1、第三节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：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。知识点一化学平衡常数及应用1化学平衡常数在一定温度下，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
2、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(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。例如：3.注意事项(1)K值越大，反应物的转化率越高，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)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。4应用(1)判断可逆反应进行的程度K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。K105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全(2)判断化学反应进行的方向对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的
3、任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系；Q，称为浓度商。Qv逆QK反应处于化学平衡状态，v正v逆QK反应向逆反应方向进行，v正v逆(3)判断可逆反应的热效应判断正误(正确的打“”，错误的打“”)1合成氨的反应达平衡后，保持其他条件不变，将各物质浓度增大一倍，K不变，平衡正向移动()提示：保持其他条件不变，将各物质浓度增大一倍，等效于加压，平衡右移，由于温度不变，所以K不变，正确。2对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大()提示：对于放热反应，温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。3可逆反应若有水反应或生成，平衡常数表达式中均不写水的浓度()提示：如果水同时还是反应体系的溶剂才不写，
4、非水溶液反应时则必须写，错误。4平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动()提示：平衡常数改变，一定改变了温度，所以平衡一定移动，正确。5化学平衡发生移动，其平衡常数一定随之改变()提示：只有温度改变才能影响平衡常数K，错误。6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()提示：改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，可能是改变压强造成的，平衡常数不一定增大，错误。7一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等()提示：二者互为倒数。1不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。如：CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)，Kc(CO2)；Cr2O
5、(aq)H2O(l)2CrO(aq)2H(aq)，Kc2(CrO)c2(H)/c(Cr2O)2非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。如：C2H5OHCH3COOHCH3COOC2H5H2O，K。3同一化学反应，化学方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：N2O4(g)2NO2(g)K0.361/2N2O4(g)NO2(g)K0.602NO2(g)N2O4(g)K2.8因此书写化学平衡常数表达式及数值，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。4化学方程式进行相加(减)处理，平衡常数应相乘(除)。1T 时可逆反应mA(g)nB(
6、s)pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是(A)AK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CKD如果mnp，则K1解析：对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。2已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为
7、K。则下列说法正确的是(B)A反应的平衡常数K1B反应的平衡常数KC对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小解析：在书写平衡常数表达式时，纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数K，B正确；对于反应，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H0，C错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。3(2020山东烟台自主练习)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。2NO(g
8、)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(B)AH10，H20B2NO(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，H2T2CK1、K2的关系：K2K1D实验1在前6 min的反应速率v(SO2)0.2 molL1min1解析：根据题中信息可列“三段式”： 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)n(起始)/mol 4 2n(转化)/
9、mol 4x 20.8n(平衡)/mol x 0.8(4x)(20.8)21解得：x1.6同理，解得y0.2，由于2SO2(g)O2(g)2SO3(g)是放热反应，温度越高，反应正向进行的程度越小，根据x，y可以判断出T1T2，K1K2。实验1在前6 min的反应速率v(SO2)0.2 molL1min1，故本题选A。5(2020合肥高三模拟)在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)。化学平衡常数K与温度T的关系如下表：T/7008008501 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)升高温度，化学平衡向正反应(填“
10、正反应”或“逆反应”)方向移动。(2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，此时的温度为850_；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为向正反应方向进行中(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。解析：(1)由表格数据可知，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动。(2)c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，则计算出K1.0，即此时温度为850 ，Qc1，反应正向进行。6甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液
11、体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度/5008002H2(g)CO(g)CH3OH(g)K12.50.15H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)K21.02.503H2(g)CO2(g)CH3OH(g)H2O(g)K3(1)据反应与可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3K1K2(用K1、K2表示)。(2)反应的H”或“(填“”“”或“”)v逆。解析：(1)K1，K2，K3，K3K1K2。(2)根据K3K1K2, 500 、800 时，反应的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K
12、减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以H0。(3)500 时，K32.5Q0.88v逆。素养三段式平衡的计算1三段式计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。(1)分析三个量：即起始量、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)计算模式：化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，设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m
13、x，容器容积为V L。 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始(mol)ab0 0变化(mol)mxnx pxqx平衡(mol)amxbnx pxqx则有：K。c平(A) molL1。(A)平100%，(A)(B)。(A)100%。(混) gL1。 gmol1。2Kp计算Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体的组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压气体总压强该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四
14、步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp。3转化率的变化判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下mnpq反应物A和B的转化率均增大mnnp反应物A的转化率增大m0B图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率C图中Y点所示
15、条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率D380 下，c起始(O2)5.0104 molL1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K2 000解析：本题考查化学平衡移动和平衡常数的计算。由图像中的虚线与温度的变化关系可知，其他条件相同时升高温度，NO的平衡转化率降低，所以正反应是放热反应，即H0，A错误；X点没有达到平衡状态，该条件下平衡时NO的转化率大于X点对应的转化率，所以延长时间可提高NO的转化率，B正确；增大O2的浓度可增大NO的平衡转化率，C错误；由于NO的平衡转化率为50%，所以达到平衡时c(NO)c(NO2)、c(O2)2 000，D正确。2(2020上海八校联考)一定条件下合成乙
16、烯：6H2(g)2CO2(g)CH2=CH2(g)4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是(D)A生成乙烯的速率：v(M)一定小于v(N)B化学平衡常数：KNKMC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，
17、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%，D项正确。3一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。下列说法正确的是(B)A550 时，若充入惰性气体，v正、v逆
18、均减小，平衡不移动B650 时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%CT 时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp24.0p总解析：550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650 时，CO的体积分数为40.0%，根据反应方程式：C(s)CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有C(s)CO2(g)2CO(g)始态/mol 1 0变化/mol x 2x平衡/mol 1x 2x因此有100%40.0
19、%，解得x0.25，则CO2的平衡转化率为100%25.0%，B项正确。由题图可知，T 时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C项错误。925 时，CO的体积分数为96.0%，故Kp23.04p总，D项错误。4(2019全国卷)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：(1)已知：(g)=(g)H2(g)H1100.3 kJmol1H2(g)I2(g)=2HI(g)H211.0 kJmol1对于反应：(g)I2(g)=(g)2HI(g)H389.3 kJmol1。(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯
20、()在刚性容器内发生反应，起始总压为105 Pa，平衡时总压强增加了20%，环戊烯的转化率为40%，该反应的平衡常数Kp3.56104 Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有BD(填标号)。A通入惰性气体 B提高温度C增加环戊烯浓度 D增加碘浓度(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是CD(填标号)。AT1T2Ba点的反应速率小于c点的反应速率Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率Db点时二聚体的浓度为0.45 molL1解析：本题考查盖斯定律的应用、转化率和平衡分压的计算、影响平衡移动
21、的因素，题目综合性较强。(1)根据盖斯定律，可得反应，H3H1H2100.3 kJmol1(11.0 kJmol1)89.3 kJmol1。(2)设碘和环戊烯的起始物质的量均为1 mol，转化的碘的物质的量为a mol，根据三段式作如下计算： (g)I2(g)(g)2HI(g)起始量mol 1 1 0 0转化量/mol a a a 2a平衡量/mol 1a 1a a 2a反应后气体的物质的量增加了(2a2) mola mol，根据题目信息，“刚性容器”即为恒容容器，在恒温、恒容状态下，压强之比等于气体的物质的量之比。因此可列式20%，解得a0.4。将a0.4代入，可得平衡时各气体的物质的量，(
22、g)为0.6 mol，物质的量分数为；I2(g)为0.6 mol，物质的量分数为；(g)为0.4 mol，物质的量分数为；HI(g)为0.8 mol，物质的量分数为。环戊烯的转化率为100%40%。该反应的平衡常数Kpp总p总120%105 Pa120%3.56104 Pa。A项，恒容条件下，通入惰性气体，平衡不移动，对转化率没有影响，不符合题意；B项，因该反应的正反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，环戊烯的平衡转化率增大，符合题意；C项，对于有两种反应物的可逆反应，增加一种反应物的浓度，该反应物的转化率减小，另一种反应物的转化率增大，则增加环戊烯浓度，其自身的转化率减小，不符合题意；D项
23、，由C项分析可知，增加碘浓度，环戊烯的转化率增大，符合题意。(3)根据图像信息，在T2温度下，单位时间内环戊二烯的浓度变化量更大，即反应速率更快，故T1T2，A错误；根据曲线的斜率，a点的斜率更大，说明a点单位时间内浓度变化量更大，可知a点的反应速率大于c点的反应速率，B错误；根据图像可知，反应为正向建立平衡，在达到平衡之前的正反应速率均大于逆反应速率，故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C正确；由图可知b点时二聚体的浓度为(1.5 molL10.6 molL1)0.45 molL1，D正确。5(2019全国卷)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因
24、此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacon 发明的直接氧化法为：4HCl(g)O2(g)2Cl2(g)2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300 )大于K(400 )(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)c(O2)11的数据计算K(400 )(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是O2和Cl2分离能耗较高、HCl转
25、化率较低。解析：(1)由题图可知，当氯化氢与氧气的进料浓度比相同时，氯化氢的平衡转化率随着温度升高逐渐减小，说明温度升高该反应的平衡向吸热的逆反应方向移动，正反应为放热反应，由于放热反应的平衡常数随温度升高而减小，故K(300 )大于K(400 )。温度相同时，氯化氢的平衡转化率随c(HCl)c(O2)的增大而减小，据此可知400 ，c(HCl)c(O2)11时氯化氢的平衡转化率为84%，起始时HCl和O2的浓度均为c0，列三段式：4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)起始浓度 c0 c0 0 0变化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡浓度 (10.
26、84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0K(400 )。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低，氧气过量，不利影响是氧气和氯气分离能耗较高；进料浓度比c(HCl)c(O2)过高，氯化氢过量，不利影响是氯化氢的转化率较低。知识点二化学反应进行的方向1自发反应(1)含义：在温度和压强一定的条件下无需借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。(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(无序体系更加稳定)。2判断化学反应方向的依据 判断正误(正确的打“”，错误的打“”)1能自发进行的反应，一定是放热反应()提示：
27、吸热反应在高温下也可能自发进行。2焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应()3在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大()4凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的()提示：反应的自发性由焓判据和熵判据共同决定。5一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关()6一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热()提示：反应能否自发进行与H、S有关。1复合判据HTS0的反应不一定能够实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势。2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
28、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1(2020天津河东区调研)下列说法不正确的是(C)AH0的反应在任何温度下都能自发进行BNH4HCO3(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，若该反应能自发进行，说明体系有自发地向混
29、乱度增加的方向转变的倾向，B正确。H、S都与反应的自发性有关，但要根据HTS判断反应的自发性，不能将H或S单独作为反应自发性的判据，C错误。在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变反应的活化能，从而改变反应速率，D正确。2下列说法不正确的是(C)A焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热反应具有自发进行的倾向B在不同条件下同一物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大C自发反应是指不需要条件就能发生的反应D一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果解析：根据HTS0，反应能自发进行可知，一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果，焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热
30、反应具有自发进行的倾向，但不一定能自发，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发反应是指在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程，需要一定的温度和压强，C错误。3(2020陕西咸阳模拟)下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是(B)A1 mol H2O在不同状态时的熵值：SH2O(s)0能否自发进行与温度有关D常温下，反应C(s)CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0解析：物质聚集状态不同，熵值不同，熵值：气体液体固体，1 mol H2O在不同状态时的熵值：SH2O(s)SH2O(g)，A项正确；吸热反应也能自发进行，如常
31、温下氢氧化钡和氯化铵的反应，B项错误；GHTS0，S0，能否自发进行与温度有关，C项正确；该反应的S0，常温下，不能自发进行说明HTS0，则H0，D项正确。4(2020宁夏银川一中考试)已知298 K下反应2Al2O3(s)3C(s)=4Al(s)3CO2(g)H2 171.0 kJmol1，S635.5 J(molK)1，则下列说法正确的是(D)A由题给H可知，该反应是一个放热反应BS0表明该反应是一个熵减少的反应C该反应在室温下可能自发进行D该反应可以自发进行的最低温度为3 416.2 K解析：该反应的H0，为吸热反应，A项错误；S0，表明该反应是熵增的反应，B项错误；由常温下，该反应的HTS0可知，该反应在常温下不能自发进行，C项错误；该反应可以自发进行的最低温度为T K3 416.2 K，D项正确。5(2020湖南双峰一中考试)下列对化学反应预测正确的是(B)选项化学方程式已知条件预测AM(s)=X(g)Y(s)H0它是非自发反应BW(s)xG(g)=2Q(g)H0解析：H0，S0，高温条件下GHTS0，反应能自发进行，A项错误；W(s)xG(g)=2Q(g)的H0，当H0时，该反应在高温下也能自发进行，C项错误；该反应的S0，则HTS0，反应不能自发进行，D项错误。