高考化學一輪復習第七章第三節(jié)化學平衡常數(shù)及計算化學反應進行的方向課件

第三節(jié)化學平衡常數(shù)及計算化學反應進行的方向課標要求核心素養(yǎng)1.能用ΔH－TΔS說明化學反應的方向。2.了解化學平衡常數(shù)(K)的含義，能利用化學平衡常數(shù)進行相關計算。1.宏觀辨識與微觀探析：了解平衡圖像及應用。了解反應的自發(fā)性和熵的定義及應用。2.變化觀念與平衡思想：初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響，能用焓變和熵變說明化學反應進行的方向。3.證據(jù)推理與模型認知：準確把握平衡的基本特征，根據(jù)平衡常數(shù)的定義準確書寫平衡常數(shù)表達式。[目標導航][自主測評]1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。(1)同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大。()(2)－10℃的水結(jié)成冰，可用熵變的判據(jù)來解釋反應的自發(fā)性。()(3)對于某一可逆反應，升高溫度則化學平衡常數(shù)一定變大。()(4)平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學平衡必定發(fā)生移動。()(5)反應A(g)＋3B(g)2C(g)達到平衡后，溫度不變，增大壓強，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大。()答案：(1)√(2)×(3)×錯因：應該用焓變來解釋。錯因：升高溫度，吸熱方向的化學平衡常數(shù)增大，放熱方向的化學平衡常數(shù)減小。 (4)√(5)×錯因：化學平衡常數(shù)只受溫度影響。2.將1molN2O5

置于2L密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：①2N2O5(g)2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)2NO2(g)。達到平衡時，c(O2)＝0.2mol·L-1，c(NO2)＝0.6mol·L-1，則此溫度下反應①的平衡常數(shù)為()A.3.2B.0.2C.

1180D.

445答案：B

3.25℃和1.01×105Pa時，反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol-1能自發(fā)進行，其原因是__________________。

解析：根據(jù)熵判據(jù)，該反應是熵增反應，能自發(fā)進行；根據(jù)焓判據(jù)，該反應是吸熱反應，不能自發(fā)進行。事實上該反應能自發(fā)進行，說明熵增效應大于能量效應。答案：熵增效應大于能量效應t/min215080100120160220∞c/(mol·L-1)0.0240.0500.0710.0810.0900.1040.1160.1324.由γ-羥基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁內(nèi)酯()的反應如下：

在25℃時，溶液中γ-羥基丁酸的初始濃度為0.180mol·L-1，隨著反應的進行，測得γ-丁內(nèi)酯的濃度隨時間的變化如下表所示。請?zhí)顚懴铝锌瞻住?1)在50～80min內(nèi)，以γ-丁內(nèi)酯的濃度變化表示的反應速率為______mol·L-1·min-1。(2)在120min時，γ-羥基丁酸的轉(zhuǎn)化率為________。(3)在25℃時，該反應的平衡常數(shù)為K＝________。

(4)為提高平衡時γ-羥基丁酸的轉(zhuǎn)化率，除適當控制反應溫度外，還可采取的措施是______________________________。

答案：(1)7×10-4

(2)50%(3)2.75(4)將γ-丁內(nèi)酯移走考點一化學平衡常數(shù)1.濃度商和化學平衡常數(shù)(固體或液體純物質(zhì)一般不列入濃度商和平衡常數(shù))(1)對于一般的可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，濃度商(2)當該反應在一定溫度下達到化學平衡時，c(A)、c(B)、c(C)數(shù)，簡稱____________。平衡常數(shù)2.化學平衡常數(shù)的影響因素(1)化學平衡常數(shù)是表明化學反應限度的一個特征值，通常情況下只受溫度影響。(2)當反應中有關物質(zhì)的濃度商等于平衡常數(shù)時，表明反應達到限度，即達到化學平衡狀態(tài)。②Fe3+(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常數(shù)表3.化學平衡常數(shù)表達式(1)表達式：對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝______________。

(2)應用示例：①C(s)＋H2O(g)表達式K＝____________。

CO(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)達式K＝__________。4.化學平衡常數(shù)的意義越大越大越大

通常，K越大，說明平衡體系中生成物所占的比例______，正反應進行的程度______，即該反應進行得越完全，平衡時反應物的轉(zhuǎn)化率______?？键c二化學反應進行的方向1.自發(fā)反應在一定條件下無需外界幫助就能自發(fā)進行的反應稱為自發(fā)反應。注意：自發(fā)反應是化學反應，水蒸氣冷凝得到液態(tài)水屬于自發(fā)過程，但不是自發(fā)反應。2.熵和熵變(1)熵是衡量一個體系混亂程度的物理量。用符號S表示。(2)熵變是反應前后體系熵的變化，用ΔS表示，化學反應的ΔS越大，越有利于反應自發(fā)進行。3.判斷化學反應進行的方向<>>＝<

對于一個特定的氣相反應，熵變的大小取決于反應前后的氣體物質(zhì)的化學計量數(shù)大??；若反應后氣體的化學計量數(shù)變大，則ΔS＞0，反之，則ΔS＜0?？键c三有關化學平衡的計算——“三段式法”

“三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意準確地列出起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。(1)分析三個量：起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量。(2)明確三個關系①對于同一反應物，起始量－轉(zhuǎn)化量＝平衡量。②對于同一生成物，起始量＋轉(zhuǎn)化量＝平衡量。③各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比。(3)計算模式對以下反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質(zhì)的量(mol)分別為a、b，達到平衡后，A的消耗量為mxmol，容器容積為VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/mol變化/mol平衡/molamxa－mx

bnxb－nx

0pxpx0qxqx則有①平衡常數(shù)：⑦混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：

⑧生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分數(shù)。一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大?？枷?化學平衡常數(shù)及應用1.(2023年天津模擬)某溫度下，發(fā)生反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1，N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()A.將1molN2和3molH2置于1L密閉容器中發(fā)生反應，放出的熱量小于92.4kJB.平衡狀態(tài)由A到B時，平衡常數(shù)K(A)<K(B)C.上述反應在達到平衡后，增大壓強，NH3的產(chǎn)率減小D.反應建立平衡后分離出部分NH3時，濃度商Q大于平衡常數(shù)K

解析：該反應為可逆反應，加入的1molN2

和3molH2

不可能完全反應生成2molNH3，所以反應放出的熱量小于92.4kJ，A正確；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，K(A)＝K(B)，B錯誤；該反應是反應前后氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，NH3

的產(chǎn)率增大，C錯誤；反應建立平衡后分離出部分NH3

時，生成物的濃度減小所以濃度商Q小于平衡常數(shù)K，D錯誤。答案：A2.(2023年北京四中模擬)向一容積可變的密閉容器中充入等物質(zhì)的量的A、B，發(fā)生反應：2A(g)＋2B(g)3C(s)＋4D(g)。在不同壓強下，該反應平衡常數(shù)隨溫度變化如表所示。下列判斷正確的是()平衡常數(shù)壓強/Mpa1.01.52.0溫度/℃300ab16516c64d800160fgA.c＞a，g＞fB.正反應是放熱反應C.2.0MPa、800℃時，A的轉(zhuǎn)化率最小D.1.5MPa、300℃時，B的轉(zhuǎn)化率為50%解析：平衡常數(shù)只與溫度相關，溫度不變，K不變，所以g＝f，A錯誤；由表格中的數(shù)據(jù)可知，平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，升溫平衡正向移動，正反應是吸熱反應，B錯誤；因為正反應為吸熱反應，所以800℃、相同壓強時，A的轉(zhuǎn)化率最大，而反應前后氣體的分子數(shù)相等，所以800℃時，三種壓強下的A的轉(zhuǎn)化率都相同，C錯誤；1.5MPa、300℃時，平衡常數(shù)b＝16，設平衡時體積為V，B的物質(zhì)的量的變化量為x，則達平衡時，A、B、D答案：DK<10-510-5～105>105反應程度很難進行反應可逆反應接近完全[方法技巧]化學平衡常數(shù)的應用(1)判斷可逆反應進行的程度。K值大，說明反應進行的程度大，反應物的轉(zhuǎn)化率高；K值小，說明反應進行的程度小，反應物的轉(zhuǎn)化率低。(2)判斷化學反應進行的方向或平衡移動的方向。根據(jù)濃度商(Q)與平衡常數(shù)(K)的大小判斷平衡移動的方向：(3)判斷可逆反應的熱效應。

考向2化學平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率的計算

3.(2023年廣東卷節(jié)選)配合物廣泛存在于自然界，且在生產(chǎn)和生活中都發(fā)揮著重要作用。 (1)R的衍生物L可用于分離稀土。溶液中某稀土離子(用M表示)與L存在平衡：M＋LML＋LMLK1

ML2

K2c0(M)/c0(L)S(L)S(ML)S(ML2)01.0000ax<0.010.64b<0.010.400.60

研究組配制了L起始濃度c0(L)＝0.02mol·L-1、M與L起始濃度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反應平衡后測定其核磁共振氫譜。配體L上的某個特征H在三個物種L、ML、ML2

中的化學位移不同，該特征H對應吸收峰的相對峰面積S(體系中所有特征H的總峰面積計為1)如下表。【注】核磁共振氫譜中相對峰面積S之比等于吸收峰對應H的原子數(shù)目之比；“<0.01”表示未檢測到。 ①c0(M)/c0(L)＝a時，x＝__________。②c0(M)/c0(L)＝b時，平衡濃度比c平(ML2)∶c平(ML)＝__________。(2)研究組用吸收光譜法研究了(1)中M與L反應體系。當c0(L)＝1.0×10-5mol·L-1時，測得平衡時各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖。c0(M)/c0(L)＝0.51時，計算M的平衡轉(zhuǎn)化率(寫出計算過程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

解析：(1)①c0(M)/c0(L)＝a時，S(ML2)＋S(ML)＋S(L)＝1，且S(ML2)＝0.64，S(ML)<0.01，得x＝0.36。②S(ML2)相比于S(ML)含有兩個配體，則S(ML2)與S(ML)的濃度比應為S(ML2)相對峰面積S的一半與S(ML)的相對峰面積S之比，即答案：(1)①0.36②3∶4或0.75(2)98%(計算過程見解析)

4.(2021年廣東卷節(jié)選)我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。CH4

與CO2

重整是CO2

利用的研究熱點之一。該重整反應體系主要涉及以下反應：a)CH4(g)＋CO2(g)b)CO2(g)＋H2(g)

2CO(g)＋2H2(g)ΔH1CO(g)＋H2O(g)ΔH2c)CH4(g)d)2CO(g)C(s)＋2H2(g)ΔH3

CO2(g)＋C(s)ΔH4e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)ΔH5

(1)反應a、c、e中，屬于吸熱反應的有______(填字母)。 (2)反應c的相對壓力平衡常數(shù)表達式為K

＝____________。 (3)在圖中A點對應溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始總壓為100kPa的恒容密閉容器中進行反應，體系達到平衡時H2的分壓為40kPa。計算CH4

的平衡轉(zhuǎn)化率為________。答案：(1)ac(3)68%[方法技巧]“四步法”突破壓強平衡常數(shù)(Kp)的計算考向3化學反應方向的判斷5.(2023年?？诮y(tǒng)考)CH4消除NO2的反應為：CH4(g)＋2NO2(g)

N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)

ΔH<0。下列說法正確的是(

)A.正反應的活化能大于逆反應的活化能B.平衡時升高溫度，v正增大，v逆減小C.平衡常數(shù)K＝D.該反應在任何溫度下都可自發(fā)進行

解析：該反應為放熱反應，正反應的活化能小于逆反應的活化能，A錯誤；平衡時升高溫度，正逆反應速率均加快，B錯誤；由化學方程式可知平衡常數(shù)K＝，C錯誤；反應正向氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，與溫度無關，故反應在任何溫度下都可自發(fā)進行，D正確。答案：D6.(2023年?？诙?一種制取晶體硅的反應為：SiHCl3(g)＋Si(s)＋3HCl(g)ΔH＝236.1kJ·mol-1。下列說法正確的H2(g)是()

A.該反應在任何條件下均能自發(fā)進行 B.其他條件不變，增大壓強，平衡常數(shù)K減小 C.恒壓下，充入一定量的惰性氣體，平衡向逆反應方向移動 D.總體積一定，當反應體系內(nèi)混合氣體的密度不再發(fā)生變化時反應到達平衡衡減壓，平衡正向移動，C錯誤；由公式ρ＝

可知，總體積一定，

解析：反應吸熱，ΔH＞0，反應正向氣體分子數(shù)增大，ΔS＞0，故高溫時ΔH－TΔS＜0，反應自發(fā)，A錯誤；其他條件不變，增大壓強，平衡逆向移動，但溫度不變，平衡常數(shù)K不變，B錯誤；恒壓下，充入一定量的惰性氣體，容器體積增大，相當于對原平當反應體系內(nèi)混合氣體的密度不再發(fā)生變化時，混合氣體的總質(zhì)量不變，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，D正確。答案：D[歸納提升]

1.反應能否自發(fā)進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響，復合判據(jù)ΔH－TΔS<0的反應不一定能夠?qū)嶋H發(fā)生，只是指出了在該條件下化學反應自發(fā)進行的趨勢，還要考慮化學反應的快慢問題。ΔHΔSΔH－TΔS反應情況－＋永遠是負值在任何溫度下均自發(fā)進行＋－永遠是正值在任何溫度下均非自發(fā)進行＋＋低溫為正高溫為負低溫時非自發(fā)，高溫時自發(fā)－－低溫為負高溫為正低溫時自發(fā)，高溫時非自發(fā)2.焓變、熵變和溫度對化學反應方向的影響。

1.(2022年江蘇卷)用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機車輛尾氣凈化的主要方法。反應為4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列說法正確的是()A.上述反應ΔS<0C.上述反應中消耗1molNH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2×6.02×1023D.實際應用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣對空氣的污染程度越小反應的平衡常數(shù)K＝

解析：由化學方程式可知，該反應是一個氣體分子數(shù)增大的反應，即熵增的反應，反應ΔS＞0，A錯誤；由化學方程式可知，，B正確；由化學方程式可知，反應每消耗4mol氨氣，轉(zhuǎn)移12mol電子，則反應中消耗1mol氨氣，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為3mol×6.02×1023mol-1＝3×6.02×1023，C錯誤；實際應用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨氣的量也越多，柴油機車輛排放的氨氣對空氣污染程度增大，D錯誤。答案：B

2.(2021年河北卷)室溫下，某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等，同時發(fā)生以下兩個反應：①M＋N＝X＋Y；②M＋N＝X＋Z，反應①的速率可表示為v1＝k1c2(M)，反應②的速率可表示為v2＝k2c2(M)(k1、k2為速率常數(shù))。反應體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖，下列說法錯誤的是()A.0～30min時間段內(nèi)，Y的平均反應速率為6.67×10-8mol·L-1·min-1B.反應開始后，體系中Y和Z的濃度之比保持不變C.如果反應能進行到底，反應結(jié)束時62.5%的M轉(zhuǎn)化為ZD.反應①的活化能比反應②的活化能大的M轉(zhuǎn)化為Z，C正確；由以上分析可知，在相同的時間內(nèi)生成