1、第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向考纲要求考情分析1.了解化学平衡常数(K)的含义，能够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()。化学平衡常数是高考常考内容，常常与化学理论、化工生产、元素化合物知识相结合进行考查，考查平衡常数的表达式的书写及有关计算；还结合外界条件对化学平衡的影响，考查化学平衡常数的影响因素及应用。近五年高考新课标卷考查化学平衡常数5次。核 心考点突破 考点一 化学平衡常数1概念在一定温度下，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。化学平衡状态浓度幂之积浓度幂之积K2表达式对于一般的可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD
2、(g)，在一定温度下达到平衡时，KcpCcqDcmAcnB。3意义利用平衡常数可以判断、比较可逆反应进行的程度。K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率。反之，反应物的转化率越小。越大4影响因素(1)内因：反应物本身的性质。(2)外因：只受影响，与浓度、压强、催化剂等外界因素无关。5实例对于N23H22NH3 K1 2NH3N23H2 K2 NH312N232H2 K3温度(1)写出K1、K2的表达式：K1c2NH3cN2c3H2、K2c3H2cN2c2NH3。(2)K2与K1的关系式：K2 1K1；K2与K3的关系式：K2K 23(或K3 K2)。(1)计算平衡常数利用的是物质的平衡浓
3、度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。(2)固体和纯液体的浓度视为恒定常数，不出现在平衡常数表达式中。如C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)达到平衡后的KcCOcH2cH2O。(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。(4)一般K105时，认为该反应基本进行完全；K0()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。角度一：化学平衡常数的含义及影响因素1在某温度下，可逆反应mA(g
4、)nB(g)pC(g)qD(g)的平衡常数为K，下列说法正确的是()AK越大，达到平衡时，反应进行的程度越大BK越小，达到平衡时，反应物的转化率越大CK随反应物浓度的改变而改变DK随温度和压强的改变而改变解析 K是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，显然，K越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大，A项正确、B项错误；K只受温度的影响，故C、D项错误。答案 A2(2017江西六校联考)(1)2NO(g)O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1，p2)下随温度变化的曲线(如图)。比较p1、p2的大小关系：_。随温度升高，该反应化学平衡常数变化
5、的趋势是_。(2)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)B(g)2C(g)D(s)反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强增大。简述该反应的化学平衡常数与温度的变化关系：_。物质ABCD起始投料/mol2120解析(1)反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)的正反应为气体总分子数减小的反应，在温度相同时，增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，结合NO的平衡转化率与压强的变化曲线可知，p1p2。由图可知，压强一定时，温度升高，NO的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则该反应的正向H0，所以随温度升高，该反应化学平衡常数减小。(2)因为开始还未加入D，所以开始反应
6、肯定正向进行，反应后气体的物质的量减小，但达到平衡状态，测得体系压强增大，只有温度升高才能满足该条件，说明该反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小。答案(1)p1p2 减小(2)化学平衡常数随温度的升高而减小角度二：化学平衡常数的应用3(双选)一定温度下，在三个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)下列说法正确的是()A该反应的正反应为放热反应B达到平衡时，容器中的CH3OH体积分数比容器中的小C容器中反应到达平衡所需时间比容器中的长D若起始时向容器中充入CH3OH 0.15 mol、CH3OCH30.15 mol和
7、H2O 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行解析 A根据表格中数据，容器和容器中起始物质的量都是0.20 mol，温度在387时，达到平衡时CH3OCH3的物质的量为0.080 mol，而温度在207时，达到平衡时CH3OCH3的物质的量为0.090 mol，说明该反应的正反应为放热反应，A选项正确。B.由于该反应是一个反应前后气体体积相等的反应，因此容器和容器的平衡为等效平衡，故CH3OH的体积分数一样大，B选项错误。C.容器的温度高，反应速率快，达到平衡所用的时间短，C选项错误。D.容器中的K0.08020.04024，而此时的Qc0.150.100.1520.67，因此QcK2.6
8、，故反应向逆反应方向进行。答案(1)cCOcH2OcCO2cH2 (2)吸热(3)700 (4)等于(5)不(6)逆反应方向 化学平衡常数的三大应用(1)根据平衡常数判断可逆反应进行的程度平衡常数越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越小。(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：ccCcdDcaAcbBQc，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0。下列有关说法正确的是()A加压有利于化学平衡
9、向正反应方向移动B该反应的化学平衡常数表达式为Kc2N2H4c2NO2c3N2c4H2OC升高温度可缩短反应达到平衡的时间但不能提高平衡转化率D使用催化剂可缩短反应达到平衡的时间但不能提高平衡转化率解析 加压，化学平衡向逆反应方向移动，A项错误；平衡常数表达式中应该是生成物浓度的幂之积除以反应物浓度的幂之积，B项错误；该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，可以提高平衡转化率，C项错误。答案 D2在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)B(g)2C(g)，下列说法中正确的是()A平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：Kc2Cc2AcBB改变条件后，该反应的平
10、衡常数K一定不变C如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小解析 K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。答案 A角度二：化学平衡的计算3工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H0，在一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是()A达到平衡时，CH4(g)的转化率为75%B010 min内，v(CO)0.075 molL1min1C该反应
11、的化学平衡常数K0.1875D当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡解析 由图可知，10 min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75 molL1，则：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)开始(molL1):1 1 0 0转化(molL1):0.25 0.25 0.25 0.75平衡(molL1):0.75 0.75 0.25 0.75平衡时甲烷转化率 0.25 molL11 molL1 100%25%，故A项错误；010 min内，v(CO)0.25 molL110 min0.025 molL1min1，故B项错误；平衡常数KcCOc3H2
12、cCH4cH2O0.250.7530.750.75 0.1875，故C项正确；同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率为13时，反应到达平衡，故D项错误。答案 C4NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：2NO(g)2CO(g)催化剂2CO2(g)N2(g)Ha kJmol1(a0)。在一定温度下，将2.0 mol NO、2.4 mol CO气体通入到固定容积为2 L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：(1)015 min N2的平均速率v(N2)_；NO的转化率为_。(2)2
13、0 min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是_(填字母)。A缩小容器体积B增加CO的量C降低温度D扩大容器体积(3)若保持反应体系的温度不变，20 min时再向容器中充入NO、N2各0.4 mol，化学平衡将_移动(填“向左”、“向右”或“不”)，重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为_。解析(1)015 min N2的平均速率v(N2)0.2 molL115 min0.013 molL1min1；NO的转化率为 0.8 mol2.0 mol 100%40%。(2)缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，但外界条件的影响大于平衡移动的影响，故CO的浓度增大，A错误；增大CO的
14、量，CO的浓度增大，B错误；该反应放热，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO的浓度减小，C正确；扩大容器的体积，平衡向逆反应方向移动，但外界条件的影响大于平衡移动的影响，故CO的浓度减小，D正确。(3)K 0.20.420.820.62 536，Qc 0.420.40.820.82 532K，化学平衡向左移动重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数不变。答案(1)0.013 molL1min1 40%(2)CD(3)向左 536 有关化学平衡计算的“3”点说明(1)有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。(2)在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物
15、质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。(3)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。课 堂归纳提升 体系构建核心要点1化学平衡常数的表达式及注意事项(1)表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，KcpCcqDcmAcnB。(2)三注意：平衡常数表达式中的浓度必须为平衡浓度。固体和纯液体的浓度视为常数1，通常不计入平衡常数表达式。化学平衡常数只受温度的影响。2化学平衡常数的3应用(1)判断反应进行程度的大小。(2)判断反应进行的方向。(3)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。3判断化学反应自发性的复合判据GHTS0，反应不自发进
16、行0，处于平衡状态0C(2013江苏卷)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0D(2012江苏卷)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0解析 A项，当HTS0，吸热反应能自发，说明S0，正确；B项，反应为气体体积减小的反应，S0，若反应能自发进行，则HTS0，故反应的H0，错误；C项，根据该反应中各物质的聚集状态可知，该反应的S0，该反应S0，H0，错误。答案 BD3(2015新课标全国卷)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)I2(g)在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(H
17、I)与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120 x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为_。解析 由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1 molL1，则：2HI(g)H2(g)I2(g)初始浓度/molL11 0 0转化浓度/molL1 0.216 0.108 0.108平衡浓度/molL1 0.784 0.108 0.108KcH2cI2c2HI0.108
18、0.1080.7842答案 0.1080.1080.78424(2015海南卷)氨是合成硝酸、铵盐和氮肥的基本原料。硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O,250时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为_，平衡常数表达式为_；若有1 mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为_mol。解析 根据题意可书写反应的化学方程式，注意为可逆反应；根据平衡常数的定义可书写出该反应的平衡常数表达式，硝酸铵为固体，不能表示平衡常数；硝酸铵中N元素的化合价从5价降低到1价或从3价升高到1价，均转移4个电子，所以生成1 mol N2O转移4 mol电子。答案 NH4NO3 N2O2H2O Kc(N2O
19、)c2(H2O)45(2015浙江卷)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：CH2CH3(g)催化剂CHCH2(g)H2(g)，维持体系总压强p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为，则在该温度下反应的平衡常数K_(用等符号表示)。解析 从浓度角度求Kc：根据阿伏加德罗定律的推论，总压强p相同时，V1V2 n1n2，乙苯的转化率为，由此可得：VV反应后11，V反应后(1)V，根据方程式及平衡常数的定义：Kcn22V212n1V1n2V11n212V。答案 Kp212p或Kcn212V从压强角度求Kp：容器中氢气的物质的量为n，苯乙烯的物质的量为n，乙苯的
20、物质的量为(1)n，气体的总物质的量为(1)n，所以氢气的分压为n1n p，苯乙烯的分压为n1np，乙苯的分压为1n1np，因此Kpn1npn1np1n1np212p。6(2016全国卷)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3(蓝紫色)、Cr(OH)4(绿色)、Cr2O 27(橙红色)、CrO 24(黄色)等形式存在。Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体。回答下列问题：(1)Cr3与Al3的化学性质相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是_。(2)CrO 24 和Cr2O 27 在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 molL1的Na2CrO4溶液中c(
21、Cr2O 27)随c(H)的变化如图所示。用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_。由图可知，溶液酸性增大，CrO 24 的平衡转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。升高温度，溶液中CrO24 的平衡转化率减小，则该反应的H_0(填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)Cr3与Al3的化学性质相似，故逐滴加入NaOH溶液直至过量，现象为蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液。(2)Na2CrO4溶液中的转化反应为2CrO24 2HCr2O27 H2O。由图可知，溶液酸性越强，Cr2O27 浓度越大，即CrO24 的平衡转化率增大。A点时，c(Cr2O27)0.25 molL1，c(H)1.0107 molL1，c(CrO24)0.5 molL1，故K0.250.521.010721014。升高温度，溶液中CrO24 的平衡转化率减小，则平衡左移，正反应为放热反应。答案(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液(2)2CrO24 2HCr2O27 H2O增大 1.01014 小于请做：课时跟踪训练（二十四）