2021版高考化学一轮复习第十章平衡一化学反应速率与化学平衡第三节化学平衡常数化学反应进行的方向课件

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(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(α)。考点一化学平衡常数和化学反应进行的方向/知识·再认再现(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化学平衡时，生成物与反应物的比值是一个常数，称为化学平衡常数(简称平衡常数)，用符号K表示。浓度幂之积浓度幂之积理清概念基础需抓牢2．表达式(1)对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝cpC·cqDcmA·cnB(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)。(2)K值越大，反应物的转化率，正反应进行的程度。越大越大化学方程式平衡常数关系式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1＝___________12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)K2＝___________2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K3＝___________K2＝____K3＝____c2NH3cN2·c3H2cNH3c12N2·c32H2cN2·c3H2c2NH3K11K1[注意]在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度，计算得到的平衡常数叫压强平衡常数，其单位也与表达式有关。如上述第一个反应的压强平衡常数表达式为Kp＝p2NH3pN2·p3H2。3．影响因素：K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。4．K值与可逆反应进行程度的关系K10－510－5～105105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全5.平衡常数的4大应用(1)利用K推测可逆反应进行的程度。K的大小表示可逆反应进行的程度，K大说明反应进行的程度大，反应物的转化率大；K小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。(2)利用K判断反应的热效应。若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(3)利用K的表达式确定化学方程式。根据平衡常数的书写原则确定出反应物、生成物以及各物质的化学计量数。(4)利用K判断化学平衡状态及反应的方向。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，通过浓度商与K的相对大小来确定反应是否达到平衡状态。Q＝ccC·cdDcaA·cbB。QK反应向正反应方向进行，v正v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v逆(二)化学反应进行的方向1．自发过程(1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。(2)特点①能量状态―――――――→转化为对外做功或放热能量状态。②序状态―――→转化为序状态。高低有无2．熵和熵变(1)熵是量度体系程度的物理量，符号为S。(2)影响熵大小的因素：①相同条件下，物质不同熵不同。②同一物质：S(g)S(l)S(s)。(3)熵变(ΔS)＝生成物的总熵－反应物的总熵。混乱3．化学反应方向的判据题组·跟进训练1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)平衡常数表达式中，物质的浓度可以是任一时刻的浓度()(2)可逆反应2A(s)＋B(g)2C(g)＋3D(g)的平衡常数为K＝c2C·c3Dc2A·cB()(3)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变()(4)对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，升高温度，K值减小，则ΔH0()(5)平衡常数大的可逆反应的反应物的转化率一定大()×××√×2．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝74.9kJ·mol－1。下列说法中正确的是()A．该反应中熵变小于0，焓变大于0B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑解析：单一的焓变或熵变均不能准确判断反应能否自发进行。答案：D3．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1B．H2O2(l)===12O2(g)＋H2O(l)ΔH＝－98kJ·mol－1C．HgO(s)===Hg(l)＋12O2(g)ΔH＝＋91kJ·mol－1D．Ag(s)＋12Cl2(g)===AgCl(s)ΔH＝－127kJ·mol－1解析：A项，反应是熵减的吸热反应，ΔH＞0，ΔS＜0，在任何温度下都不能自发进行，错误；B项，反应是熵增的放热反应，ΔH＜0，ΔS＞0,在任何温度下均能自发进行，正确；C项，反应是熵增的吸热反应，ΔH＞0，ΔS＞0，在低温下不能自发进行，错误；D项，反应是熵减的放热反应，ΔH＜0，ΔS＜0，在高温下不能自发进行，错误。答案：B4．(2019·天津高考·节选)将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g)ΔHl0②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)ΔH20③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是____________________________。解析：反应①是一个ΔS不变的反应，要使ΔG0，由图可知温度最低为1000℃。反应②中ΔS0，即－TΔS0，在相同温度下，ΔG2ΔG1的主要原因是ΔH2ΔH1。答案：1000℃ΔH2＜ΔH1导致反应②的ΔG小5．在一定温度下，1L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1mol。(1)该反应的平衡常数K＝________。(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的ΔH________0(填“”或“”)。(3)相同条件下，向该密闭容器中充入各物质的起始量如下：①均为0.2mol②C(s)、H2O为0.2mol，CO、H2为0.1mol，判断该反应进行的方向：①________，②________。解析：(1)容积为1L，则H2O、CO、H2的浓度均为0.1mol·L－1，K＝cCO·cH2cH2O＝0.1×0.10.1＝0.1。(2)升高温度平衡常数增大，说明平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH0。(3)①Q＝0.2×0.20.2＝0.2K＝0.1，反应向逆反应方向进行；②Q＝0.1×0.10.2＝0.05K＝0.1，反应向正反应方向进行。答案：(1)0.1(2)(3)①向逆反应方向②向正反应方向考点二平衡常数和转化率的相关计算/1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量N2＋3H2催化剂高温、高压2NH3起始量130变化量abc平衡量1－a3－bc①反应物的平衡量＝起始量－转化量。②生成物的平衡量＝起始量＋转化量。③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。逐点精研备考无盲区2．掌握四个公式(1)反应物的转化率＝n转化n起始×100%＝c转化c起始×100%。(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝实际产量理论产量×100%。(3)平衡时混合物组分的百分含量＝平衡量平衡时各物质的总量×100%。(4)某组分的体积分数＝某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%。3．谨记一个答题模板反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为amol、bmol，达到平衡后，A的转化量为mxmol，容器容积为VL，则有以下关系：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/molab00转化/molmxnxpxqx平衡/mola－mxb－nxpxqx对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)则有：①K＝pxVp·qxVqa－mxVm·b－nxVn②c平(A)＝a－mxVmol·L－1③α(A)平＝mxa×100%，α(A)∶α(B)＝mxa∶nxb＝mbna④φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%⑤p平p始＝a＋b＋p＋q－m－nxa＋b⑥ρ混＝a·MA＋b·MBVg·L－1[其中M(A)、M(B)分别为A、B的摩尔质量]⑦平衡时体系的平均摩尔质量：M＝a·MA＋b·MBa＋b＋p＋q－m－nxg·mol－1[逐点深化提能]题点(一)平衡常数与转化率的相关计算[典例1](2018·全国卷Ⅰ·节选)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)2N2O4(g)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，N2O5(g)完全分解]：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.125℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。[解析]时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的pNO2＝2pN2O5＝2×35.8kPa＝71.6kPa，pO2＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则N2O4(g)2NO2(g)初始压强/kPa071.6转化压强/kPax2x平衡压强/kPax71.6－2x则x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝p2NO2pN2O4＝18.8kPa226.4kPa≈13.4kPa。[答案]13.4[解题方略]压强平衡常数(Kp)的计算(1)Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度，计算得到的平衡常数叫压强平衡常数，其单位与表达式有关。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝p2NH3pN2·p3H2。(2)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)第四步根据平衡常数计算公式代入计算[对点训练]1．(思维建模能力)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)ΔH＝＋173kJ·mol－1，若压强为pkPa，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＝________(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)650℃时，平衡时CO2的体积分数为60%，设其物质的量为0.6m