2021高考化学一轮复习 第7章 化学反应速率和化学平衡 第3节 化学平衡常数 化学反应进行的方向课

第七章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡常数化学反应进行的方向2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(α)。3.了解化学反应进行的方向判断。3A层级必备知识·关键能力4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__________时，生成物_____________与反应物_____________的比值是一个常数，用符号___表示。化学平衡浓度幂之积浓度幂之积K5(2)表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝__________。实例①Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－K＝__________________。cpC·cqDcmA·cnBcHClO·cH＋·cCl－cCl26②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝____________。③CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－K＝_______________。④CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)K＝________。c(CO2)cCO·cH2cH2OcHCO－3·cOH－cCO2－37(3)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度____，反应物的转化率____。一般地说，当K____时就认为反应完全，当K_____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______有关，与浓度、压强无关。(1)对于吸热反应，升高温度，K值______。(2)对于放热反应，升高温度，K值______。越大越大10510－5温度增大减小8注意：①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；②平衡常数改变，平衡一定移动，温度一定改变。9[基础判断](1)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。()(2)可逆反应的正、逆两反应方向的ΔH与K互为相反数。()(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3ΔH0反应，降温和加压均右移，平衡常数均增大。()10[答案](1)×(2)×(3)×(4)×(4)在一定温度下，SO2(g)＋12O2(g)SO3(g)与2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的K值相同。()11[答案]K1·K2＝1K2＝K23(或K3＝K122)K1＝1K23(或K1·K23＝1)[知识应用]1．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K12NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K2NH3(g)12N2(g)＋32H2(g)K3则K1与K2的关系为________，K2与K3的关系为________，K3与K1的关系为________。12[答案]K1K22．已知下列反应在某温度下的平衡常数：H2(g)＋S(s)H2S(g)K1S(s)＋O2(g)SO2(g)K2则在该温度下反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为________。13[答案](1)0.1(2)(3)正反应0.13．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)该温度下，再充入0.1molH2O(g)，平衡向________方向移动，该反应的平衡常数K′＝________。14命题点1化学平衡常数及其应用1．T℃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()A．K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15[答案]AB．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C．K＝cpCcmA·cnBD．如果m＋n＝p，则K＝1162．(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①O3O2＋[O]ΔH0平衡常数为K1；反应②[O]＋O32O2ΔH0平衡常数为K2；总反应：2O33O2ΔH0平衡常数为K。17下列叙述正确的是()A．降低温度，总反应K减小B．K＝K1＋K2C．适当升温，可提高消毒效率D．压强增大，K2减小18C[降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝cO2·c[O]cO3、K2＝c2O2c[O]·cO3、K＝c3O2c2O3＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。]193．在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－520下列说法正确的是()A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应B．25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5C．在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L－1，则此时温度高于80℃D．80℃时，在相同容器中充入0.3molCO和0.3molNi(CO)4，同时加入足量Ni，此时v正v逆21D[A项，化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＝c[NiCO4]c4CO，Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，化学平衡常数22的表达式为K2＝c4COc[NiCO4]，K2＝1K1＝15×104＝2×10－5，故错误；C项，化学平衡常数为0.50.54＝82，因此温度低于80℃，故错误；D项，此时Qc＝0.30.30.30.34＝1K＝2，正向进行，v正v逆，故正确。]23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K值增大→正反应为吸热反应，ΔH0K值减小→正反应为放热反应，ΔH0降低温度K值增大→正反应为放热反应，ΔH0K值减小→正反应为吸热反应，ΔH024(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)25命题点2“三段式”突破K、α的有关计算[典例导航](2017·全国卷Ⅰ，节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L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α1＝_____%，反应平衡常数K＝______。26(2)在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“”“”或“＝”)(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。A．H2SB．CO2C．COSD．N227[思路点拨](1)第一步：写方程式，列三段式H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)n(始)/mol0.400.1000Δn/molxxxxn(平)/mol0.40－x0.10－xxx第二步：列方程，求未知量x0.40mol－x＋0.10mol－x＋x＋x＝0.02解得：x＝0.01mol28第三步：明确问题，规范答案H2S的平衡转化率α1＝ΔnH2Sn始H2S×100%＝0.01mol0.40mol×100%＝2.5%。K＝cCOS·cH2OcH2S·cCO2＝0.012.5×0.012.50.40－0.012.5×0.10－0.012.5＝1351≈2.8×10－3。29[答案](1)2.52.8×10－3(2)＞(3)B(2)w(H2O)＝0.03＞0.02⇒升温，平衡右移⇒ΔH＞0。(3)两种反应物，增大一种反应物浓度，平衡右移，另一反应物转化率增大，自身转化率减小。增大生成物浓度，平衡左移，转化率减小。30[答案](1)10%大(2)K′＝K2(3)6.9×10－3大(1)610K时，CO2的平衡转化率为________，比H2S的平衡转化率________。(2)610K时，2H2S(g)＋2CO2(g)2COS(g)＋2H2O(g)的平衡常数K′与K的关系为________。(3)620K时，化学平衡常数K约为________，比610K时的平衡常数K________。31“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amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/mol·L－1ab00变化/mol·L－1mxnxpxqx平衡/mol·L－1a－mxb－nxpxqx32相关计算：①平衡常数：K＝pxp·qxqa－mxm·b－nxn。②A的平衡转化率：α(A)平＝mxa×100%。③A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：w(A)＝a－mxa－mx＋b－nx＋px＋qx×100%。33④v(A)＝mxt。⑤混合气体的平均密度：ρ混＝m总V。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。344．某温度下，2L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)/mol0min260010min4.520min130min135(1)前10min内的平均反应速率v(CH3OH)＝____mol/(L·min)。(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2L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为amol、bmol、cmol、dmol，要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则d的取值范围为________。36[解析](1)10min内消耗1.5molH2，则v(H2)＝1.5mol2L×10min＝0.075mol/(L·min)，根据化学计量数的关系可知v(CH3OH)＝13v(H2)＝0.025mol/(L·min)。(2)根据表格中数据并结合三段式法可知20min时反应已达到平衡状态，平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5mol·L－1、1.5mol·L－1、0.5mol·L－1和0.5mol·L－1，则平衡常数K＝0.5×0.50.5×1.53＝427。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡37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2mol，即d应满足的范围是1d≤2。[答案](1)0.025(2)427(3)1d≤2385．(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2L密闭容器中加入足量的活性炭和2.0molNO，发生反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH0。在600K时，测得反应进行到不同时间各物质的浓度如图所示。39(1)10～20min内，用活性炭表示的平均反应速率为______