《3年高考2年模拟》2022课标版高中化学一轮复习 第3讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向(2).pptx

1、必备知识 整合 关键能力 突破 第第3 3讲化学平衡常数化学反应进行讲化学平衡常数化学反应进行 的方向的方向 必备知识 整合 关键能力 突破 一、化学平衡常数的含义和应用一、化学平衡常数的含义和应用 必备知识 整合 1.化学平衡常数化学平衡常数 (1)含义 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,简称平衡常数,用符号K 表示。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式:K= 。 (C)(D) ( )(B) pq mn cc cAc 必备知识 整合 关键

2、能力 突破 注意a.固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中。 b.平衡常数表达式中物质的浓度均为平衡状态时的浓度。 (3)意义 K值越大,说明正反应能够进行的程度越大,反应物的转化率越大;反 之,K值越小,转化得越不完全,转化率就越小。(当K105时,该反应基 本进行完全) (4)影响因素 K只受温度的影响,与反应物或生成物的浓度无关。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.化学平衡常数的应用化学平衡常数的应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应: K值 正反应进行 的程度 平衡时生成物 浓度 平衡时反应物 浓度 反应物 转化率 越大越大

3、越大越小越高 越小越小越小越大越低 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)判断正在进行的可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡 对于一般可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),浓度商Qc=。 及时提醒及时提醒浓度商表达式中物质的浓度为任意时刻浓度。 (C)(D) (A)(B) pq mn cc cc 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)判断可逆反应的反应热 升高温度,若K值增大,则正反应为吸热反应;若K值减小,则正反应为 放热反应。 (4)计算转化率:利用温度不变时,平衡常数不变列方程求解。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.转化率转化率 转化率是指平衡时已转化了的某反应物

4、的量与转化前该反应物的量之比,用 来表示反应限度。对于反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),反应物A的转化 率可以表示为 (A)=100%。 AA A 的初始浓度的平衡浓度 的初始浓度 必备知识 整合 关键能力 突破 二、化学平衡常数与转化率的计算二、化学平衡常数与转化率的计算 “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 条理清楚地列出起始量、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.明确三个量明确三个量起始量、变化量、平衡量起始量、变化量、平衡量 N2+3H22NH3 起始量130 变化量abc 平衡量1-a3-bc 必备知识

5、整合 关键能力 突破 2.明确三个量的关系明确三个量的关系 (1)三个量:即起始量、变化量、平衡量。 (2)关系 对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。 对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。 各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.掌握四个公式掌握四个公式 (1)反应物的转化率=100%=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。一般来说,转化 率越大,原料利用率越高,产率越大。产率=100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量=100%。 (4)某组分的体积分数=100%。 () () n n 变化 起始 () ()

6、c c 变化 起始 实际产量 理论产量 平衡量 平衡时各物质的总量 某组分的物质的量 混合气体总的物质的量 必备知识 整合 关键能力 突破 4.答题模板答题模板 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 起始量(mol/L)ab00 变化量(mol/L)mxnxpxqx 平衡量(mol/L)a-mx b-nxpxqx (1)平衡常数K=。 (2)转化率=100%,如(A)平=100%。 (3)百分含量:(A)=100%。 pq mn ()() ()() pxqx amxbnx 某反应物转化的量 某反应物起始的量 mx a ()() amx amxbnxpxqx 必备知识 整合 关键能力 突

7、破 (4)平衡后与初始时压强之比:=。 (5)平均摩尔质量:=gmol-1。 p p 平 始 ()()amxbnxpxqx ab M (A)( ) ()() a Mb M B amxbnxpxqx 必备知识 整合 关键能力 突破 三、化学反应进行的方向三、化学反应进行的方向 1.自发过程自发过程 (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)特点 必备知识 整合 关键能力 突破 2.化学反应方向的判据化学反应方向的判据 必备知识 整合 关键能力 突破 1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=

8、() (2)增大反应物浓度,平衡正向移动,平衡常数增大() (3)升高温度,平衡常数一定增大() (4)平衡常数发生变化,化学平衡一定发生移动() (5)化学平衡发生移动,平衡常数一定发生变化() 2 2 (CO)(H ) (C)(H) cc ccO 必备知识 整合 关键能力 突破 (6)反应A(g)+B(g)C(g)达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平 衡常数增大() (7)放热过程均可以自发进行,吸热过程均不能自发进行() (8)反应CaCO3CaO+CO2是一个熵增的过程() (9)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素() (10)H0时,反应能自发进行() 必备知识 整合

9、 关键能力 突破 2.已知反应:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)H0。 (1)此反应的平衡常数表达式为K=。 (2)温度降低,则K值减小(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)已知1100时,K=0.263,此时测得c(CO2)=0.025molL-1,c(CO)=0.1molL-1, 此时该反应不处于(填“处于”或“不处于”)化学平衡状态,化学反应 速率:正反应速率(填“”“”或“=”)逆反应速率,其原因是 =0.25v逆。 2 (CO ) (CO) c c 2 (CO ) (CO) c c 必备知识 整合 关键能力 突破 3.分析下列反应,在任何温度下均能自发进行的是()

10、 A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)H=+163kJmol-1 B.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s)H=-127kJmol-1 C.HgO(s)Hg(l)+O2(g)H=+91kJmol-1 D.H2O2(l)O2(g)+H2O(l)H=-98kJmol-1 1 2 1 2 1 2 D 必备知识 整合 关键能力 突破 考点一化学平衡常数的含义和应用 关键能力 突破 题组一平衡常数表达式的书写题组一平衡常数表达式的书写 1.(2020广东深圳调研)高温下,某反应达到平衡,平衡常数K=。 恒容时,温度升高,H2浓度减小。下列说法正确的是() A.该反应是焓变为正值 B.恒温恒容下,增

11、大压强,H2浓度一定减小 C.升高温度,逆反应速率减小 D.该反应的化学方程式为CO+H2OCO2+H2 2 22 (CO)(H) (CO )(H ) ccO cc A 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由题意知,温度升高,平衡向正反应方向移动,说明正反应为吸热反应, 故该反应的焓变为正值,A项正确;恒温恒容下,增大压强,H2浓度不会减小, B项错误;升高温度,正、逆反应速率都会增大,C项错误;该反应的化学方程式 应为CO2+H2CO+H2O,D项错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020福建漳州模拟)已知下列反应的平衡常数:H2(g)+S(s)H2S(g) K1;S(s)+

12、O2(g)SO2(g)K2;则反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡 常数是() A.K1+K2B.K1-K2C.K1K2D. 1 2 K K 解析解析H2(g)+S(s)H2S(g)的平衡常数K1=,S(s)+O2(g)SO2(g)的 平衡常数K2=,反应H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数K= =,D项正确。 2 2 (H) (H ) cS c 2 2 (SO ) (O ) c c 22 22 (H)(O ) (H )(SO ) cSc cc 1 2 K K D 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二影响化学平衡常数的因素题组二影响化学平衡常数的因

13、素 3.(2020湖北武汉模拟)在恒容密闭容器中,反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g)H0,达到平衡后,其他条件不变。仅改变某一条件,下列说法正确 的是() A.增大H2的浓度,可提高CO2转化率,K增大 B.升高温度,可提高反应速率,K增大 C.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动 D.改用高效催化剂,可增大反应速率,平衡不移动,K不变 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析增大H2的浓度,反应正向进行,可提高CO2转化率,K不变,A项错误;HT2T3),SiHCl3的平衡转化率 增大,说明正反应是吸热反应,A项错误;增大氢气的浓度可提高Si

14、HCl3的平衡 转化率,B项正确;因正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,反应的平衡 常数增大,C项错误;增大压强,平衡逆向移动,SiHCl3的平衡转化率降低,D项错 误。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组三化学平衡常数的应用题组三化学平衡常数的应用 5.已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K与温度的关系如下表: 温度/400500830 平衡常数K1091 (1)该反应的H”“=”或“”)0。 (2)500时,若CO和H2O的起始浓度均为0.060molL-1,则在该条件下,CO的平 衡转化率为75%。 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)在1000时

15、,平衡常数K=0.5,当CO、H2O(g)、CO2、H2的物质的量浓度相 等时,该反应逆向进行(填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进 行”)。 解析解析(1)由题给表格中数据可知,温度越高,平衡常数K越小,说明温度升高, 反应逆向进行,正反应为放热反应,HK,故反应逆向进行。 1 (mol L ) 起始浓度 1 (mol L ) 转化浓度 1 (mol L ) 平衡浓度 2 2 (0.060) x x 1 1 0.045mol L 0.060mol L 22 2 (CO )(H ) (CO)(H) cc ccO 必备知识 整合 关键能力 突破 6.(2020湖北黄冈模拟)二氧化氮可由NO和

16、O2生成,已知在2L密闭容器内, 800时反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)H,n(NO)、n(O2)随时间的变化 如表所示: 时间/s012345 n(NO)/mol0.2000.1000.0800.0500.0500.050 n(O2)/mol0.1000.0500.0400.0250.0250.025 已知:K800K1000,则该反应的H小于(填“大于”或“小于”)0,用O2表 示02s内该反应的平均速率为0.015molL-1s-1。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由已知条件知升高温度化学平衡常数减小,说明升高温度平衡逆向移 动,则正反应是放热反应。用O2表示02

17、s内该反应的平均速率为 =0.015molL-1s-1。 0.100mol0.040mol 2L 2s 必备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020江西吉安模拟)某温度下在2L密闭容器中加入一定量A,发生以下化学反 应:2A(g)B(g)+C(g)H=-48.25kJmol-1,反应过程中B、A的浓度比与时间t 有如图所示关系,若测得第15min时c(B)=1.6molL-1,下列结论正确的是() 题组一有关浓度平衡常数的计算题组一有关浓度平衡常数的计算 考点二化学平衡常数的相关计算 A.该温度下此反应的平衡常数为3.2 B.A的初始物质的量为8mol C.反应到达平衡时,放出的热量是193

18、kJ D.反应达平衡时,A的转化率为40% B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析 c(B)=1.6molL-1,则n(B)=3.2mol,由题图可推知n(A)=1.6mol,列“三段 式”为 2A(g)B(g)+C(g) 起始/molx00 转化/mol6.43.23.2 平衡/mol1.63.23.2 可以计算出x=8mol,则K=4,故A错误、B正确;到达平衡时生成B的物 质的量为3.2mol,放出的热量是3.2mol48.25kJmol-1=154.4kJ,C错误;A的转 化率为100%=80%,D错误。 2 1.6 1.6 0.8 8mol 1.6mol 8mol 必备知识 整

19、合 关键能力 突破 题组二有关压强平衡常数的计算题组二有关压强平衡常数的计算 2.(2020贵州遵义模拟)在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度下进 行反应:A(g)B(g)+C(g)H=+85.1kJmol-1。 反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表: 时间(t)/h0124816202530 总压强(p)/ 100kPa 4.915.586.327.318.549.509.529.539.53 必备知识 整合 关键能力 突破 回答下列问题: (1)欲提高A的平衡转化率,可采取的措施有升高温度、减小压强。 (2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率(

20、A)的表达式为 100%,平衡时A的转化率为94.1%,反应的平衡常数K=1.5。 0 1 p p 解析解析(1)因正反应为气体物质的量增大的吸热反应,故采取升温、减压措施 均可使反应正向移动,提高反应物的转化率。 (2)在同体积的容器中,压强之比等于气体的物质的量之比,则有p(A)=p-p0,故 必备知识 整合 关键能力 突破 A的转化率的表达式为100%=100%;25h时反应已达平衡状 态,则将表中数据代入表达式可知,平衡时A的转化率(A)=100% 94.1%;依据“三段式”列式进行求解: A(g)B(g)+C(g) 起始/(molL-1)0.1000 转化/(molL-1)0.094

21、10.09410.0941 平衡/(molL-1)0.10-0.09410.09410.0941 K=1.5。 0 0 pp p 0 1 p p 9.53 1 4.91 2 0.0941 0.0059 必备知识 整合 关键能力 突破 3.工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1molCO2和3molH2充入2L恒容密闭容器中, 发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表: 时间/h123456 0.900.850.830.810.800.80 p p 后 前 必备知识 整合 关键能力 突破 (1)用H

22、2表示前2h内的平均反应速率v(H2)=0.225molL-1h-1。 (2)在300、8MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1 3通入一恒压密闭容器 中发生反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平 衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 1 48 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)恒温恒容时,气体的压强之比等于其物质的量之比,2h时,=0.85, 设消耗CO2的物质的量为xmol,根据方程式: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 有=0.85,解得x=0.3,故前2h内的平均反应速率v(H2)= 0

23、.225molL-1h-1。 (2)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1mol、3mol,CO2的平衡转化率 为50%,列“三段式”: p p 后 前 (42 )mol 4mol x 0.3mol 3 2L 2h 必备知识 整合 关键能力 突破 起始量/mol1300 转化量/mol0.51.50.50.5 平衡量/mol0.51.50.50.5 则平衡时p(CO2)=p(CH3OH)=p(H2O)=8MPa=MPa,p(H2)=8MPa =4MPa,故该反应条件下的平衡常数Kp=。 0.5mol 3mol 4 3 1.5mol 3mol3 44 33 4 4 3 1 48 CO2(g)

24、+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 必备知识 整合 关键能力 突破 4.汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。实验发 现,NO易发生反应2NO(g)N2O2(g)并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入 一定量的NO进行反应,测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如 图所示。 必备知识 整合 关键能力 突破 在温度T2下,达到平衡时体系的总压强为200kPa,X点N2O2的物质的量分数为 78.6%,X点对应的平衡常数Kp=0.086(用分压表示);提高NO平衡转 化率的条件为降低温度、增大压强(任答两点)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析根据题意,

25、假设开始时充入NO的物质的量为1mol,列“三段式”进行 求解: 2NO(g)N2O2(g) 起始/mol10 转化/mol0.880.44 平衡/mol0.120.44 X点N2O2的物质的量分数=100%78.6%;Kp= 0.086。由题图可知,降低温度、增大压强均可提高NO平衡转化率。 0.44mol 0.12mol0.44mol2 0.44 200 0.56 0.12 (200) 0.56 必备知识 整合 关键能力 突破 考点三化学反应进行的方向 1.(2020湖北荆州模拟)下列反应过程中,H0且S0的是() A.NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) B.CaCO3(s)CaO

26、(s)+CO2(g) C.4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s) D.HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l) 解析解析A项是熵减的放热反应;C项是熵减的放热反应;D项是放热反应。 B 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020安徽铜陵模拟)对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是 () A.若H0,则任何温度下都能自发进行 B.若H0、S0,则任何温度下都不能自发进行 C.需要加热才能够进行的反应肯定不是自发反应 D.非自发反应在一定条件下可能变成自发反应 解析解析化学反应能否自发进行与是否需要加热无关,有些自发反应需要加热 来引发反应,C项错误。 C 必

27、备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020课标,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生 产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)H= -98kJmol-1。回答下列问题: (3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应 器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为,则SO3压强为 p,平衡常数Kp=(以分压表示,分压=总压 物质的量分数)。 1 2 2 100 m m 1.50.5 (1) () 100 m p m 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(3)设充入气体的总物质的量

28、为100mol,则SO2为2mmol,O2为mmol,N2 为(100-3m)mol,SO2的转化率为,列“三段式”为: SO2(g)+O2(g)SO3(g) n(起始)/mol2mm0 n(转化)/mol2mm2m n(平衡)/mol2m-2mm-m2m 故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m-2m+m-m+2m+100-3m)mol= (100-m)mol。各物质的分压分别为p(SO2)=p,p(O2)=p, 1 2 22 100 mm m 100 mm m 必备知识 整合 关键能力 突破 p(SO3)=p,故Kp=。 2 100 m m0.5 2 100 22 ()() 100100

29、m p m mmmm pp mm 1.50.5 (1) () 100 m p m 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020课标,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是 重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H1,相关物 质的燃烧热数据如下表所示: 物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g) 燃烧热H/(kJmol-1)-1560-1411-286 必备知识 整合 关键能力 突破 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的 平衡转化率为。反应的平衡常数Kp=p(用平衡分压代替平

30、 衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。 (1) (2)(1) 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)假设起始n(C2H6)为1mol,则C2H6的转化量为1mol=mol。根 据题意,列“三段式”: C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) 起始量1mol01mol 转化量molmolmol 平衡量(1-)molmol(1+)mol 平衡时气体总物质的量n总=(2+)mol,故p(C2H6)=p,p(C2H4)=p,p(H2)= p,则Kp=p。 1 2 2 1 2 224 26 (H )(C H ) (C H ) pp p 1 22 1 2 pp p (1) (2)(1) 必备知识

31、 整合 关键能力 突破 3.(2020课标,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题: (2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2) n(H2)=1 3,在体系压强为0.1MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=或 等(MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压物质 的量分数)。 9 4 3 1 0.039 4 2 6 0.39 0.39 4 0.39 0.39 3 3 1 0.1 必备知识 整合 关键能力

32、突破 解析解析(3)由题给信息并结合题图可知,CO2催化加氢合成C2H4的化学方程式 为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),曲线a、c分别对应H2、CO2,曲线b、d分 别对应H2O、C2H4,则A点x(H2)=0.39、x(H2O)=0.39,则x(CO2)=,x(C2H4)=, 体系压强为0.1MPa,该温度下Kp=(MPa)-3= (MPa)-3。 0.39 3 0.39 4 242 22 4 C HH 62 HCO O pp pp 4 2 6 0.39 0.1 (0.39 0.1) 4 0.39 (0.39 0.1)0.1 3 4 2 6 0.39 0.39 4

33、 0.39 0.39 3 3 1 0.1 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020山东,18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高 CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下: .CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5kJmol-1 .CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4kJmol-1 .CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3 回答下列问题: (2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发 生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a

34、mol,CO为bmol,此时H2O(g)的 必备知识 整合 关键能力 突破 浓度为molL-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应的平衡常 数为。 ab V () (1)(33) b ab abab 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(2)结合题意,假设反应中,CO反应了xmol,则反应生成的CH3OH 为xmol,反应生成的CH3OH为(a-x)mol,反应生成的CO为(b+x)mol,则 反应: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 变化(molL-1): 反应: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 变化(molL-1): ax V 3()ax V ax V ax V x V 2x V x V 必备知识 整合 关键能力 突破 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 变化(molL-1): 达到平衡时,CO2、H2、CO、H2O(g)的浓度分别为molL-1、mol L-1、molL-1、molL-1;反应的平衡常数K= =。 bx V bx V bx V bx V 1ab V 33ab V b V ab V 2 22 (CO)(H) (CO )(H ) ccO cc 1ab 33ab VV b ab VV () (1)(33) b ab abab 反应: