1、第24讲化学平衡常数化学反应的方向复 习 目 标1了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确计算化学反应的转化率()。考点一化学平衡常数的概念及应用必备知识梳理夯实学科基础1.化学平衡常数及表达式(1)概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到_时，生成物_与反应物_的比值是一个常数，用符号_表示。(2)表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)的平衡常数K_。固体或纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式aC(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式KcCOcH2cH2O。bFe3(aq)3H2O(l)Fe(OH)3(s)3H(aq
2、)的平衡常数表达式Kc3H+cFe3+。2平衡常数的换算化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。(1)同一反应的正逆平衡常数互为_，即K正1K逆。(2)反应的化学计量数变为原来的n倍，则平衡常数是原平衡常数的n次方，即K_。3意义及影响因素意义K值越大正反应进行的程度越_反应物的转化率越_内因反应物本身的性质影响因素外因温度升高H0，K值增大特别提醒一般地，当K105时，反应基本完全了。4.主要应用(1)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡QK体系处于平衡状态QK反应_向进行(2)判断可逆反应的反应热升高温度K值增大正反应为_热反
3、应K值减小正反应为_热反应降低温度K值增大正反应为_热反应K值减小正反应为_热反应易错易混辨析(错误的说明错因)(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()错因：_。(2)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大()错因：_。3NH4+H2ONH3H2OH的平衡常数表达式为KcNH3H2OcH+cNH4+ cH2O()错因：_。(4)对于N2(g)3H2(g) 2NH3H0反应，降温和加压均右移，平衡常数均增大()错因：_。(5)升高温度，平衡常数K一定增大()错因：_。(6)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动()错因：_。(7)一定温度下，2SO2O22SO3与2SO3O2
4、2SO2的平衡常数互为相反数()错因：_。深度思考一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系N2(g)3H2(g)2NH3(g)K112N2(g)32H2(g)NH3(g)K22NH3(g)N2(g)3H2(g)K3(1)K1和K2，K1_。(2)K1和K3，K1_。题组强化训练形成关键能力题组一化学平衡常数的含义及其影响1对于反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H0，下列有关说法正确的是()A平衡常数表达式为KcCOcH2cCcH2OB恒温条件下压缩容器的体积，平衡不移动，平衡常数K不发生变化C升高体系温度，平衡常数K减小D恒温恒压条件下，通入氦气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变
5、化2反应、均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应、发生在氧化炉中，反应发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是()化学平衡常数温度(K)反应：4NH35O24NO6H2O反应：4NH33O22N26H2O反应：2NOO22NO25001.110267.110341.31027002.110192.610251.0A.使用选择性催化反应的催化剂可增大氧化炉中NO的含量B通过改变氧化炉的温度可促进反应而抑制反应C通过改变氧化炉的压强可促进反应而抑制反应D氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度题组二化学平衡常数的计算与应用3已知COS氢解：H2(g)COS(g)H2
6、S(g)CO(g)H6.2 kJmol1。COS(g)氢解反应的平衡常数K与温度T的关系如右图。(1)能表示COS(g)氢解反应的直线为_(填“x”“y”或“z”)。(2)某温度下向刚性容器中通入m mol COS(g)和n mol H2(g)发生氢解反应。已知COS(g)的平衡转化率为，则该温度下氢解反应的平衡常数K_(用m、n、等符号表示)。4减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)2CO(g) N2(g)2CO2(g)H0，向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示。时间/s01234c(NO)/(103 molL1)9.004.002.001.001.00c(CO)/
7、(103 molL1)9.004.002.001.001.00(1)为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有_(写出两种即可)。(2)此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K_。情 境 创 新 设 计O3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，能杀灭新冠肺炎病毒。已知常温常压下发生的反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1(反应进行程度较小)反应OO32O2H0平衡常数为K2(反应进行程度较大)总反应：2O33O2H0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)1 molL1，c(N)2.4 molL1。思考
8、并解答下列问题：(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，列出“三段式”，计算此时N的平衡浓度是多少？_(2)若反应温度升高，该反应的平衡常数、M的转化率如何变化？_。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)4 molL1，c(N)a molL1；达到平衡后，c(P)2 molL1，则M的转化率为_，N的起始浓度为_。题组强化训练形成关键能力题组一化学平衡常数、转化率计算1已知反应：CH2=CHCH3(g)Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)HCl(g)。在一定压强下，按wnCl2nCH2=CHCH3向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数()与温度(T)、w
9、的关系，图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是()A.图甲中w21B图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C温度为T1、w2时，Cl2的转化率为50%D若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大2相同温度下，分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应：X2(g)3Y2(g)2XY3(g)Ha kJmol1，实验测得反应的有关数据如下表。容器反应条件起始物质的量/mol达到平衡所用时间/min达到平衡过程中的能量变化X2Y2XY3恒容13010放热0.1a kJ恒压130t放热b kJ下列叙述正确的是()A对于上述反应，中反应的平衡常数K的数值不同B
10、中：从开始至10 min内的平均反应速率v(X2)0.1 molL1min1C中：X2的平衡转化率小于10%Db0.1a题组二竞争反应、连续反应平衡常数的计算3加热N2O5依次发生的分解反应为N2O5(g)N2O3(g)O2(g)，N2O3(g) N2O(g)O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t 时反应的平衡常数为()A10.7 B8.5 C9.6 D10.24CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：反应：CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)反应：2CO2(g)6
11、H2(g)C2H4(g)4H2O(g)为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：该催化剂在较低温度时主要选择_(填“反应”或“反应”)。520 时，反应的平衡常数K_(只列算式不计算)。题组三压强平衡常数5将2 mol CO2和6 mol H2充入密闭容器中发生反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，压强为0.1 MPa和5.0 MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。b点对应的平衡常数Kp_(Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压总压物质的量分数)。思维建模压强平衡
12、常数(Kp)的计算流程考点三速率常数与化学平衡常数必备知识梳理夯实学科基础1.化学反应速率常数定义假设基元反应(能够一步完成的反应)为aAdD=gGhH，其反应速率可表示为vkca(A)cd(D)，式中的k称为反应速率常数或速率常数，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，不同反应有不同的速率常数。2正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，v正k正ca(A)cb(B)，v逆k逆cc(C)cd(D)，平衡常数KccCcdDcaAcbBk正v逆k逆v正，反应达到平衡时v正v逆，故Kk正k逆。知识拓展阿伦尼乌斯公式阿伦尼乌斯公式是化学
13、反应速率常数随温度变化的经验公式，在反应速率与平衡试题中，可能以新信息的形式出现，也可能以图像的形式进行命题。(1)阿伦尼乌斯公式的指数式为kAeEaRT，其中k为反应速率常数，A为比例系数，e为自然对数的底，R为摩尔气体常量，Ea为活化能。对于同一反应，Ea0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率增大。对于不同反应，Ea值越大，改变温度对化学反应速率的影响程度就越大，这就是升高相同温度时，不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因。(2)阿伦尼乌斯公式的定积分式为ln k2k1EaR1T21T1，不定积分式为ln kEaR1TB，命题时，常会结合ln K1T图像进行设问。题组强化训练形成关
14、键能力1.已知反应2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H746.8 kJ/mol。测得v正k正c2(NO)c2(CO)，v逆k逆c(N2)c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)。(1)达平衡后仅升高温度，k正增大的倍数_(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则k正k逆_%(保留3位有效数字)。22NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：反应：2NO(g)N2O2(g)(快)H10v1正k1正c2(NO)，v1逆k1逆c(N2O2)；反应：N2O2(g
15、)O2(g)2NO2(g)(慢)H2”“”或“”)反应的活化能E。(2)已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数_k2逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。考点四化学反应方向的判断必备知识梳理夯实学科基础一、化学反应进行的方向1自发过程和自发反应：(1)自发过程。含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。特点：A体系趋向于从_状态转变为_状态(体系对外部做功或释放热量)。B.在密闭条件下，体系有从_自发转变为_的倾向(无序体系更加稳定)。非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。(2)自发反应。含义：在给定的条件下，可以自发进行到显著程
16、度的化学反应，称为自发反应。非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。2化学反应方向的判断：(1)焓判据。_反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。局限性：放热反应有利于反应自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，例如：在25 和101 kPa时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1。(2)熵和熵判据。熵：用来量度体系_的物理量，符号为_，单位为Jmol1K1。体系混乱程度越大，熵值_。同一种物质，不同状态，熵值大小为_。熵变(S)：SS(生成物)S(反应物)。熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的
17、熵_，即熵变_零。熵判据：A体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。B局限性：熵增有利于反应自发进行，但有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。如：NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)S0。(3)复合判据。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化(G、单位：kJmol1)：GHTS(注意：T的单位是“K”，不是“”)。G0，反应_自发进行。易错易混辨析(错误的说明错因)(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生()错因：_。(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行()错因：_。(3)吸热
18、反应不可以自发进行()错因：_。(4)同种物质气态时熵值最大()错因：_。【微点拨】二、控制反应条件的目的1促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。2抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。三、控制反应条件的基本措施1控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。2提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆
19、反应的限度，从而提高转化率。如：以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件 反应原理：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1。从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件综合考虑选择适宜的生产条件a温度：400500 b压强：1030 MPac投料比：nN2nH212.8d以铁触媒作催化剂e采用循环操作提高原料利用率情 境 创 新 设 计氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨还作为工业原料，用于生产硝酸、各种含氮的无机盐等，液氨常用作制冷剂。下图是工业合成氨的工艺：问题探究(1)工业合成氨是人类科学技术的一
20、项重大突破，其热化学方程式如下：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1，结合反应的化学方程式分析：哪些措施可以提高合成氨的反应速率？哪些措施可以提高氮气和氢气的转化率？_(2)已知合成氨温度、压强与氨的含量关系如下温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.
21、4合成氨时一般采用的压强为1030 MPa的原因是什么？_合成氨时选择500 而不选200 是考虑的什么因素？选择500 而不选1 000 是考虑的什么因素？_合成氨工业常使用铁触媒作催化剂，催化剂能提高产物中氨的百分含量吗？_合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？_题组强化训练形成关键能力题组一化学反应方向的判断12022平顶山模拟下列说法正确的是()A固体的溶解过程与熵变无关B常温下，冰融化成水是自发的，说明水的混乱度大于冰C放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的D反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素22022嘉兴模拟已知反应2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(
22、g)H0，该反应自发进行的条件是()A低温自发B高温自发C任意温度下都能自发进行D一定非自发题组二化学反应方向的应用3(双选)研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是()AH0的反应在任何温度时均能自发进行B在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应方向C反应CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的H0、S04氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1。下列有关合成氨反应的说法正确的是()A反应的
23、S0B反应的HE(NN)3E(HH)6E(NH)(E表示键能)C反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于26.021023D反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率题组三化学反应的调控在生产中的应用5碳、氮能形成多种氧化物、氢化物。(1)已知：2NO(g)N2(g)O2(g)H1180.5 kJmol1CO(g)12O2(g)CO2(g)H2283 kJmol1则NO与CO反应生成两种无毒气体的热化学方程式为_。(2)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的NOx含量，某研究所的科研人员探究了T1 时等质量的三种催化剂对CO还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如
24、图1所示。如果不考虑催化剂价格，则使用催化剂_(填“”“”或“”)最好；A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是_。若容器容积为2 L，开始时加入0.5 mol NO、0.5 mol CO，在催化剂的作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)在该温度下的平衡常数K_。在图2坐标系中画出使用催化剂(其他条件相同)时，25 s时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。6氢能是一种公认的高热值清洁能源，目前世界各国正致力于将高污染高排放的碳能源过渡成清洁高效低排放的氢能源。(1)我国氢气的主要来源是焦炉气制氢，所制得的氢气含有较多的CO和H2S，中温干
25、法脱硫是用氧化铁将硫元素转化为硫化铁。干法脱硫反应的化学方程式为_。(2)我国科研人员用木屑水蒸气气化制取氢燃料，在一定条件下，反应器中存在如下反应：.CO2(g)C(s)=2CO (g)H1.C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H2.C(s)2H2(g)=CH4(g)H3.CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H4.CH4(g)2H2O(g)=CO2(g)4H2(g)H5H5_(用含H1、H2、H3或H4的式子表示)。研究中CaO的添加量按照CaO中所含的Ca和松木屑所含碳的物质的量比确定，在750 ，控制水蒸气流量为0.1 g/(ming)下，探究催化剂加入量对产气组分和气化
26、性能的影响，结果如表所示：n(Ca)/n(C)气体体积分数碳转化率/%H2COCO2CH4045.5822.7022.377.5461.220.552.9521.7419.115.1456.591.058.6222.3712.605.3161.42由表中数据，nCanC_时最为合理。nCanC由0到0.5时，H2的体积分数显著增加的原因：_。体系的气化温度不仅对木屑的热解气化反应有影响，而且对CaO吸收CO2的能力以及CaCO3的分解反应也有很大影响。实验过程中，控制nCanC为1.0，水蒸气流量为0.1 g/(ming)，将气化反应温度从700 升到850 ，气化温度对产氢率、产气率的影响如
27、表：温度/气体体积分数碳转化率/%H2COCO270051.7820.7519.8954.3775058.6222.3712.6061.4280055.6326.0512.7173.4385054.1626.9413.8283.34从产氢率的角度考虑，最佳操作温度是_。随着反应的进行，发现CaO的吸收能力逐渐降低，原因是_。(3)将氢气储存于液体燃料中，可以解决氢气的安全高效存储和运输问题。由于甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低等优点，是理想的液体储氢平台分子。我国学者构建一种双功能结构的催化剂，反应过程中，在催化剂的表面同时活化水和甲醇。如图是甲醇脱氢转化的反应历程(TS表示过渡态)。根据
28、图像判断甲醇脱氢反应中断裂的化学键是_，该反应的H_( 填“大于”“等于”或“小于”)0。高考真题演练明确考查方向12021全国甲卷(节选)反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，在起始物n(H2)/n(CO2)3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t250 下的x(CH3OH)p、在p5105 Pa下的x(CH3OH)t如图所示。用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp_；图中对应等压过程的曲线是_，判断的理由是_；当x(CH3OH)0.10时，CO2的平衡转化率_，反应条件可能为_或_。22021山东卷(节选)2甲氧基2甲基
29、丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：回答下列问题：反应、以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。(1)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为。已知反应的平衡常数Kx39.0，则平衡体系中B的物质的量为_mol，反应的平衡常数Kx1_。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应的化学平衡将_(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)c(CH3OH)_。(2)为研究反应
30、体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为_(填“X”或“Y”)；t100 s时，反应的正反应速率v正_逆反应速率v逆(填“”“”或“)。随堂过关训练提升学科素养1某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B，发生反应：3A(g)2B(g)4C(s)2D(g)，反应一段时间后达到平衡状态，测得生成1.6 mol C。下列说法正确的是()A.该反应的化学平衡常数Kc4Cc2Dc3Ac2DBB.B的平衡转化率是40%C.增大压强，化学平衡常数增大D.增加
31、B的量，B的平衡转化率增大2可逆反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商)()A.Q变小，K不变，O2转化率减小B.Q不变，K变大，SO2转化率减小C.Q不变，K变大，O2转化率增大D.Q增大，K不变，SO2转化率增大3.K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O72+H2O2CrO422HH0，分别在26.3 、50.0 恒温条件下，往100 mL 0.100 molL1的K2Cr2O7溶液中加入一定量K2Cr2O7固体，持续搅拌下pH传感器连续测量溶液的pH，得到如图实验图像，下列说法正确的是(
32、)A.曲线是50.0 的pHt曲线B.曲线对应的平衡常数的数量级是1014C.t1后，c(Cr2O72)c(CrO42)c(K)D.26.3 ，与0.100 molL1的K2Cr2O7溶液相比，达到新平衡时c2(CrO42)/c(Cr2O72)增大4有机物M生成有机物N的反应式为CH3OH，在190 和210 时M的转化率随反应时间的变化关系如图所示。设M的起始浓度为d mol/L，反应过程中液体的体积变化忽略不计。下列说法错误的是()A.为了提高M的转化率，反应进行时可以及时从反应体系中移出部分甲醇B.若b点时反应处于平衡状态，则210 时反应的平衡常数K0.99d0.99d0.01dC.a
33、、c两点的瞬时反应速率：v(a)v(c)D.190 时，0200 min内M的平均反应速率为0.68d200 molL1 min15在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度条件下进行如下反应：A(g)B(g)C(g)H85.1 kJmol1。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/100 kPa4.915.586.327.318.549.509.529.539.53回答下列问题：(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为_(答出两项措施)。(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率，(A)的表达式为_，平
34、衡时A的转化率为_，列式并计算反应的平衡常数K：_。 (3)由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n总_ mol，n(A)_ mol。下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a_。反应时间t/h04816c(A)/(molL1)0.10a0.0260.006 5分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(t)的规律，得出的结论是_，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为_ molL1。第24讲化学平衡常数化学反应的方向考点一必备知识梳理夯实学科基础1(1)化学平衡浓度幂之积浓度幂之积K(2)cpCcqDcmAcnB2(1)倒数(2)
35、Kn3大大4(1)正逆(2)吸放放吸易错易混辨析答案：(1)平衡常数表达式中，必须是各物质的平衡浓度(2)平衡常数只与温度有关(3)固体或纯液体浓度为常数，不出现在平衡常数的表达式中(4)平衡常数只与温度有关(5)升温，对于吸热反应，平衡常数增大，对于放热反应，平衡常数减小(6)平衡常数发生改变，温度一定改变，所以化学平衡一定发生移动(7)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆它们互为倒数关系深度思考答案：1K22(2)1K3题组强化训练形成关键能力1解析：固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强，平衡逆向移动，B项错误；升温，该反应正向进行，K增大，C项错
36、误；恒压条件下，通入氦气，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。答案：D2解析：使用选择性催化反应的催化剂可促进反应的发生，增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应和反应的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应而抑制反应的效果，故B错误；反应和反应的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应而抑制反应的效果，故C错误；反应、正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。答案：A3解析：(1)由题意COS(g)氢解反应为吸热反应，T减小，1T
37、增大，氢解反应向逆反应方向进行，则K减小，lg K也减小，所以直线z表示COS(g)氢解反应。(2)设刚性容器体积为1 L，由题意列三段式为 H2 COS H2S CO起始/(molL1) n m转化/(molL1) m m m m平衡/(molL1) nm mm m mKm22/(nm)(mm)m21nm。答案：(1)z(2)m21nm4解析：(1)该反应的正反应是气体分子总数减小的放热反应，要提高尾气处理的效果，即使平衡正向移动，可采取的措施有降低温度或增大压强(或压缩体积)；催化剂虽不能改变化学平衡，但使用催化活性较好的催化剂可加快反应速率，提高单位时间内尾气的处理量，提高处理尾气的效果
38、。(2)此条件下达到平衡时，c(NO)c(CO)1.00103molL1，c(NO)8.00103molL1，c(N2)12c(NO)128.00103molL14.00103 molL1，c(CO2)c(NO)8.00103molL1，因此反应的平衡常数KcN2c2CO2c2NOc2CO4.001038.0010321.0010321.0010322.56105。答案：(1)降低温度或增大压强或使用高效催化剂(2)2.56105情 境 创 新 设 计提示：(1)反应进行程度越大，平衡常数越大。故K2大于K1。(2)降低压强，平衡向正反应方向移动。但平衡常数只与温度有关，故降低压强K3不变。(
39、3)放热反应，升高温度K值减小，吸热反应，升高温度K值增大。因此，升高温度K2、K3减小，K1增大。(4)由盖斯定律可知，反应可得总反应，则KK1K2。考点二深度思考解析：(3) M(g)N(g) P(g)Q(g)初始浓度/molL1 4 a 0 0转化浓度/molL1 2 2 2 2平衡浓度/molL1 42 a2 2 2X(M)24100%50%温度不变，平衡常数不变，K0.60.60.41.82242a212，解得a6，即反应物N的起始浓度为6molL1。答案： (1)M(g)N(g)P(g)Q(g)初始/molL1 1 2.4 0 0转化/molL1 160% 160% 160% 16
40、0%平衡/molL1 0.4 1.8 0.6 0.6由三段式得N的平衡浓度为1.8molL1。(2)由于该反应正向为吸热反应，温度升高，平衡右移，K值增大，M的转化率增大(3)50%6molL1题组强化训练形成关键能力1解析：根据题中信息可知，增大n(Cl2)，w增大，平衡正向移动，丙烯的体积分数()减小，故w21，A项正确；根据图甲可知，升高温度，丙烯的体积分数增大，说明平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，则升高温度，正反应的平衡常数减小，逆反应的平衡常数增大，图乙中A线表示逆反应的平衡常数，B项正确；由图乙知，温度为T1时，正、逆反应的平衡常数相等，又因两者互为倒数，则平衡常
41、数K1，当w2时，设CH2=CHCH3和Cl2的物质的量分别为a mol、2a mol，参加反应的Cl2的物质的量为b mol，利用三段式可列关系式b2ab2ab1，解得b2a13，则Cl2的转化率约为33.3%，C项错误；该反应为反应前后气体体积不变的放热反应，反应向正反应方向进行，体系温度升高，气体膨胀，达到平衡时，装置内的气体压强将增大，D项正确。答案：C2解析：中反应温度相同，平衡常数K的数值相同，A项错误；中反应放热0.1a kJ，说明10 min内X2反应了0.1 mol，物质的量浓度改变量为0.1 molL1，所以其平均速率为v(X2)0.01 molL1min1，B项错误；据容
42、器中数据，可算出X2的平衡转化率为10%，容器是恒温恒压，容器是恒温恒容，容器相当于在容器的基础上加压，平衡右移，所以X2的转化率大于10%，容器放出的热量比容器多，C项错误、D项正确。答案：D3解析：设N2O5的转化浓度为x molL1，N2O3的转化浓度为y molL1。 N2O5(g)N2O3(g)O2(g)开始/molL1 4 0 0转化/molL1 x x x平衡/molL1 4x x xN2O3(g)N2O(g)O2(g)开始/molL1 x 0 x转化/molL1 y y y平衡/molL1 xy y xy根据题意得x+y=4.5xy=1.7所以x3.1，y1.4，所以反应的平衡
43、常数为KcO2cN2O3cN2O54.51.743.18.5。答案：B4解析：温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应。CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g) 转化molL1 0.2 0.8 0.2 0.42CO2(g)6H2(g) C2H4(g)4H2O(g) 转化molL1 0.4 1.2 0.2 0.8c(CO2)(20.20.4) molL11.4 molL1c(H2)(40.81.2) molL12 molL1c(H2O)(0.40.8) molL11.2 molL1所以K0.21.221.424答案：反应0.21.221.4245解析：压强增
44、大，反应向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，所以b点所在的曲线表示压强为0.1 MPa。答案：4003考点三题组强化训练形成关键能力1解析：(2)k正k逆K，结合转化率列“三段式”计算平衡量，进而计算K。答案：(1)小于(2)24.72解析：(1)由反应达平衡状态，所以v1正v1逆、v2正v2逆，所以v1正v2正v1逆v2逆，即k1正c2(NO)k2正c(N2O2)c(O2)k1逆c(N2O2)k2逆c2(NO2)，则有Kc2NO2c2NOcO2k1正k2正k1逆k2逆；因为决定2NO(g)O2(g)2NO2(g)速率的是反应，所以反应的活化能E远小于反应的活化能E。答案：(1)k1正k
45、2正k1逆k2逆S(l)S(s)增大大于(3)能平衡不能易错易混辨析答案：(1)自发反应也得有一定条件(2)(3)有些吸热反应也能自发进行(4)三、2放热减少升高增大催化剂增大降低情 境 创 新 设 计提示：(1)升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氮气和氢气的转化率。(2)合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强为1030 MPa。选择500 而不选200 是考虑的催化剂活
46、性与速率因素，选择500 而不选1 000 是考虑的平衡因素。不能。因为催化剂对化学平衡无影响，不能改变平衡状态。为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。题组强化训练形成关键能力1答案：B2答案：A3解析：根据GHTS，对于H0的反应都有G0，由于室温下不能自发进行，所以GHTS0，即该反应的H0，故C错误；反应MgCl2(l)=Mg(l)Cl2(g)中有气体生成，即S0，该分解反应是吸热反应，即H0，故D正确。答案：AD4解析：在合成氨反应中，生成物气体分子数小于反应物气体分子数，所以反应的S
47、0，A不正确；反应的H反应物的键能总和生成物的键能总和E(NN)3E(HH)6E(NH)(E表示键能)，B不正确；由合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，可建立如下关系式：N23H26e，则反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2 mol6.021023 mol126.021023，C正确；合成氨反应为放热的可逆反应，高温可加快反应速率，但会使平衡逆向移动，不能提高H2的平衡转化率，使用催化剂只能改变反应速率，但不能改变H2的平衡转化率，也就不能提高H2的平衡转化率，D不正确。答案：C5解析：(1)NO与CO反应生成两种无毒气体，应为CO2和N2，化学方程式应为2CO(g)
48、2NO(g)2CO2(g)N2(g)；由已知：2NO(g)N2(g)O2(g)H1180.5 kJmol1；CO(g)12O2(g)CO2(g)H2283 kJmol1；根据盖斯定律可知2可得2CO(g)2NO(g)2CO2(g)N2(g)H180.5 kJmol1(283 kJmol1)2746.5 kJmol1。(2)据图可知相同时间内使用催化剂的反应最先达到平衡，所以使用催化剂最好；据图可知A点曲线的斜率更大，反应速率更快。据图可知25 s时氮气的物质的量不再改变说明反应达到平衡，此时n(N2)0.2 mol，根据方程式可知此时容器中n(CO2)0.4 mol，n(NO)n(CO)0.4
49、 mol，初始投料为0.5 mol CO和0.5 mol NO，所以平衡时容器内n(NO)n(CO)0.1 mol，容器的容积为2 L，所以K0.220.4220.1220.122640。答案：(1)2CO(g)2NO(g)2CO2(g)N2(g)H746.5 kJmol1(2)v(A)v(B)6406解析：(1)根据题干可知，该反应为氧化铁与H2S反应，生成硫化铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O33H2S=Fe2S33H2O。(2)根据盖斯定律22，则H52H2H1H32H4H3H1H2H4H3。根据表格中产氢率，nCanC1.0时最高；nCanC由0到0.5时，H2的体积分数显著增加的原
50、因是CaO作为CO2的吸收剂，使产气中CO2分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2的方向移动。根据表格可知750 时，产氢率最高。CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙，附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收。(3)甲醇的结构简式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是OH和CH；该反应的相对能量降低，反应放热。答案：(1)Fe2O33H2S=Fe2S33H2O(2)2H2H1H3(或2H4H3H1或H2H4H3)1.0CaO作为CO2的吸收剂，使产气中CO2分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2的方向移动750 CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO
51、对CO2的进一步吸收(3)OH和CH小于高考真题演练明确考查方向1解析：根据总反应的化学方程式可知，其压强平衡常数表达式KppH2OpCH3OHpCO2p3H2。氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b表示等压过程的曲线。根据起始物n(H2)/n(CO2)3，设初始时H2为3 mol，CO2为1 mol，达到平衡时转化的CO2为a mol，应用三段式法计算： CO2(g) 3H2(g)=CH3OH(g) H2O(g)起始量/mol 1 3 0 0转化量/mol a 3a a a平衡量/mol 1a 33a a a则a42a
52、0.10，计算得a13，故CO2的平衡转化率为13 mol(1 mol)100%33.3%。结合上述分析知，曲线a、b分别对应t250 下的x(CH3OH)p的曲线、p5105 Pa下的x(CH3OH)t的曲线，对照图像中的x(CH3OH)0.10可知，反应条件可能是5105Pa，210 或9105Pa，250 。答案：pH2OpCH3OHp3H2pCO2b总反应HKx3，则反应向逆反应方向进行，故正反应速率v正逆反应速率v逆。答案：(1)0.910122逆向移动110(2)X随堂过关训练提升学科素养1解析：化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A错误；根据化学方程式可知
53、，平衡时B减少的物质的量是0.8 mol，故B的平衡转化率为40%，B正确；化学平衡常数只与温度有关，增大压强，化学平衡常数不变，C错误；增加B的量，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，而B的转化率减小，D错误。答案：B2解析：当可逆反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，氧气的浓度增大，浓度商Q变小，平衡向右移动，氧气转化率减小，平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，故A正确。答案：A3解析：升高温度使平衡正向移动，氢离子浓度变大，pH减小，所以曲线是50.0 的pHt曲线，A错误；反应Cr2O72+H2O=2CrO422H的平
54、衡常数表达式为Kc2H+c2CrO42 cCr2O72 ，据图可知曲线上0.100 molL1的K2Cr2O7溶液的pH3.75，所以c(CrO42)c(H)103.75 molL1，则K103.752103.7520.1103.751014，B正确；根据物料守恒n(Cr)n(K)，所以2cCr2O72 c(CrO42)c(K)，C错误；c2CrO42 cCr2O72 Kc2H+，加入一定量K2Cr2O7固体后pH减小，即c(H)增大，而K不变，所以该比值减小，D错误。答案：B4解析：及时从反应体系中移走生成物甲醇，可降低生成物浓度，使反应向正反应方向进行，从而提高反应物的转化率，A正确。b点
55、时M的转化率为99%，根据“三段式”有则210 时反应的平衡常数K0.99d0.99d0.01d，B正确。a、c两点反应的转化率相等，但达到a点所需时间短，曲线斜率大，故a点的瞬时反应速率大于c点的，C错误。190 ，200 min时M的转化率为68%，则M的转化浓度为0.68d molL1，0200 min内M的平均反应速率为0.68d200 molL1min1，D正确。答案：C5解析：(2)压强之比等于气体的物质的量之比，依据三段式进行求解 A(g)B(g)C(g)始态 p0 0 0反应 p0(A) p0(A) p0(A)终态 p0p0(A) p0(A) p0(A)pp0p0(A)p0(A
56、)p0(A)p0p0(A)，求得(A)pp01100%；25 h时反应已平衡，(A)9.53100 kPa4.91100 kPa1100%94.1%；依据三段式进行求解 A(g) B(g)C(g)始态/(molL1) 0.10 0 0反应/(molL1) 0.094 1 0.094 1 0.094 1平衡态/(molL1) 0.100.094 1 0.094 1 0.094 1K0.094120.005 91.5。(3)依据pp0n总0.10 mol可得，n总pp00.10 mol；n(A)0.10 mol1(A)0.10 mol1pp010.10 mol2pp0；n(A)0.10 mol2p
57、p00.10 mol27.31100 kPa4.91100 kPa0.051 mol，体积为1 L，a0.051 molL1；04 h浓度大约变为0 h时的12，48 h的浓度又变为4 h的12，从816 h经过8个小时浓度变为8 h的14，所以每经过4个小时浓度均降低为原来的12。答案：(1)升高温度降低压强(2)pp01100%94.1% A(g) B(g)C(g)始态/molL1 0.10 0 0平衡态/molL1 0.10(194.1%) 0.1094.1% 0.1094.1%K0.094 120.005 91.5(3)0.10pp00.102pp00.051达到平衡前每间隔4 h，c(A)减少约一半0.013
