1、考点研析 题组冲关 体验高考 演练提升 课时规范训练 第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向考纲要求 1.理解化学平衡常数的定义并能进行相关计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。考点一 化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到时，生成物与反应物的比值是一个常数，用符号K表示。化学平衡浓度幂之积浓度幂之积2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K cpCcqDcmAcnB(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3意义(1)K值越
2、大，反应物的转化率，正反应进行的程度。(2)K只受影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。越大越大温度思维深化1填表一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：越低越大越小越小越小越高越小越大越大越大反应物转化率平衡时反应物浓度平衡时生成物浓度正反应进行的程度K值2.下列说法是否正确？(填“”或“”)(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式为KcCOcH2cCcH2O()(2)KcCOcCO2cH2相对应的化学方程式为H2(g)CO2(g)CO(g)H2O(g)()(3)可以用化学平衡常数定量描述化学反应的限度()(4)对于N2(
3、g)3H2(g)2NH3(g)达到平衡，在温度不变、容积不变的密闭容器中充入N2，化学平衡常数不变()(5)化学平衡移动，化学平衡常数一定改变()提示：(1)(2)(3)(4)(5)题组1 化学平衡常数及其影响因素1对于3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为()AKcFe3O4cH2cFecH2OBKcFe3O4c4H2c3Fec4H2OCKc4H2Oc4H2DK c4H2c4H2O2(2016湖北黄冈质检)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：K
4、c2Cc2AcBB改变条件后，该反应的平衡常数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：选A。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。题组2 化学平衡常数的应用高炉炼铁发生反应3高炉炼铁发生反应：FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)H0。(1)此反应的平衡常数表达式为K_。(2)温度下降，则平衡常数K值_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)已知1 100 时，K0.263，此时测得高炉中c(CO2)0.025 molL1，c(CO)0.1 molL1，在这种情况下，该反应_(填“是
5、”或“没有”)处于化学平衡状态，此时化学反应速率是正反应速率_逆反应速率(填“”、“”或“”)，其原因是_。解析：(1)固体 FeO 和 Fe 不写入表达式中；(2)温度下降，平衡逆向移动，K 变小；(3)cCO2cCO 0.025 molL10.1 molL1 0.25v(逆)。答案：(1)cCO2cCO (2)减小(3)没有 cCO2cCO 0.25v(逆)4(2016沧州高三质检)2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈萨哈德埃特尔，以表彰他在表面化学研究领域做出的开拓性贡献。(1)有人认为：该研究可以提高合成氨反应在铁催化剂表面进行的效率，从而提高原料的转化率。你是否认同他的观点_(填
6、“是”或“否”)。理由是_。(2)合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，在某温度时，K0.4。若出现下列状态，反应将向哪个方向进行以达到平衡状态(在后面空白处填“向左进行”、“向右进行”或“已经达平衡状态”)。ac(N2)c(H2)1 molL1，c(NH3)0.5 molL1，_可以达到平衡。bc(N2)0.3 molL1，c(H2)0.1 molL1，c(NH3)0.03 molL1，_可以达到平衡。若该反应升高温度再达到平衡时，K为0.2，则正反应为_反应。解析：(1)催化剂可提高化学反应速率，不能使化学平衡移动，即不能提高原料的转化率。(2)a.c2NH3cN2c3H2 0
7、.52113 0.25K，故反应向左进行，可以达到平衡。升高温度再达到化学平衡时，K0.20.4，据Kc2NH3cN2c3H2 知，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应。答案：(1)否 催化剂只能提高化学反应速率，不能改变化学反应的限度(2)a.向右进行 b向左进行 放热1利用平衡常数判断化学反应的状态及热效应(1)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，若浓度商QccpCcqDcmAcnB，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。Qcv逆QcK：反应处于化学平衡状态，v正v逆QcK：反应向逆反应方向进行，v正
8、v逆2应用化学平衡常数时应注意的三个问题(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不计入平衡常数表达式中。考点二 有关化学平衡的计算1分析三个量即起始量、变化量、平衡量。2明确三个关系(1)对于同一反应物，起始量变化量平衡量。(2)对于同一生成物，起始量变化量平衡量。(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3掌握一种方法“三段式法”化学平衡计算模式：对于反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别
9、为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始(mol)ab 0 0变化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)amxbnxpxqx建立等式求解：KpxVpqxVqamxVmbnxVnc平(A)amxV(molL1)。(A)平mxa 100%，(A)(B)mxa nxb mbna。(A)amxabpqmnx100%。p平p始abpqmnxab。(混)aMAbMBV(gL1)。M aMAbMBabpqmnx(gmol1)。化学平衡计算题的解题思路题组 有关化学平衡的计算1(2013高考新课标卷)在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A
10、(g)，在一定温度进行如下反应：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 kPa4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53回答下列问题：(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为_。(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
11、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。解析：(1)要提高A的转化率，实际就是使平衡正向移动，根据方程式的特点正反应为气体物质的量增大的反应，且为吸热反应，可确定采取的措施。(2)由阿伏加德罗定律推论可知，在恒温、恒容条件下，压强与物质的量成正比，将压强变化转化为物质的量变化，从而解决压强与转化率的关系。A(g)B(g)C(g)假设起始物质的量为1 mol 1 0 0转化物质的量 a
12、a a反应到某时刻 1a a a所以p0p 1a1，解得 a(pp01)mol。(A)(pp01)100%平衡时 A 的转化率(9.534.911)100%94.1%。(3)与(2)思路相似，应用阿伏加德罗定律推论p0p 0.10n总，得n总0.10 pp0。由方程式特点，应用差量法可知，反应过程增加的气体的物质的量，恰好等于反应的A的物质的量。即：0.1n(A)n总0.1解得n(A)0.20.1 pp0从上表读出4 h时p7.31计算得n(A)0.20.17.314.910.051依据此表中相邻两数据的差，即可得出规律。答案：(1)升高温度、降低压强(2)(pp01)100%94.1%A(g
13、)B(g)C(g)起始时物质的量浓度molL1 0.10 0 0平衡时物质的量浓度molL1 0.10(194.1%)0.1094.1%0.1094.1%K0.094 1 molL120.005 9 molL1 1.5 molL1(3)0.10 pp0 0.10(2 pp0)0.051 达到平衡前每间隔4 h，c(A)减少约一半 0.0132苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8)，其反应原理是C8H10(g)C8H8(g)H2(g)H125 kJmol1.某温度下，将0.40 mol苯乙烷，充入2 L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的量，得到数据如下表：时间/mi
14、n010203040n(C8H10)/mol0.400.300.26n2n3n(C8H8)/mol0.000.10n10.160.16(1)当反应进行到 20 min 时，该段时间内 H2 的平均反应速率是_。(2)该温度下，该反应的化学平衡常数是_。(3)若保持其他条件不变，用 0.40 mol H2(g)和 0.40 mol C8H8(g)合成 C8H10(g)，当有 30 kJ 热量放出时，该反应中 H2 的转化率是_。此时，该反应是否达到了平衡状态？_(填“是”或“否”)。.工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(不参与反应)，C8H10(g)的平衡转化率与水蒸气的用量、体系的温度、压
15、强的关系如图、图所示。(4)由图可知，T1_T2(填“大于”、“小于”或“等于”)。(5)由图可知，当其他条件不变时，水蒸气的用量越大，C8H10的平衡转化率将_(填“越大”、“越小”或“不变”)，原因是_。解 析：(1)v(H2)v(C8H10)0.40 mol0.26 mol2 L20 min 0.003 5 molL1min1(2)C8H10C8H8(g)H2(g)起始/molL1 0.20 0 0平衡/molL1 0.12 0.08 0.08K0.080.080.12 475(3)C8H8(g)H2(g)C8H10(g)起始/mol 0.40 0.40 0某时刻/mol 0.40 x
16、0.40 xx125 kJmol1x30 kJx0.24 mol(H2)0.24 mol0.4 mol 100%60%Q0.2420.400.2420.400.242754 1K，所以处于平衡状态。(4)升温，平衡右移，C8H10 的平衡转化率增大，所以 T1 大于T2。(5)随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强，平衡右移，转化率增大。答案：(1)0.003 5 molL1min1(2)4/75 或 0.053(3)60%是(4)大于(5)越大 随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强(或使得浓度商 QK)平衡右移，转化率增大考点三 化学反应进行的方
17、向1自发过程(1)体系趋向于从状态转变为状态(体系对外部做功或者能量)。(2)在密闭条件下，体系有从自发地转变为的倾向。高能低能释放有序无序2化学反应方向的判据3焓变、熵变与反应方向在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为 GHTS。当 GHTS0时，反应自发进行能够平衡不能思维深化1“放热过程都可以自发进行，但吸热过程都不能自发进行。”这句话对吗？应如何理解？提示：不对。放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定都能自发进行，如碳的燃烧等；吸热过程没有自发进行的倾向性，但并不一定都不能自发进行，如水的蒸发等。2能自发进行的反应一定能实际发生吗？
18、提示：不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。3正误判断，正确的划“”，错误的划“”(1)在温度、压力一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向()(2)温度、压力一定时，放热、熵增加的反应一定能自发进行()(3)反应的焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素()(4)固体的溶解过程只与焓变有关()(5)2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)CO2(g)H2O(g)是熵增的反应：S0()(6)能够自发进行的反应不一定都是放热反应()(7)只有放热反应才能够自发进行()(8)Ag(aq
19、)Cl(aq)=AgCl(s)的 H0 S0，S0，该反应一定不能自发进行()(10)同一物质：固体液体气体变化是焓增和熵增的过程()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)题组1 焓变与熵变1实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()A所有的放热反应都是自发进行的B所有的自发反应都是放热的C焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据答案：C2碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发分解产生氨气，对其说法中正确的是()A碳铵分解是因为生成易挥发的气体，使体系的熵增大B碳铵分解是因为外界给予了能量C碳铵
20、分解是吸热反应，根据能量判断能自发分解D碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案：A题组2 综合判断3下列关于HTS说法中正确的是()AHTS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行BHTS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行CHTS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行DHTS0的反应，在该条件下一定剧烈反应解析：选C。HTS判据只适用判断一定温度和压强下的反应能否自发进行，A、B错误，C正确；HTS0。4(2015高考天津卷)某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应：X(g)mY(g)3Z(g)平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、
21、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是()Am2B两次平衡的平衡常数相同CX与Y的平衡转化率之比为11D第二次平衡时，Z的浓度为0.4 molL1解析：选D。A.根据再次加入1 mol Z(g)，平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m2。B.由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数不变。C.因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。D.该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4 mol，而平衡后Z的体积分数为10%，平
22、衡时Z的物质的量为4 mol10%0.4 mol，容器体积为2 L，Z的浓度为0.2 molL1。5(2015高考全国卷)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(HI)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(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K 的计算式为_。(2)上述反应中，正反应速率为 v 正k 正x2(HI)，逆反应速率为v 逆k 逆x(H2)x(I2
23、)，其中 k 正、k 逆为速率常数，则 k 逆为_(以K 和 k 正表示)。若 k 正0.002 7 min1，在 t40 min 时，v 正_min1。(3)由上述实验数据计算得到 v 正x(HI)和 v 逆x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_。(填字母)解析：(1)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/molL1 1 0 0转化浓度/molL1 0.216 0.108 0.1
24、08平衡浓度/molL1 0.784 0.108 0.108KcH2cI2c2HI0.1080.1080.7842(2)建立平衡时，v 正v 逆，即 k 正x2(HI)k 逆x(H2)x(I2)，k 逆x2HIxH2xI2k正。由于该反应前后气体分子数不变，故 k逆x2HIxH2xI2k 正c2HIcH2cI2k 正k正K。在 40 min 时，x(HI)0.85，则v 正0.002 7 min10.8521.95103 min1。(3)因 2HI(g)H2(g)I2(g)H0，升高温度，v 正、v 逆均增大，且平衡向正反应方向移动，HI 的物质的量分数减小，H2、I2 的物质的量分数增大。因
25、此，反应重新达到平衡后，相应的点分别应为 A 点和 E 点。答案：(1)0.1080.1080.7842(2)k 正/K 1.95103(3)AE6(2015高考全国卷)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为 CO、CO2 和 H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H2CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3回答下列问题：(1)已知反应中相关的化学键键能数据如下：化学键HHCOCOHOCHE/(kJmol1)4363431 076465413由此计算 H1_k
26、Jmol1，已知H258 kJmol1，则 H3_kJmol1。(2)反应的化学平衡常数 K 表达式为_；图 1 中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为_(填曲线标记字母)，其判断理由是_。(3)合成气组成 n(H2)/n(COCO2)2.60 时，体系中的 CO 平衡转化率()与温度和压强的关系如图 2 所示。(CO)值随温度升高而_(填“增大”或“减小”)，其原因是_。图 2 中的压强由大到小为_，其判断理由是_。解析：(1)根据键能与反应热的关系可知，H1反应物的键能之和生成物的键能之和(1 076 kJmol12436 kJmol1)(413 kJmol13343 kJmol14
27、65 kJmol1)99 kJmol1。根据盖斯定律，由可得：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，H3H2H1(58 kJmol1)(99 kJmol1)41 kJmol1。(2)根据化学平衡常数的书写要求可知，反应的化学平衡常数为 Kc(CH3OH)/c(CO)c2(H2)。反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数 K减小，故曲线 a 符合要求。(3)由图 2 可知，压强一定时，CO 的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生 CO 的量增大，而总结果是随温度升高，CO 的转化率减小。反应的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO 的平衡转化率增大，而反应为气体总分子数不变的反应，产生 CO 的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO 的转化率提高，故压强 p1、p2、p3 的关系为p1p2p2p1 相同温度下，由于反应为气体分数减小的反应，加压有利于提升 CO 的转化率；而反应为气体分子数不变的反应，产生 CO 的量不受压强影响。故增大压强时，有利于 CO 的转化率升高课时规范训练