2020高考化学一轮复习 第七章 第3讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向课件 新人教版

第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向最新考纲要求核心素养脉络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．能正确计算化学反应的转化率(α)。3．了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。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中有关物质的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。2．证据推理与模型认识：知道可以通过分析、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。3．科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能运用化学平衡原理对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。考点一化学平衡常数一、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，用符号___表示。浓度幂之积浓度幂之积K二、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，通常不计入平衡常数表达式中)。三、意义及影响因素1．K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。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。cpC·cqDcmA·cnB温度四、应用1．判断可逆反应进行的程度2．利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Qc＝c2C·cdDcaA·cbB。Qc＜K，反应向___反应方向进行；Qc＝K，反应处于______状态；Qc＞K，反应向___反应方向进行。3．利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为___热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为___热反应。正平衡逆吸放[思维诊断1]判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数()(3)平衡常数不发生变化，化学平衡一定不发生移动()(4)对于反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，升高温度，K值减小，则ΔH＞0()(5)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数表达式及数值也不同()××××√[思维诊断2]书写下列反应的平衡常数表达式。(1)Cl2＋H2OHCl＋HClO(2)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)(3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O(4)CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－(5)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)提示：(1)K＝cHCl·cHClOcCl2(2)K＝cCO·cH2cH2O(3)K＝cCH3COOC2H5·cH2OcCH3COOH·cC2H5OH(4)K＝cOH－·cHCO－3cCO2－3(5)K＝c(CO2)[思维诊断3]一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1②12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)K2③2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K3(1)K1和K2，K1＝________。(2)K1和K3，K1＝________。提示：(1)K22(2)1K3教材对接高考1．(RJ选修4·P30例2改编)某温度下，将2molA和3molB充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5min后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K＝1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则()A．a＝3B．a＝2C．B的转化率为40%D．B的转化率为60%C解析：选C。温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a＝1，A、B错误；设达到平衡时，B的转化量为xmol，则A、B、C、D的平衡量分别为(2－x)mol、(3－x)mol、xmol、xmol，设容器体积为1L，则平衡常数K＝1＝x22－x3－x，解得x＝1.2，B的转化率＝1.2mol÷3mol×100%＝40%，所以C正确，D错误。2．(溯源题)(2016·高考上海卷)(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：CO2(g)＋4H2(g)RuCH4(g)＋2H2O(g)已知H2的体积分数随温度的升高而增加。若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化(选填“增大”“减小”或“不变”)。v正v逆平衡常数K转化率α(2)相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：c(CO2)/mol·L－1c(H2)/mol·L－1c(CH4)/mol·L－1c(H2O)/mol·L－1平衡Ⅰabcd平衡Ⅱmnxya、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为________。解析：(1)H2的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。升高温度正逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，反应物的转化率减小。(2)相同温度时平衡常数不变，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为cd2ab4＝xy2mn4。答案：(1)v正v逆平衡常数K转化率α增大增大减小减小(2)cd2ab4＝xy2mn4探源本考题源于教材RJ选修4P29“例1”及拓展，对化学平衡常数的理解及运用进行了考查。“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。1．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－bc(1)反应物的平衡量＝起始量－变化量。(2)生成物的平衡量＝起始量＋变化量。(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，抓变化浓度是解题的关键。2．掌握三个百分数(1)转化率＝n转化n起始×100%＝c转化c起始×100%。(2)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。产率＝产物实际产量理论产量×100%(3)混合物中某组分的百分含量＝平衡量平衡总量×100%。3．谨记答题模板反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令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mx，容器容积为VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)ab00变化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)a－mxb－nxpxqx对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)则有：(1)平衡常数：K＝pxVp·qxVqa－mxVm·b－nxVn。(2)A的平衡浓度：c(A)平＝a－mxVmol·L－1。(3)A的转化率：α(A)平＝mxa×100%。(4)A的体积分数：φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%。(5)平衡与起始压强之比：p平p始＝a＋b＋p＋q－m－nxa＋b。(6)混合气体的平均密度：ρ混＝a·MA＋b·MBVg·L－1。(7)平衡时混合气体的平均摩尔质量：M＝a·MA＋b·MBa＋b＋p＋q－m－nxg·mol－1。角度1化学平衡常数概念的理解及计算1．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。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：温度/℃化学反应平衡常数500800①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)K3(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反应③的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“＞”“＝”或“＜”)。解析：(1)K1＝cCH3OHc2H2·cCO，K2＝cCO·cH2OcH2·cCO2，K3＝cH2O·cCH3OHc3H2·cCO2，K3＝K1·K2。(2)根据K3＝K1·K2,500℃、800℃时，反应③的平衡常数分别为2.5，0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH＜0。(3)Q＝0.15×0.30.83×0.1＜2.5。所以v正＞v逆。答案：(1)K1·K2(2)＜(3)＞2．向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生CO2＋4H2一定条件CH4＋2H2O反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2：0.2mol·L－1、H2：0.8mol·L－1、CH4：0.8mol·L－1、H2O：1.6mol·L－1，CO2的平衡转化率为________；300℃时上述反应的平衡常数K＝________。解析：CO2＋4H2一定条件CH4＋2H2O平衡：0.20.80.81.6变化：0.83.20.81.6起始1400CO2的转化率为0.81×100%＝80%；根据平衡常数的定义，K＝1.62×0.80.2×0.84＝25。答案：80%25角度2化学平衡常数的应用3．2007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“是”或“否”)。理由是___________________________________________________________________。(2)合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在某温度时，K＝0.4。①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”)。a．c(N2)＝c(H2)＝1mol·L－1，c(NH3)＝0.5mol·L－1，________可以达到平衡。b．c(N2)＝0.3mol·L－1，c(H2)＝0.1mol·L－1，c(NH3)＝0.03mol·L－1，________可以达到平衡。②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)①a.c2NH3cN2·c3H2＝0.521×13＝0.25K，所以反应要达到平衡状态，应向右进行。同理：b.0.0320.3×0.13＝3K，故反应向左进行，可以达到平衡。②升高温度再达到化学平衡时，K＝0.20.4，据K＝c2NH3cN2·c3H2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)①a.向右进行B．向左进行②放热4．亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO与Cl2在一定条件下合成：2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)ΔH0。保