1、第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向【2020备考】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：知道可以通过分析、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。考点一化学平衡常数转化率(频数：难度：)名师课堂导语 化学平衡常数和转化率是高考必考点，主要考查化学平衡
2、常数表达式；化学平衡常数和转化率的计算；特别是通过平衡压强来表示平衡常数和计算转化率是近几年高考重点，复习时应加以关注。1.化学平衡常数(1)概念：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。(3)实例化学方程式平衡常数关系式N2(g)3H2(g)2NH3(g)K1K2(或K1) K3N2(g)2(g)NH3(g)K22NH3(g)N2(g)3H2(g)K3(1)纯液体、纯固体物质或稀溶液中水的浓度均不写，但是水蒸气的浓度要写。在非水溶液中进行的反应，若有水参加
3、或生成，则水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。(2)平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度，其书写形式与化学方程式的书写有关。(4)意义及影响因素K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大通常K105可认为反应彻底，K0，T1温度下的部分实验数据为：t/s05001 0001 500c(N2O5)/(molL1)5.003.522.502.50下列说法不正确的是()A.500 s内，N2O5的分解速率为2.96103 molL1s1B.T1温度下的平衡常数为K1125，1 000 s时N2O5的转化率为50%C.其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5
4、(g)浓度为2.98 molL1，则有T1T2，则有K1K2解析500 s内c(N2O5)由5.00 molL1降低到3.52 molL1，则有v(N2O5)2.96103molL1s1，A正确。1 000 s时，c(N2O5)2.50 molL1，则c(NO2)5 molL1，c(O2)1.25 molL1，此时N2O5的转化率为100%50%；化学平衡常数K1125，B正确。T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 molL12.50 molL1，说明反应正向进行的程度减小，又反应H0，故有T1T2，C错误。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，由
5、于T1T2，则有K1K2，D正确。答案C【规范答题】化学平衡计算模板反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令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。对于反应物：n(平)n(始)n(变)对于生成物：n(平)n(始)n(变)则有：(1)平衡常数：K。(2)A的平衡浓度：c(A)平molL1。(3)A的转化率：(A)平100%。(4)A的体积分数：(A)100%。(5)平衡与起始压强之比：。(6)混合气体的平均密度：混gL1。(7)平衡时混合气体的平均摩尔质量：Mgmol1。B组考试能力过关4.2017课标全国，28(3)近期发现，H2S是
6、继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g) H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。(2)在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0。(填“”“(3)B5.(2018课标全国，27)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具
7、有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为：CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A.高温低压 B.低温高压C.高温高压 D.低温低压某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_ mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因
8、积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)= C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s) =2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，
9、测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析(1)将已知中3个反应依次记为、，根据盖斯定律2得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2
10、、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 molL1，则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。结合图示可知500600 随温度升高积碳量增加，而600700 随温度升高积碳量减少，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系va
11、vbvc，结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH4)p(CO2)0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)考点二化学反应进行的方向(频数：难度：)名师课堂导语 化学反应进行的方向，在高考中很少涉及，复习时没必要拓展强化，只要抓住教材主干知识点进行落实即可。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)特点体系趋
12、向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。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)。2.化学反应方向(1)判据(2)一般规律：H0的反应任何温度下都能自发进行；H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当H0，S0，S0时，高温下反应能自发进行。(1)熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为Jmol1K1。(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。(3)复合判据计算时要注意单位换算。速查速测1.(易混点排查)正确的打“”，错误的打“”(1)放热过程
13、均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行()(2)CaCO3CaOCO2是一个熵增的过程()(3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素()(4)H0、S0时，反应一定能自发进行()(5)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行()(6)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性()2.(教材改编题)(RJ选修4P361改编)下列过程的熵变的判断不正确的是()A.溶解少量食盐于水中，S0B.纯碳和氧气反应生成CO(g)，S0C.H2O(g)变成液态水，S0D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，S0答案C3.(思维探究题)能自发进行的反应一定能实际发生吗？答
14、案不一定；化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。A组基础知识巩固1.反应2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的H、S应为()A.H0 B.H0，S0，S0 D.H0，S0。反应后体系中物质的总能量升高，说明正反应是吸热反应，H0。答案C2.(2018天津河东区调研)下列说法不正确的是()A.H0的反应在任何温度下都能自发进行B.NH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1能自发进行，原因是体系有自发地向混
15、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H0，则始终存在HTS0、S0，则高温下存在HTS0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2，化学方程式如下：2NO2CO2CO2N2。反应能够自发进行，则反应的H_0(填“”“0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明H0。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)
16、【规律总结】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响HSHTS反应情况永远是负值在任何温度下过程均自发进行永远是正值在任何温度下过程均非自发进行低温为正高温为负低温时非自发，高温时自发低温为负高温为正低温时自发，高温时非自发B组考试能力过关4.下列有关说法不正确的是_。A.(2016全国甲卷)C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1和C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1两个反应在热力学上趋势均很大B.(2015天津高考)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行C.(2014天津高考)某吸热反应能自
17、发进行，因此该反应是熵增反应D.(2014江苏高考)2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0E.(2013江苏高考)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0F.(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H0、S0答案DFA级全员必做题1.T 时可逆反应mA(g)nB(s)pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是()A.K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大B.若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C.KD.如果mnp，则K1解析对
18、于一个确定的反应来说，K值只与温度有关，K越大，越有利于平衡向右进行，A正确；温度不变，K值不变，B错误；B是固体，其浓度视为常数，不应出现在计算式中，C错误；由K的计算表达式知D错误。答案A2.反应CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0平衡常数为K1；反应OO32O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2H0，有关实验数据如下表所示：容器容积/L温度/起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min平衡常数C(s)H2O(g)H2(g)甲2T1243.23.5K1乙1T2121.23K2下列说法正确的是()A.T12n(H2)乙，因为该反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，说
19、明T1T2，A项错误；乙容器中反应达平衡时，c(H2O)0.8 molL1、c(CO2)0.6 molL1、c(H2)1.2 molL1，K21.35，B项正确；容器容积不变，碳为固体，正反应方向气体的质量增大，因此反应正向进行时混合气体的密度增大，C项错误；乙容器中，3 min内H2O减少了1.2 mol，而前1.5 min内反应速率大于后1.5 min内反应速率，故前1.5 min内H2O的物质的量减小的快，反应进行到1.5 min时，n(H2O)1.4 mol，D项错误。答案B7.(2018山东烟台自主练习，7)已知NO和O2经反应和反应转化为NO2，其能量变化随反应过程的图示如下。2N
20、O(g)N2O2(g)H1，平衡常数K1N2O2(g)O2(g)2NO2(g)H2，平衡常数K2下列说法中不正确的是()A.H10，H20B.2NO(g)O2(g)2NO2(g)的平衡常数KK1/K2C.表示2NO(g)O2(g)2NO2(g)的HH1H2D.反应的速率大小决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应速率解析由题图可知反应和反应的反应物总能量高于生成物总能量，所以H10，H22，因此温度低于80 ，故错误；D项，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到平衡后CO的体积分数减小，故D正确。答案D10.(2018张家口期末)TiO2和TiCl4均为重要的工业原料。已知：.TiC
21、l4(g)O2(g)TiO2(s)2Cl2(g)H1175.4 kJmol1.2C(s)O2(g)2CO(g)H2220.9 kJmol1请回答下列问题：(1)TiCl4(g)与CO(g)反应生成TiO2(s)、C(s)和氯气的热化学方程式为_。升高温度，对该反应的影响为_。(2)若反应的逆反应活化能表示为E kJmol1，则E_220.9(填“”“220.9 kJmol1；(3)05 min内，用Cl2表示的反应速率v(Cl2)2v(TiCl4)20.2 mol/(10 L5 min)0.008 molL1min1；TiCl4的平衡转化率0.2 mol/1 mol100%20%；A.缩小容器
22、容积，反应速率加快，平衡不移动，故A错误；B.加入催化剂平衡不移动，故B错误；C.分离出部分TiO2速率变慢，故C错误；D.增大O2浓度既能加快逆反应速率又能增大TiCl4的平衡转化率，故D正确；故选D。随TiCl4浓度的增加，TiCl4转化率越来越小，能表示TiCl4平衡转化率的曲线为L2；M点表示n(TiCl4)/n(O2)方程式的计量数比1时，TiCl4的转化率与O2的转化率相同，即a1；由t 时，向10 L恒容密闭容器中充入1 mol TiCl4和2 mol O2，发生反应。5 min达到平衡时测得TiO2的物质的量为0.2 mol。平衡时四种物质的浓度分别为0.08 molL1 Ti
23、Cl4、0.18 molL1O2，0.04 molL1 Cl2，平衡常数K；t 时，向10 L恒容密闭容器中充入3 mol TiCl4和3 mol O2的混合气体时，n(TiCl4)/n(O2)方程式的计量数比，M点两物质的转化率相等，设转化率为x，则平衡时四种物质的浓度分别为：0.3(1x)molL1TiCl4、0.3(1x)molL1O2，0.6 x molL1Cl2，温度不变，平衡常数不变，解得x1/7。答案(1)TiCl4(g)2CO(g)=TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)H45.5 kJmol1反应速率加快，平衡正向移动，反应物的转化率增大(2)(3)0.008 molL1mi
24、n120%DL2B级拔高选做题11.T1时，在一容积为2 L的密闭容器中发生反应：C(s)2NO(g)N2(g)CO2(g)。向密闭容器中加入NO和足量的活性炭，反应进行到不同时间时测得各物质的物质的量如下：时间0 min10 min20 min30 min40 min50 minn(NO)/mol3.01.61.01.0aan(N2)/mol00.71.01.01.21.2n(CO2)/mol00.71.01.00.30.3结合表中数据判断，下列说法正确的是()A.30 min时改变的条件一定是充入氮气B.在1020 min内，v(CO2)0.03 molL1min1C.若升温至T2时，该反
25、应的平衡常数K0.062 5，则H0D.容器中混合气体的密度保持不变，标志着该反应达到化学平衡状态解析A项，根据题意知，T1时平衡常数K1，可得1，a0.6，则30 min时改变条件导致平衡右移，且CO2的量减小，因此30 min时改变的条件是减小二氧化碳的量，错误；B项，在1020 min内，v(CO2)0.015 molL1min1，错误；C项，T1时，K1，若升温至T2时，反应的平衡常数K0.062 5，K减小，则升温使平衡左移，说明逆反应为吸热反应，则HKMC.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)31，则图中
26、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%
27、，D项正确。答案D13.煤炭是重要的化工原料，但属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：(1)煤的干馏。煤的干馏反应中S_0(填“”“”或“”)。(2)煤的液化。原理是C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)Ha kJmol1；CO(g)2H2(g)CH3OH(l)Hb kJmol1。则反应C(s)H2O(g)H2(g)CH3OH(l)的H_kJmol1。(3)煤的气化。原理是C(s)2H2(g)CH4(g)H。在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示。有关图1、图2的说法正确的有_(填标号)。a.p16 MPab.T11 0
28、00 Kc.H0d.工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好图2中A点对应的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。(4)煤生产水煤气和半水煤气。工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(COH2)与N2的体积之比为3.13.2，发生的反应有C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，C(s)O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是_。煤炭化工中有反应为CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)。在400 时，反应物的物质的量均为1 mol，在绝热恒容条件下开始反应，下列不能说明反应达到平衡状态的有_(填标号)。a.体系的压强不再发
29、生变化b.混合气体的密度不变c.混合气体的平均相对分子质量不变d.各组分的物质的量浓度不再改变e.体系的温度不再发生变化f.v正(CO)v逆(H2O)如图是反应CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)H0。(2)根据盖斯定律，将已知的两个热化学方程式相加即可得到C(s)H2O(g)H2(g)CH3OH(l)，故该反应的H(ab)kJmol1。(3)该反应为反应前后气体分子数减小的反应，压强增大，平衡正向移动，碳的转化率增大，故p16 MPa，a项正确；根据图1可知，温度升高，碳的转化率减小，平衡逆向移动，则H0，图2中T1时碳的转化率大于1 000 K时的转化率，则T1(2)(ab)(3)abc(4)前者是吸热反应，通入空气后发生的反应是放热反应，可维持体系的热量平衡bc降低温度(或增大水蒸气的量、减少氢气的量)