化學(xué)平衡常數(shù)及化學(xué)反應(yīng)進行的方向王幼琴

化學(xué)平衡常數(shù)及化學(xué)反應(yīng)進行的方向王幼琴（2018春季4月3號）考綱要求考情分析命題趨勢1.了解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進行相關(guān)計算。2.了解化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)的焓變與熵變的關(guān)系。3.掌握化學(xué)反應(yīng)在一定條件下能否自發(fā)進行的判斷依據(jù)，能夠利用化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。4.能正確計算化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。2017，全國卷Ⅰ，28T2016，全國卷甲，26T2016，全國卷乙，27T2016，全國卷丙，27T2016，天津卷，10T預(yù)計2019年高考將重點考查化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算，化工生產(chǎn)中適宜溫度、壓強及酸堿度的選擇。復(fù)習(xí)備考時，應(yīng)特別關(guān)注：化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算，化學(xué)平衡圖像的分析，化學(xué)平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡體系中的應(yīng)用等。分值：5～10分考點一化學(xué)平衡常數(shù)及應(yīng)用1．概念在一定__溫度__下，一個可逆反應(yīng)達到__化學(xué)平衡__時，生成物__濃度冪之積__與反應(yīng)物__濃度冪之積__的比值是一個常數(shù)，用符號K表示。2．表達式對于一般的可逆反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下達到平衡時：K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，不計入平衡常數(shù)表達式中)。3．意義(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率__越高__，正反應(yīng)進行的程度__越大__。(2)K只受__溫度__影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)，與壓強變化無關(guān)。(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)。若反應(yīng)方向改變，則平衡常數(shù)改變。若方程式中各物質(zhì)的計量數(shù)等倍數(shù)擴大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，平衡常數(shù)也會改變，但意義不變。1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”。(1)對某一可逆反應(yīng)，升高溫度則化學(xué)平衡常數(shù)一定變大。(×)(2)平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡必定發(fā)生移動達到新的平衡。(√)(3)改變條件，使反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率都增大，該可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)一定增大。(×)(4)其他條件不變，當增加一種反應(yīng)物的用量時，自身的平衡轉(zhuǎn)化率降低，而其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率升高。(×)2．已知在600℃時，以下三個反應(yīng)的平衡常數(shù)：反應(yīng)①：CO(g)＋CuO(s)??CO2(g)＋Cu(s)K1反應(yīng)②：H2(g)＋CuO(s)??Cu(s)＋H2O(g)K2反應(yīng)③：CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)K3(1)反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達式為K1＝eq\f(cCO2,cCO)，反應(yīng)2CO(g)＋2CuO(s)??2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常數(shù)K4與K1的關(guān)系是__K4＝Keq\o\al(2,1)__。(2)反應(yīng)②的K2值隨著溫度升高而增大，則反應(yīng)②的反應(yīng)熱ΔH__>__0。(3)反應(yīng)③的K3值與K1、K2的關(guān)系是K3＝eq\f(K1,K2)。(4)若其他條件不變，向反應(yīng)③所在的密閉容器中充入H2O(g)，則平衡將向__正反應(yīng)方向__移動，該反應(yīng)的平衡常數(shù)__不變__(填“變大”“變小”或“不變”)。4．化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用1．利用K可以推測可逆反應(yīng)進行的程度。K的大小表示可逆反應(yīng)進行的程度，K越大說明反應(yīng)進行的程度越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。K越小說明反應(yīng)進行的程度越小，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越小。2．借助平衡常數(shù)，可以判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否達到化學(xué)平衡狀態(tài)。對于可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應(yīng)物與生成物濃度有如下關(guān)系：Qc＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)Qceq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<K反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，v正>v逆,＝K反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，v正＝v逆,>K反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，v正<v逆))3．利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。5.．計算平衡體系中的相關(guān)“量”。根據(jù)相同溫度下，同一反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，計算反應(yīng)物或生成物的濃度、轉(zhuǎn)化率等。[例1](2018·銀川模擬)已知，相關(guān)數(shù)據(jù)見下表：編號化學(xué)方程式平衡常數(shù)溫度979K1173KⅠFe(s)＋CO2(g)??FeO(s)＋CO(g)K1ⅡCO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)K2bⅢFe(s)＋H2O(g)??FeO(s)＋H2(g)K3a根據(jù)以上信息判斷，下列結(jié)論錯誤的是(C)A．a(chǎn)＞bB．增大壓強，平衡狀態(tài)Ⅱ不移動C．升高溫度平衡狀態(tài)Ⅲ向正反應(yīng)方向移動D．反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為放熱反應(yīng)解析由Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，得K3＝K1·K2，則a≈，b≈，a>b，A項正確；Ⅱ是等體積反應(yīng)，增大壓強，平衡不移動，B項正確；由a＝，b＝可知，隨溫度升高K2、K3均減小，故反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為放熱反應(yīng)，D項正確；升溫時平衡Ⅲ向逆反應(yīng)方向移動，C項錯誤。5．化學(xué)平衡計算的一般思路和方法化學(xué)平衡的計算一般涉及各組分的物質(zhì)的量、濃度、轉(zhuǎn)化率、百分含量、氣體混合物的密度、平均摩爾質(zhì)量、壓強等。通常的思路是寫出平衡式，列出相關(guān)量(起始量、變化量、平衡量)，確定各量之間的關(guān)系。列出比例式或等式或依據(jù)平衡常數(shù)求解，這種思路和方法通常稱為“三段式法”。如以下反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量(mol)分別為a、b，達到平衡后，A的消耗量(mol)為mx，容器容積為VL。mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)起始nab00變化nmxnxpxqx平衡na－mxb－nxpxqx則有：1．K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。2．對于反應(yīng)物：n(平)＝n(始)－n(變)；對于生成物：n(平)＝n(始)＋n(變)。3．c(A)平＝eq\f(nA平,V)＝eq\f(a－mx,V)。4．A的轉(zhuǎn)化率α(A)＝eq\f(mx,a)×100%[或等于消耗的質(zhì)量(濃度)與起始質(zhì)量(濃度)之比]。α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。5．A的體積(物質(zhì)的量)分數(shù)：φ(A)＝eq\f(nA平,n總)＝eq\f(a－mx,a＋b＋p＋q－m－nx)×100%。\f(p平,p始)＝eq\f(n平,n始)＝eq\f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。[例2]在10L恒容密閉容器中充入X(g)和Y(g)，發(fā)生反應(yīng)X(g)＋Y(g)??M(g)＋N(g)，所得實驗數(shù)據(jù)如下表：實驗編號溫度/℃起始時物質(zhì)的量/mol平衡時物質(zhì)的量/moln(X)n(Y)n(M)①700②800③800a④900b下列說法正確的是(C)A．實驗①中，若5min時測得n(M)＝，則0至5min時間內(nèi)，用N表示的平均反應(yīng)速率v(N)＝×10－2mol/(L·min)B．實驗②中，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝C．實驗③中，達到平衡時，X的轉(zhuǎn)化率為60%D．實驗④中，達到平衡時，b>解析該反應(yīng)是氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)，由實驗①②數(shù)據(jù)知：溫度升高，M的產(chǎn)率減小，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。實驗①中，0～5min內(nèi)，v(N)＝v(M)＝eq\f(\f,10L),5min)＝1×10－3mol/(L·min)，A項錯誤；實驗②中，達到平衡時，c(X)＝－mol/10L＝L，c(Y)＝－mol/10L＝L，c(M)＝c(N)＝mol/10L＝L，K＝eq\f,×＝1，B項錯誤；實驗③溫度與實驗②相同，所以平衡常數(shù)相同，K＝eq\f(\f(a,10)×\f(a,10),\f(－a,10)×\f(－a,10))＝1，解得a＝，所以反應(yīng)轉(zhuǎn)化的X也是，X的平衡轉(zhuǎn)化率為eq\f,×100%＝60%，C項正確；實驗④中反應(yīng)物起始濃度均為實驗③的一半，兩實驗中反應(yīng)物比值相等，因該反應(yīng)是氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，所以若在恒溫恒容條件下兩實驗所達平衡是等效的，即實驗④在800℃達平衡時，n(M)＝，現(xiàn)在溫度是900℃，因該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動，故b<，D項錯誤。課堂練習(xí)1．(2017·全國卷Ⅰ節(jié)選)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)：H2S(g)＋CO2(g)??COS(g)＋H2O(g)。在610K時，將與充入的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為。(1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝%，反應(yīng)平衡常數(shù)K＝×10－3__。(2)在620K重復(fù)實驗，平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為，H2S的轉(zhuǎn)化率α2__＞__α1，該反應(yīng)的ΔH__＞__0(填“>”“<”或“＝”)。(3)向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是__B__(填標號)。A．H2S B．CO2C．COS D．N2考點二化學(xué)反應(yīng)進行的方向1．自發(fā)過程(1)含義：在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。(2)特點①體系趨向于從__高能__狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開_低能__狀態(tài)(體系對外部__做功__或__放出__熱量)。②在密閉條件下，體系有從__有序__轉(zhuǎn)變?yōu)開_無序__的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。2．自發(fā)反應(yīng)在一定條件下__無需外界幫助__就能自發(fā)進行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。3．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)(1)焓判據(jù)放熱過程中體系能量__降低__，ΔH__＜__0，具有自發(fā)進行的傾向，但有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進行，故只用焓變判斷反應(yīng)方向不全面。(2)熵判據(jù)①熵：描述體系__混亂__程度的物理量，符號為__S__。熵值越大，體系混亂度__越大__。②常見的熵增過程a．氣體的擴散；b．不同狀態(tài)的同一種物質(zhì)：S(g)__>__S(l)__>__S(s)；c．反應(yīng)前無氣體，反應(yīng)后有氣體產(chǎn)生的過程；d．反應(yīng)前后都有氣體，但氣體的物質(zhì)的量增加的反應(yīng)。③熵判據(jù)：體系的混亂度__增大__，ΔS>0，反應(yīng)有自發(fā)進行的傾向。但有些熵減的過程也能自發(fā)進行，故只用熵變來判斷反應(yīng)方向也不全面。1．判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”。(1)ΔH<0、ΔS>0的反應(yīng)在溫度低時不能自發(fā)進行。(×)(2)NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋·mol－1能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向。(√)(3)一定溫度下，反應(yīng)MgCl2(l)??Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0。(√)(4)反應(yīng)NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0。(√)(5)因為焓變和熵變都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。(×)2．下列反應(yīng)中，熵顯著增加的反應(yīng)是(B)A．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)B．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑C．C(s)＋O2(g)=CO2(g)D．2Hg(l)＋O2(g)=2HgO(s)3.已知碳酸鈣的分解①CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)僅在高溫下自發(fā)進行；氯酸鉀的分解②2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)在任何溫度下都自發(fā)進行。下面有幾組焓變數(shù)據(jù)，其中可能正確的是(B)A．ΔH1＝－·mol－1ΔH2＝－·mol－1B．ΔH1＝＋·mol－1ΔH2＝－·mol－1C．ΔH1＝－·mol－1ΔH2＝＋·mol－1D．ΔH1＝＋·mol－1ΔH2＝＋·mol－1課堂練習(xí)1．下列說法不正確的是(C)A．Na與H2O的反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進行B．飽和Na2SO4溶液或濃硝酸均可使蛋白質(zhì)溶液產(chǎn)生沉淀，但原理不同C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等條件下二者對H2O2分解速率的改變相同D．Mg(OH)2固體在溶液中存在平衡：Mg(OH)2(s)??Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，該固體可溶于NH4Cl溶液2．判斷正誤，正確的劃“√”