1、第3讲 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，能够利用化学平衡常数进行相关计算。2.了解化学反应的方向与焓变和熵变的关系；能够利用焓变和熵变判断化学反应的方向。考点一 化学平衡常数1化学平衡常数(1)定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，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，该常数就是该反应的化学平衡常数。(2)表达式。对于可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，化学平衡常数K。如在一定温度下，4 mol A在2 L的密闭容器中分解：A(g)2B(g)C(g)，达到平衡时测得已有50%的A分解成B和C，则该反应的平衡常数为4。(
2、3)影响因素：K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随温度的变化而变化。(4)意义：一定温度下，K值越大说明反应进行程度越大，反应物转化率也越大。一般认为，K105时，反应进行得就基本完全了。2平衡转化率对于一般的化学反应：aAbBcCdD，达到平衡时反应物 A 的转化率为(A)A的初始浓度A的平衡浓度A的初始浓度100%c0（A）c（A）c0（A）100%c0(A)为 A 的初始浓度，c(A)为平衡时 A 的浓度。【典例1】(2014新课标卷)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：(1)反应的H_
3、0(填“大于”或“小于”)；100时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在060 s时段，反应速率v(N2O4)为_molL1s1；反应的平衡常数K1为_。(2)100 时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。T_100(填“大于”或“小于”)，判断理由是_。列式计算温度T时反应的平衡常数K2_。(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是_。解析：(1)由题意及图示知，在 1.00 L 的容器中，通入 0.100 mol的 N2O4，发生反应：N2O
4、4(g)2NO2(g)，随温度升高混合气体的颜色变深，说明反应向生成 NO2 的方向移动，即向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，即 H0；由图示知 60 s时该反应达到平衡，消耗 N2O4 为 0.100 molL10.040 molL10.060 molL1，根据 vct可知：v(N2O4)0.060 molL160 s0.001 0 molL1s1；由图中 NO2 和 N2O4 的平衡浓度，可求：K1c2（NO2）c（N2O4）0.12020.040 0.36。(2)100 时达到平衡后，改变反应温度为 T，c(N2O4)降低，说明平衡 N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动，根
5、据勒夏特列原理，温度升高，向吸热反应方向移动，即向正反应方向移动，故 T 100；由 c(N2O4)以 0.002 0 molL1s1 的平均速率降低，经 10 s 又达到平衡，可知此时消耗的c(N2O4)为 0.002 0 molL1s110 s0.020 molL1，由三段式：N2O4(g)2NO2(g)起始量/(molL1)0.040 0.120 转化量/(molL1)0.020 0.040 平衡量/(molL1)0.020 0.160 K2c2（NO2）c（N2O4）0.16020.020 1.3。(3)温度 T 时反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，压强增大，平衡会向气体体积减
6、小的方向移动，该反应的逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。答案：(1)大于 0.001 0 0.36 molL1(2)大于 正反应吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高平衡时，c(NO2)0.120 molL10.002 0 molL110 s20.160 molL1c(N2O4)0.040 molL10.002 0 molL1s110 s0.020 molL1K20.16020.020 1.3(3)逆反应 将反应容器的体积减小一半，即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动，即向逆反应方向移动化学平衡常数的三个应用(1)利用化学平衡常数判断化学反应
7、可能进行的程度，K值越大，反应进行的程度越大。(2)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向，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：cc（C）cd（D）ca（A）cb（B）Qc，称为浓度商。Qcv逆K 反应处于化学平衡状态，v正v逆K 反应向逆反应方向进行，v正K，所以平衡向逆反应方向移动。答案：(1)c（CO）c（H2O）c（CO2）c（H2）(2)吸热(3)700 (4)等于(5)不(6)逆反应方向5(教材改编)(1)下列叙述中，不正确的是_(填字母)。A某特定反应的平衡常数仅是温度的函数B催化剂不能改变平衡常数的大小C平
8、衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡D化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化(2)将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)2HI(g)H2(g)I2(g)达到平衡时，c(H2)0.5 molL1，c(HI)4 molL1，则此温度下反应的平衡常数为_，反应的平衡常数为_，相同温度下H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数为_。解析：(1)化学平衡常数只受温度影响，与是否使用催化剂无关，A、B项均正确；平衡常数改变，则意味着温度必然改变，平衡必定移动，C项正确；通过改变除温度之外的其他条件使平衡移动，则平衡常数不变，D项不正确。(2
9、)根据题干信息，可知平衡时：c(NH3)c(HI)2c(H2)4 molL10.5 molL125 molL1。由化学平衡常数的定义，则反应的平衡常数 Kc(NH3)c(HI)5420。反应的平衡常数 Kc（H2）c（I2）c2（HI）0.5 molL10.5 molL1（4 molL1）2 164，其逆反应的平衡常数为 64。答案：(1)D(2)20 164 64【归纳提升】化学平衡的计算(1)分析三个量：起始量、变化量、平衡量。(2)明确三个关系。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。各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。(3)计算方法：三段式法。化学
10、平衡计算模式：对以下反应 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 的变化量为 mx，容器容积为 V L。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始量(mol)a b 0 0 变化量(mol)mx nx px qx 平衡量(mol)amx bnx px qx 则有：KpxVpqxVqamxVmbnxVn。考点二 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自动进行的过程。(2)特点。体系趋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
11、体系更加稳定)。2自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。3判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向。研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。(2)熵变与反应方向。研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。熵和熵变的含义。a熵的含义。熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)S(
12、l)S(s)。b熵变的含义。熵变是反应前后体系熵的变化，用S表示，化学反应的S越大，越有利于反应自发进行。(3)综合判断反应方向的依据。HTS0，反应不能自发进行。【典例2】下列反应中，一定不能自发进行的是()A2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJ/mol S1 110 J/(molK)BCO(g)=C(石墨，s)1/2O2(g)H110.5 kJ/mol S89.36 J/(molK)C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJ/mol S280.1 J/(molK)D NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=CO
13、2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/mol S184.05 J/(molK)解析：根据GHTS。当H0时，G0，S0，反应一定不能自发进行。答案：B焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 H S HT S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；高温时非自发题组一 焓判据、熵判据与自发反应1实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()A所有的放热反应都是自发进行的B所有的自发反应都是放热的C焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要
14、因素D焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据解析：反应是否能自发进行是由焓变和熵变共同决定的，故焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。答案：C2下列说法正确的是()A凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C常温下，反应C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0D反应2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的H0解析：若H0，则一定自发，若H0，S0，则 一 定 不 能 自 发，若 H0，S0，S0，反应能否自发，和温度有关，A、B错误；C项中反应的S0，若H0，正确；D项中反应的S0，能
15、自发，说明H0，错误。答案：C题组二 复合判据的应用3已知：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol1。下列说法中正确的是()A该反应中熵变小于0，焓变大于0B该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行C碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行D判断反应能否自发进行需要根据H与S综合考虑答案：D4(2014镇江调研)下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol1BAg(s)12Cl2(g)=AgCl(s)H127 kJmol1CHgO(s)=Hg(l)12O2(g)H91 kJm
16、ol1DH2O2(l)=12O2(g)H2O(l)H98 kJmol1解析：反应自发进行的前提条件是反应的HTS0，S0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，H0，S0，在较低温度下，HTS0，S0，若使反应自发进行，即HTS0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，H0，在任何温度下，HTS0，即在任何温度下反应均能自发进行。答案：D【归纳提升】(1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。(2)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。(3)焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据，而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发进行的根本判据：反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主；高温时熵变影响为主。根据HTS可准确判断反应进行的方向。