2020版高三化学一轮复习 第七章 第三节 化学平衡常数及反应进行的方向课件 新人教版

返回导航第三节化学平衡常数及反应进行的方向[考纲展示]1．了解化学平衡常数的含义，并能进行简单计算。2.能正确计算反应的平衡转化率(α)。3.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。4.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。返回导航考点一化学平衡常数及应用一、化学平衡常数的概念在一定温度下，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。返回导航二、化学平衡常数的表达式对于反应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)。返回导航三、化学平衡常数的意义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只受温度影响，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。返回导航四、化学平衡常数的应用1．判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低返回导航2.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Qc＝cpC·cqDcmA·cnB，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。QcK：反应向正反应方向进行，v正v逆Qc＝K：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v逆返回导航3．判断可逆反应的热效应返回导航五、平衡转化率对于一般的化学反应：aA＋bBcC＋dD，达到平衡时反应物A的转化率为α(A)＝A的初始浓度－A的平衡浓度A的初始浓度×100%＝c0A－cAc0A×100%[c0(A)为A的初始浓度，c(A)为平衡时A的浓度]。返回导航要点提取(1)同一个反应中，反应物可以有多种，但不同反应物的转化率可能不同。(2)增大一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，工业生产中常常提高廉价原料的比例，从而增大昂贵原料的转化率，如工业合成氨中增大氮气的浓度，从而提高氢气的转化率。返回导航(1)关于H2O的浓度问题①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能带入平衡常数表达式。如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝cHCl·cNH3·H2OcNH4Cl。返回导航②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要带入平衡常数表达式。(2)K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(3)带入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量带入。返回导航(4)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。返回导航题组一平衡常数的概念辨析1．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数的数值如下：2NO(g)N2(g)＋O2(g)K1＝1×10302H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×10812CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92。以下说法正确的是()返回导航A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80C．常温下，NO、H2O，CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NOH2OCO2D．以上说法都不正确返回导航解析：选C。K1的表达式应为K1＝cN2·cO2c2NO，A错误；常温下，水分解产生O2，是H2和O2化合生成H2O的逆反应，因此其平衡常数的数值应为K2的倒数，数值为5×10－82，B错误；由于三个反应都处在常温下，根据K值的大小可以得出三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NOH2OCO2，C正确。返回导航2．等物质的量的N2和O2在恒容密闭容器中发生反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。下图曲线a表示该反应在T℃时N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是()返回导航A．T℃时，该反应的平衡常数K＝4c0－c12c21B．T℃时，随着反应的进行，混合气体的密度减小C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH0返回导航解析：A.根据平衡常数的定义，结合开始时氮气和氧气的物质的量相等，可知该平衡常数为：K＝4c0－c12c21，选项A正确；B.由于该容器是一个恒容容器，反应前后气体的质量不发生改变，所以气体的密度一直不变，选项B错误；C.催化剂仅能改变达到平衡所用的时间，不能使平衡移动，即不能改变平衡浓度，选项C错误；返回导航D.若曲线b对应的条件改变是温度，根据先达到平衡可知为升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，而氮气的浓度降低，说明平衡向正方向移动，正反应为吸热反应，ΔH0，选项D错误。答案选A。答案：A返回导航3．在一个容积为2L的密闭容器中，加入0.8molA2气体和0.6molB2气体，一定条件下发生反应：A2(g)＋B2(g)2AB(g)ΔH0，反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示，下列说法不正确的是()返回导航A．图中a点的值为0.15B．该反应的平衡常数K＝0.03C．温度升高，平衡常数K值减小D．平衡时A2的转化率为62.5%返回导航解析：A项，Δc(AB)＝0.5mol·L－1，Δc(A2)＝(0.4－a)由化学方程式可知，0.5∶(04－a)＝2∶1，a＝0.15，正确；B项，当Δc(AB)＝0.5mol·L－1时，Δc(B2)＝0.25mol·L－1，平衡时c(B2)＝(0.3－0.25)mol·L－1＝0.05mol·L－1，K＝0.520.15×0.05＝1003，错误；C项，ΔH0，反应为放热反应，升高温度，K减小，正确；D项，Δc(AB)＝0.5mol·L－1时，Δc(A2)＝0.25mol·L－1，a(A2)＝0.25mol·L－10.4mol·L－1×100%＝62.5%，正确。答案：B返回导航4．(2015·全国卷Ⅰ，28(4))Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716K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/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784返回导航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)，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＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。返回导航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)。返回导航解析：①2HI(g)H2(g)＋I2(g)是反应前后气体物质的量不变的反应。反应后x(HI)＝0.784，则x(H2)＝x(I2)＝0.108，K＝cH2·cI2c2HI＝0.108V×0.108V0.784V2＝0.108×0.1080.7842。②到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·x2HIxH2xI2＝k正/K，在t＝40min时，x(HI)＝0.85，v正＝k正x2(HI)＝0.0027min－1×(0.85)2＝1.95×10－3min－1。返回导航③原平衡时，x(HI)为0.784，x(H2)为0.108，二者图中纵坐标均约为1.6(因为平衡时v正＝v逆)，升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面，升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小(A点符合)，x(H2)增大(E点符合)。答案：①0.108×0.1080.7842②k正/K1.95×10－3③A点、E点返回导航题组二化学平衡常数的应用5．将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)催化剂CH3OCH3(g)＋3H2O(g)已知在压强为aMPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2的转化率见下图：返回导航此反应为________(填“放热”或“吸热”)；若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则K将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。返回导航解析：当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。答案：放热不变返回导航6．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：返回导航温度/℃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返回导航(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“”)。返回导航解析：(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。返回导航(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ΔH0。Q＝0.15×0.30.83×0.12.5。所以v正v逆。答案：(1)K1·K2(2)(3)返回导航应用化学平衡常数时应注意的四个问题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，其浓度可看作一个常数，而不计入平衡常数表达式中。返回导航4．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。返回导航考点二有关化学平衡的计算化学平衡的计算1．分析三个量：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。返回导航3．计算方法：三段式法化学平衡计算模式：对以下反应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的变化量为mx，容器容积为VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量(mol)ab00变化量(mol)mxnxpxqx平衡量(mol)a－mxb－nxpxqx返回导航则有：(1)K＝