1、第三节化学平衡常数化学反应进行的方向考纲定位要点网络1.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算反应的平衡转化率()。3.了解化学反应进行的方向判断。 化学平衡常数1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，用符号K表示。(2)表达式：对于反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，K。实例Cl2H2OHClOHClK。C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)K。COH2OHCOOHK。CaCO3(s) CaO(s)CO2(g)Kc(CO2)。(3)意义：平衡常数越大，化学反
2、应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般地说，当K105时就认为反应完全，当K105时认为反应很难进行。2平衡常数的影响因素对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。(1)对于吸热反应，升高温度，K值增大。(2)对于放热反应，升高温度，K值减小。注意：即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律；平衡常数改变，平衡一定移动，温度一定改变。(1)可逆反应2A(s)B(g) 2C(g)3D(g)的平衡常数为K。()(2)可逆反应的正、逆两反应方向的H与K互为相反数。()(3)对于N2
3、(g)3H2(g) 2NH3H”或“(3)正反应0.1命题点1化学平衡常数及其应用1T 时可逆反应mA(g)nB(s) pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是 ()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答案A2(2019西安市铁一中学质检)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。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：2O33O2Hv逆DA项，化
4、学平衡常数只受温度的影响，根据表格中数据，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应是放热反应，故错误；B项，Ni(s)4CO(g) Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K1，Ni(CO)4(g) Ni(s)4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K2，K22105，故错误；C项，化学平衡常数为82，因此温度低于80 ，故错误；D项，此时Qc1v逆，故正确。化学平衡常数的两大应用(1)判断可逆反应的反应热。升高温度降低温度(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应方向。(Qc与K的表达式相同)命题点2“三段式”突破K、的有关计算典例导航(2017全国卷，节选)H2S与CO2在高温下发生反
5、应：H2S(g)CO2(g) COS(g)H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0。(填“”“(3)B(1)610 K时，CO2的平衡转化率为_，比H2S的平衡转化率_。(2)610 K时，2H2S(g)2CO2(g) 2COS(g)2H2O(g)的平衡常数K与K的关系为_。(3)620 K时，化学平衡常数K约为_，比610 K时的平衡常数K_
6、。答案(1)10%大(2)KK2(3)6.9103大“三段式”突破化学平衡的综合计算模板已知反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a molL1、b molL1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL1。 mA(g)nB(g) pC(g)qD(g) a b 0 0 mx nx px qx amx bnx px qx相关计算：平衡常数：K。A的平衡转化率：(A)平100%。A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：w(A)100%。v(A)。混合气体的平均密度：混。注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。4某
7、温度下，2 L密闭容器中，使CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)中的所有物质均为气态，反应过程中部分数据见下表。反应时间n(CO2) /moln(H2)/moln(CH3OH) /moln(H2O)/mol0 min260010 min4.520 min130 min1(1)前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)_ mol/(Lmin)。(2)该温度下，该反应的平衡常数为_。(3)在相同条件下，向另一个容积为2 L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为a mol、b mol、c mol、d mol，要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆
8、向进行，则d的取值范围为_。解析(1)10 min内消耗1.5 mol H2，则v(H2)0.075 mol/(Lmin)，根据化学计量数的关系可知v(CH3OH)v(H2)0.025 mol/(Lmin)。(2)根据表格中数据并结合三段式法可知20 min时反应已达到平衡状态，平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5 molL1、1.5 molL1、0.5 molL1和0.5 molL1，则平衡常数K。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡为等效平衡，且起始时反应逆向进行，可知d应大于1，根据化学计量数进行转换，可知H2O的最大量为2 mol，即d应满足的范围是1d2。答案(1
9、)0.025(2)(3)1d25(2019甘肃名校联考)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向2 L密闭容器中加入足量的活性炭和2.0 mol NO，发生反应C(s)2NO(g) N2(g)CO2(g)H0。在600 K时，测得反应进行到不同时间各物质的浓度如图所示。(1)1020 min内，用活性炭表示的平均反应速率为_ gmin1。600 K时，该反应的平衡常数K_，NO的平衡转化率_。(2)30 min时，只改变了一个条件，该条件可能为_。(3)保持反应条件与前30 min的相同，若第30 min时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO，则此时v正_(填“大于”“小于”
10、“等于”或“无法确定”)v逆。解析(1)由图可知1020 min内，c(NO)(0.680.5) molL10.18 molL1，n(NO)0.18 molL12 L0.36 mol，故1020 min内，n(C)0.18 mol，m(C)0.18 mol12 gmol12.16 g，故v(C)0.216 gmin1。由图可以看出，20 min至30 min内，反应处于平衡状态，c(NO)0.5 molL1，c(N2)c(CO2)0.25 molL1，故该温度下反应的平衡常数K0.25。(NO)100%50%。(2)该反应为反应前后气体分子数不变的反应，结合30 min至50 min的曲线图，
11、可知改变的条件是压缩容器体积(增加压强)。(3)若30 min 时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO，反应的浓度商Qc0.187 5v逆。答案(1)0.2160.2550%(2)压缩容器体积(3)大于命题点3平衡常数与速率常数的关系6(2019开封一模)升高温度，绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)O2(g) 2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。查阅资料知：2NO(g)O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：.2NO(g) N2O2(g)(快)H10v1正k1正c2(NO)v1逆k1逆c(N2O2).N2O2(g)O2(g) 2NO2(g)(慢)H2S(
12、l)S(s)。反应后气体物质的量增加的反应。固体参加生成气体的反应，如C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)。4化学反应方向的判定(1)判据 (2)一般规律H0的反应任何温度下都能自发进行；H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当H0，S0，S0时，高温下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行。()(2)CaCO3CaOCO2高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。()(3)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释
13、反应的自发性。()(4)2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0，在任何温度下均能自发进行。()(5)H0，S0CA项，反应的自发进行与反应的可能发生不是一致的；B项，自发的化学反应是指不受外力作用能发生的反应，石墨转化为金刚石需在高压条件下进行，该反应不是自发的反应；D项，低温时能自发的反应为H0。2反应2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的H、S应为()AH0BH0，S0，S0 DH0，S0E反应NH3(g)HCl (g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0FCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进
14、行，说明该反应的H0、S0答案DF4(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO2CO2CO2N2。反应能够自发进行，则反应的H_0(填“”“0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明H0。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)63.1 kPa。(2)恒温恒容反应器，物质的量之比等于压强之比，可用分压表示组分的物质
15、的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O535.8 kPa，其完全分解时pN2O435.8 kPa，pO217.9 kPa，设25 平衡时N2O4转化了x，则N2O4(g)2NO2(g)平衡 35.8 kPax 2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa，解得x9.4 kPa。然后求pN2O4和pNO2最后代入Kp。答案(1)大于温度升高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，气体物质的量增加，总压强提高(2)13.4(1)25 时2NO2(g) N2O4(g)的Kp为_。(2)对于N2O4(g) 2NO2(g)反应达到平衡时Kp(35 )
16、_ Kp(25 )(填“”“1一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)CO2(g) 2CO(g)H173 kJmol1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题：(1)650 时CO2的平衡转化率为_。(2)t1 时平衡常数Kp_ kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_。解析(1)C(s)CO2(g) 2CO(g)起始 a mol 0n x mol 2x mol平衡 (ax) mol 2x mol100%40%x
17、，故(CO2)100%25%。(2)t1时CO与CO2的体积分数相等，均为0.5，Kp0.5p。再充入等物质的量的CO和CO2时，二者的体积分数不变，平衡不移动。答案(1)25%(2)0.5p不再充入等物质的量的CO和CO2，平衡体系中二者的体积分数仍相同，平衡不移动2(2019巴蜀名校联考)已知CO(g)2H2(g) CH3OH(g)，在恒容密闭容器中以加入CO和H2合成甲醇，测得起始压强p0102 kPa。CO的平衡转化率(CO)随温度的变化曲线如图所示，R点时反应的平衡常数KR_(kPa)2(用平衡分压代替平衡浓度计算，p分p总物质的量分数)，R、P两点平衡常数大小：KR_(填“”“”或
18、“Kp。答案3(2019银川一模)T1 时，在刚性反应器中投料比为13的NO(g)与O2(g)反应，其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t时，NO(g)完全反应。t/min04080160260700p/kPa32.830.729.929.429.228.826.9(1)NO(g)与O2(g)合成的反应速率v4.2102p2(NO) p(O2)(kPamin1)，t42 min时，测得体系中p(O2)22.4 kPa，则此时的v_ kPamin1(计算结果保留1位小数)。(2)若降低反应温度至T2 ，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p
19、(T2 )_(填“大于”“等于”或“小于”)26.9 kPa，原因是_。(已知：2NO2(g) N2O4(g)H0。某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生上述反应，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_，该反应的平衡常数Kp_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_(填标号)。A通入惰性气体B提高温度C增加环戊烯浓度 D增加碘浓度解析设碘和环戊烯的物质的量均为1 mol，达平衡时转化的物质的量为x mol，由题意得：(g)I2(g) (g)2HI(g)初始物质的量/mol 1 1 0 0转化物质的量/mol x x x 2x平衡物质
20、的量/mol 1x 1x x 2x平衡时，容器内气体总物质的量为(2x) mol，则有100%20%，解得x0.4。则环戊烯的转化率为100%40%；总压强为105 Pa(120%)1.2105 Pa。因此各种气体的分压为p()1.2105 Pa0.3105 Pa，p(I2)1.2105 Pa0.3105 Pa，p()1.2105 Pa0.2105 Pa，p(HI)1.2105 Pa0.4105 Pa。反应的平衡常数Kp3.56104 Pa。欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。答案40%3.5
21、6104BD2(2018全国卷，T27)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A高温低压B低温高压 C高温高压 D低温低压 某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化
22、剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消
23、均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大图1图2在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析(1)将已知中3个反应依次编号为、，根据盖斯定律，由2可得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，在高温低压下有利于反应正向移动。根据平衡时消耗的CO2为1 mol
24、50%0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 molL1，则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积炭反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大。从图像
25、上可知600700 随温度升高，催化剂表面的积碳量减小，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大，故A、D正确。由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系vavbvc，结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH4)p(CO2)0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)3(2018全国卷，T28(3)对于反应2SiHCl3(g)=S
26、iH2Cl2(g)SiCl4(g)H48 kJmol1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。比较a、b处反应速率大小：va_vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率vv正v逆k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的_(保留1位小数)。解析温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正v逆，即k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图
27、上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)开始/mol y 0 0 转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y代入k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782k逆0.112，在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)开始/mol y 0 0转化/mol 0.2y 0.1y 0.1ya处/mol 0.8y 0.1y 0.1y则，将代入计算得出1.3。答案大于1.3
