1、高考资源网（） 您身边的高考专家第23讲化学平衡常数化学反应进行的方向一、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，称为化学平衡常数，用符号K表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K3实例化学方程式平衡常数关系式N2(g)3H2(g)2NH3(g)K1K2(或K1)K3(用含K1的式子表示)N2(g)H2(g)NH3(g)K22NH3(g)N2(g)3H2(g)K34意义(1)K值越大，平衡时反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学
2、平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。5平衡转化率平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物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%。二、化学反应进行的方向1自发过程(1)含义：不用借助于外力就可以自动进行的过程。(2)特点2熵与熵变(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。(2)常见的熵增过程同一种物质的不同状态：S(g)S(l)S(s)。反应后气体物质的量增加的反应。3化学反应方向的判据1.判断正误，正确的画“”，错误的画“”，并指明错因。(1)C(s)H2O(g)C
3、O(g)H2(g)的平衡常数表达式为K。()错因：固体和纯液体通常不计入平衡常数表达式中。(2)恒温、恒容条件下，发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡，向容器中再充入1 mol SO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大。()错因：K仅与温度有关。(3)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。()错因：K仅与温度有关。(4)改变条件，平衡右移，则反应物的转化率一定增大。()错因：在合成氨的反应中，其他条件不变时，增加N2的量，平衡右移，但N2的转化率减小。(5)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0。()错因：
4、GHTS0时反应可自发进行，又S0，所以HT1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，错误；D项，处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而c(CH3OH)减小，达到平衡时应该增大，正确。答案D 1平衡常数的几个易错点(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。(2)固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入平衡常数表达式。(3)两反应加和得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积；两反应相减，得到的新反应，其化学平衡常数是两反
5、应平衡常数相除得到的商。2化学平衡常数的应用(1)利用K可以推测可逆反应进行的程度K的大小表示可逆反应进行的程度，K大说明反应进行的程度大，反应物的平衡转化率大；K小说明反应进行的程度小，反应物的平衡转化率小。(2)利用K可判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(3)利用K的表达式确定化学反应方程式根据平衡常数的书写原则确定出反应物、生成物以及各物质的化学计量数。(4)借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态以及反应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，通过浓度商与K的相对
6、大小来确定反应是否达到平衡状态。Qc。Qc1O3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O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32O2H0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BKK1K2C适当升温，可提高消毒效率D压强增大，K2减小答案C解析降温，总反应平衡向右移动，K增大，A错误；K1、K2、KK1K2，B错误；升高温度，反应平衡向右移动，反应平衡向左移动，c(O)增大，可提高消毒效率，C正确；对于给定的反应，平衡常
7、数只与温度有关，D错误。2已知在600 时，以下三个反应的平衡常数：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_，反应2CO(g)2CuO(s)2CO2(g)2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系是_。(2)反应的K值随着温度升高而增大，则反应的反应热H_0。(3)反应的K3值与K1、K2的关系是_。(4)若其他条件不变，向反应所在的密闭容器中充入H2O(g)，则平衡将向_移动，该反应的平衡常数_(填“变大”“变小”或“不变”)。答案(1)K1K4
8、K(2)(3)K3(4)正反应方向不变解析(1)CuO和Cu都是固体，不代入平衡常数表达式，故反应的平衡常数表达式为K1，由反应2得反应方程式，则K4K。(2)温度升高，可逆反应向吸热方向进行，而K值增大，平衡正向移动，则正向为吸热的方向，故H0。(3)反应反应反应，则K3。(4)依据平衡移动原理，平衡将向正反应方向移动，由于K值仅受温度影响，故K值不变。考点二化学平衡常数的计算解析(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H”“(4)催化剂活性降低(或反应物浓度降低等)解析(1)该温度下，正丁烷的平衡转化率为，平衡时，5(1)558.8，0.76；前2a min内压强从5 MPa增大到8.4
9、 MPa，v(正丁烷) MPamin1。(2)反应C4H10(g)CH4(g)CH3CH=CH2(g)，若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为、，则丙烯和乙烷的体积分数分别为、，正丁烷为1，Kp2.13。(3)反应为体积变大的反应，若反应在恒温、恒压条件下进行，平衡后反应容器的体积变大，故体积大于8.8 L。考点三化学反应进行的方向解析HTS2.1809 kJmol1273 K(6.61103 kJmol1K1)0.38 kJmol10D反应2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的H0答案C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
10、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，能自发，说明H0，且S0的是()ANH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)BCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)C4Al(s)3O2(g)=2Al2O3(s)DHCl(aq)NaOH(aq)=NaCl(aq)H2O(l)答案B解析A、C、D三项均为放热反应，H0，且正向气体分子数增多，S0。2(2019张家口高三模拟)只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述正确的是()AK值有变化，平衡一定移动B平衡向正反应方向移动时，K值一定增大CK值不变，平衡不可能移动D相同条件下，同一个反应其化学方
11、程式的计量数增大2倍，K值也增大2倍答案A解析K值是温度的函数，K值变化，说明温度发生了改变，则平衡一定发生移动，A正确；若在其他条件不变时，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，有利于反应正向进行，但K值不变，若其他条件不变，只改变压强使平衡正向移动时，K值也不变。B、C错误；相同条件下，同一个反应，其化学方程式的计量数变为原来的2倍，K值应变为原数值的平方，D错误。3已知在25 时，下列反应的平衡常数如下：N2(g)O2(g)2NO(g)K1110302H2(g)O2(g)2H2O(g)K2210812CO2(g)2CO(g)O2(g)K341092下列说法正确的是()ANO分解反应：NO(
12、g)N2(g)O2(g)的平衡常数为11030B根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2OC常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NOH2OCO2D温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大答案C解析A项，NO(g)N2(g)O2(g)的平衡常数为11015，错误；B项，根据平衡常数可判断反应进行的程度但并不能判断反应的难易，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为11030、51082、41092，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。4已知反应FeO(s)
13、C(s)=CO(g)Fe(s)的H0(假设H、S不随温度变化而变化)，下列叙述中正确的是()A低温下为自发过程，高温下为非自发过程B高温下为自发过程，低温下为非自发过程C任何温度下为非自发过程D任何温度下为自发过程答案B解析已知H0，固固反应生成气体的反应S0，化学反应能自发进行的判据是HTS0，即TSH，因此此反应只能是高温自发，B正确。5将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)粉末置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度()15.02
14、0.025.030.035.0平衡总压强(kPa)5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度(103 molL1)2.43.44.86.89.4下列说法正确的是()A该反应的H0，错误；B项，反应前后气体分子数增大，则S0，在较低温度下，HTS0，反应不能自发进行，错误；C项，25 时，NH3、CO2的平衡浓度分别为3.2103 molL1、1.6 103 molL1，因此Kc2(NH3)c(CO2)1.6108，正确；D项，NH2COONH4为固体，加入少量NH2COONH4平衡不移动，错误。6某温度下，密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示，下列说法错误的是(
15、)物质XYZW初始浓度/molL10.50.600平衡浓度/molL10.10.10.40.6A反应达到平衡时，X的转化率为80%B该反应的平衡常数表达式为KC增大压强其平衡常数不变，但使平衡向生成Z的方向移动D改变温度可以改变此反应的平衡常数答案C解析平衡时X的转化率100%100%80%，A正确；从表中数据可推出其反应比例为0.40.50.40.64546，则化学方程式计量数之比为4546，B正确；增大压强其平衡常数不变，但该反应为气体体积增大的反应，所以增大压强时平衡向逆反应方向移动，C错误；平衡常数只与温度有关，D正确。7.(2019日照质量检测)T 时，在恒容密闭容器中充入一定量的H
16、2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0.6 mol，D错误。二、非选择题(共28分)10(2019福建六校联盟高三联考)(14分)大气、水体污染的治理是化学工作者研究的重要课题，燃煤的烟道气和汽车尾气是造成雾霾天气污染的原因之一。(1)用CH4催化还原氮氧化物，已知CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H1a kJmol1。欲计算反应CH4(g)4NO(g)=2N2(g)CO2(g)2H2O(l)的焓变H2，则还需要查找某化合反应的焓变H3，该化合反应中各物质化学计量数之比为最简整数比时H3b kJmol1，则该化合反应的热化学方程式为_。据
17、此计算出H2_kJmol1(用含a和b的式子表示)。(2)汽车尾气转化的反应之一：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H746.5 kJmol1。在某温度时，探究某种催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表：时间/s012345c(NO)/(104molL1)10.04.502.501.501.001.00c(CO)/(103molL1)3.603.052.852.752.702.70请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：前2 s内的平均反应速率v(N2)_。在该温度下，反应的平衡常数K_(只写出计算结果)。对于该可逆反应，通过综合
18、分析以上信息，至少可以说明_(填字母)。A该反应的反应物混合后很不稳定B在催化剂的作用下，该反应一旦发生将在较短的时间内完成C该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小D该反应在一定条件下能自发进行E该反应使用催化剂意义不大答案(1)N2(g)O2(g)=2NO(g)H3b kJmol1a2b(2)1.875104 molL1s15000BCD解析(1)将题中已知热化学方程式记作，观察CH4与NO的反应可看出要计算H2，缺少N2和NO的有关反应，根据题中信息可写出N2(g)O2(g)=2NO(g)H3b kJmol1并记作，根据盖斯定律，由2得H2(a2b) kJmol1。(2)该反应
19、的反应物必须在催化剂和某温度下才能反应，A、E项错误；该反应在催化剂作用下，反应速率较快，即短时间内可完成该反应，B项正确；结合及表格中数据可知，该反应体系达到平衡时，NO的百分含量较小，C项正确；该反应为S0且H0的反应，则温度较低时HTS0，即该反应在一定条件下能自发进行，D项正确。11(2019广东清远高三期末)(14分)氨的合成与应用一直是众多科学家研究的热门话题，目前该研究领域已经催生了三位诺贝尔化学奖得主，N2不仅可以与H2合成氨气，N2还可以与其他物质反应生成氨气，回答下列相关问题：(1)德国化学家哈伯研究“N2(g)3H2(g)2NH3(g)”反应贡献巨大，1918年荣获诺贝尔
20、化学奖，已知该反应在298 K时，H92.2 kJ/mol，平衡常数K4.1106 (mol/L)2若从平衡常数角度分析，反应限度已经较大，但为何化工生产中还需要使用催化剂：_。升高温度，反应物的转化率会降低，而实际化工生产中常常采用700 K左右的温度，其原因是_。(2)研究发现，常温恒压密闭容器中，N2在催化剂表面可以与水发生反应：2N2(g)6H2O(l)4NH3(g)3O2(g)下列各项能够作为判断该反应一定达到平衡的依据是_(填标号)。A容器中N2(g)、NH3(g)、O2(g)的浓度之比为243BN2与NH3浓度之比恒定不变Cv正(N2)2v逆(NH3)D混合气体中氨气的质量分数不
21、变E压强保持不变平衡后若分别改变下列一个条件，可以使N2转化率增大的是_(填标号)。A转移掉部分O2 B转移掉部分NH3C适当增加H2O(l)的量 D增加N2的量(3)科学研究发现，天然气CH4(g)与N2(g)在催化剂作用下可以直接用于合成氨气，同时生成副产物焦炭，已知每转移1 mol电子，该反应吸收的热量为Q kJ。写出该反应的热化学反应方程式：_。700 时，将3 mol CH4与3 mol N2在2 L的恒容密闭容器中发生上述反应，达到平衡时生成a mol C，此时混合气体中氨气的体积分数为_(用含a的数学表达式即可，下同)；该温度下的平衡常数K_。答案(1)使用催化剂，主要目的是加快
22、反应速率，提高单位时间内的产量该温度下，催化剂的活性大，催化效率高，反应速率快，此温度下，虽然反应限度有所降低，但综合考虑，单位时间内的产量仍较高(2)BDAB(3)3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g)H12Q kJ/mol100%解析(2)平衡时各物质浓度比不一定等于系数比，所以N2(g)、NH3(g)、O2(g)的浓度之比为243可能是反应处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，不能作为判断平衡的标志，A错误；N2是反应物，NH3是生成物，若二者浓度之比恒定不变，则反应达到平衡状态，B正确；任何时刻，v正(N2)v正(NH3)24，若反应达到平衡，则v正(NH3)v逆(NH3)，则平衡时v正(N2)v逆(NH3)24，所以2v正(N2)v逆(NH3)，C错误；若混合气体中氨气的质量分数不变，则反应处于平衡状态，D正确；该反应是在恒温恒压下进行，任何时刻压强保持不变，不能作为判断平衡的标准，E错误；故合理选项是B、D。- 20 - 版权所有高考资源网