā)進行 C正確 反應NH3 g HCl g NH4Cl s 在低溫下能自發(fā)進行 G H T S 0 從方程式知 S 0 說明 H 0 D錯誤 2 導學號96656147下列說法中 正確的是 D 解析 H 生成物能量和 反應物能量和 當反應產物的總能量大于反應物的總能量時 H 0 A錯誤 相同溫度下 化學計量數(shù)變?yōu)樵瓉淼膎倍 則化學平衡常數(shù)為原來的n次方 所以應為K2 B錯誤 根據(jù) G H T S判斷 對于 H0的反應在任何溫度下均能自發(fā)進行 C錯誤 催化劑只改變反應速率 不改變化學反應進行的方向 D正確 3 分析下列反應在任何溫度下均能自發(fā)進行的是 解析 A項 H 0 S0 在任何溫度下均能自發(fā)進行 正確 C項 H 0 S 0 高溫時自發(fā)進行 錯誤 D項 H 0 S 0 低溫時自發(fā)進行 錯誤 B 焓變 熵變和溫度對化學反應方向的影響 方法規(guī)律 真題體驗感悟考法 明確考向 考向一化學反應方向的判定1 下列有關說法不正確的是 答案 DF 解析 放熱越多 反應的熱力學趨勢越大 A正確 熵增的放熱反應 一定能自發(fā)進行 B正確 如果是吸熱反應 又是熵減的反應 則該反應一定不能自發(fā)進行 C正確 由于該反應為熵減反應 如果能自發(fā)進行 一定為放熱反應 D不正確 該反應為熵減反應 在室溫下可自發(fā)進行 則該反應一定為放熱反應 E正確 該反應為熵增的反應 室溫下不能自發(fā)進行 說明該反應為吸熱反應 F不正確 考向二平衡轉化率及其相關計算2 2017 全國 卷 28節(jié)選 近期發(fā)現(xiàn) H2S是繼NO CO之后的第三個生命體系氣體信號分子 它具有參與調節(jié)神經(jīng)信號傳遞 舒張血管減輕高血壓的功能 回答下列問題 H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應 H2S g CO2 g COS g H2O g 在610K時 將0 10molCO2與0 40molH2S充入2 5L的空鋼瓶中 反應平衡后水的物質的量分數(shù)為0 02 1 H2S的平衡轉化率 1 反應平衡常數(shù)K 答案 1 2 52 8 10 3 2 在620K重復實驗 平衡后水的物質的量分數(shù)為0 03 H2S的轉化率 2 1 該反應的 H0 填 或 3 向反應器中再分別充入下列氣體 能使H2S轉化率增大的是 填標號 A H2SB CO2C COSD N2 解析 2 620K時水的物質的量分數(shù)大于610K時水的物質的量分數(shù) 說明升溫化學平衡向右移動 H2S的轉化率增大 即 2 1 該反應為吸熱反應 即 H 0 3 恒容密閉容器 充入CO2可使H2S轉化率增大 充入H2S COS使H2S的轉化率減小 充入N2無影響 答案 2 3 B 3 2017 全國 卷 27 丁烯是一種重要的化工原料 可由丁烷催化脫氫制備 回答下列問題 反應 的 H1為kJ mol 1 圖 a 是反應 平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖 x0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡產率提高 應采取的措施是 填標號 A 升高溫度B 降低溫度C 增大壓強D 降低壓強 解析 1 反應 則 H1 H2 H3 119kJ mol 1 242kJ mol 1 123kJ mol 1 反應 是分子數(shù)增大的反應 隨壓強的增大 平衡逆向移動 平衡轉化率降低 所以x小于0 1 因正向反應是一個分子數(shù)增大的吸熱反應 所以提高產率采取的措施是A D 答案 1 123小于AD 2 丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器 氫氣的作用是活化催化劑 出口氣中含有丁烯 丁烷 氫氣等 圖 b 為丁烯產率與進料氣中n 氫氣 n 丁烷 的關系 圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢 其降低的原因是 3 圖 c 為反應產率和反應溫度的關系曲線 副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物 丁烯產率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯產率快速降低的主要原因可能是 解析 2 因為反應 中生成H2 所以隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應速率增大 促使平衡逆向進行 丁烯的產率降低 3 反應正向為吸熱反應 所以590 前升高溫度 平衡正向移動 而升高溫度時 反應速率加快 單位時間內產生丁烯更多 590 以后 高溫使丁烯裂解生成短碳鏈烴類 故丁烯產率降低 答案 2 氫氣是產物之一 隨著n 氫氣 n 丁烷 增大 逆反應速率增大 3 升高溫度有利于反應向吸熱方向進行溫度升高反應速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈烴類 考向三化學平衡常數(shù)及相關計算4 2017 天津卷 6 常壓下羰基化法精煉鎳的原理為 Ni s 4CO g Ni CO 4 g 230 時 該反應的平衡常數(shù)K 2 10 5 已知 Ni CO 4的沸點為42 2 固體雜質不參與反應 第一階段 將粗鎳與CO反應轉化成氣態(tài)Ni CO 4 第二階段 將第一階段反應后的氣體分離出來 加熱至230 制得高純鎳 下列判斷正確的是 B A 增加c CO 平衡向正向移動 反應的平衡常數(shù)增大B 第一階段 在30 和50 兩者之間選擇反應溫度 選50 C 第二階段 Ni CO 4分解率較低D 該反應達到平衡時 v生成 Ni CO 4 4v生成 CO 解析 第一階段 50 時 反應速率較快且Ni CO 4為氣態(tài) 能從反應體系中分離出來 B項正確 增加c CO 平衡正向移動 但平衡常數(shù)與溫度有關 溫度不變 平衡常數(shù)不變 A項錯誤 相同溫度下 第二階段與第一階段的平衡常數(shù)互為倒數(shù) 則230 時 第二階段的平衡常數(shù)K 5 104 反應進行的程度大 故Ni CO 4分解率較高 C項錯誤 該反應達到平衡時 4v生成 Ni CO 4 v生成 CO D項錯誤 5 2015 全國 卷 27節(jié)選 甲醇既是重要的化工原料 又可作為燃料 利用合成氣 主要成分為CO CO2和H2 在催化劑作用下合成甲醇 發(fā)生的主要反應如下 已知反應 中相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下 回答下列問題 反應 的化學平衡常數(shù)K表達式為 圖中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關系的曲線為 填曲線標記字母 其判斷理由是 6 2016 全國 卷 27節(jié)選 煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx 形成酸雨 污染大氣 采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫 脫硝 在不同溫度下 NaClO2溶液脫硫 脫硝的反應中SO2和NO的平衡分壓pe如圖所示 1 由圖分析可知 反應溫度升高 脫硫 脫硝反應的平衡常數(shù)均 填 增大 不變 或 減小 答案 1 減小 7 2015 全國 卷 28節(jié)選 Bodensteins研究了下列反應 2HI g H2 g I2 g H 11kJ mol 1在716K時 氣體混合物中碘化氫的物質的量分數(shù)x HI 與反應時間t的關系如下表 1 根據(jù)上述實驗結果 該反應的平衡常數(shù)K的計算式為 2 上述反應中 正反應速率為v正 k正x2 HI 逆反應速率為v逆 k逆x H2 x I2 其中k正 k逆為速率常數(shù) 則k逆為 以K和k正表示 若k正 0 0027min 1 在t 40min時 v正 min 1 答案 2 k正 K1 95 10 3 3 由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到v正 x HI 和v逆 x H2 的關系可用下圖表示 當升高到某一溫度時 反應重新達到平衡 相應的點分別為 填字母 答案 3 A E