第26講 化學平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率 反應方向及調(diào)控（講義）（原卷版）

第26講化學平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率反應方向及調(diào)控目錄考情分析網(wǎng)絡構建考點一化學平衡常數(shù)的含義與應用【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1化學平衡常數(shù)知識點2化學平衡常數(shù)的應用【提升·必考題型歸納】考向1考查化學平衡常數(shù)的含義考向2考查化學平衡常數(shù)的應用考點二有關化學平衡的計算【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1三段式計算模式知識點2有關化學平衡計算方法和技巧【提升·必考題型歸納】考向1考查平衡常數(shù)的計算考向2考查轉(zhuǎn)化率的計算考點三化學反應的方向及調(diào)控【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1化學反應的方向知識點2化學反應的調(diào)控【提升·必考題型歸納】考向1考查化學反應方向的判定考向2考查化學反應的調(diào)控真題感悟考點要求考題統(tǒng)計考情分析化學平衡常數(shù)2023湖南卷13題，3分2022河北卷16題，4分2021全囯乙卷28題，8分分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：1．從考查題型和內(nèi)容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現(xiàn)，主要考查化學平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的計算、化學反應的熵變及反應進行的方向、化工生產(chǎn)中條件的選擇等。2．從命題思路上看，側(cè)重以化工生產(chǎn)為背景，考查反應轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計算，壓強平衡常數(shù)及速率常數(shù)的相關計算；結合反應速率及焓變考查化工生產(chǎn)條件的選擇。(1)選擇題：考查化學平衡的表達式、反應進行的方向，結合化學平衡圖像、圖表考查化學平衡相關濃度、轉(zhuǎn)化率等的計算。(2)非選擇題：常常與基本理論、工業(yè)生產(chǎn)相聯(lián)系，通過圖像或表格提供信息，考查轉(zhuǎn)化率、濃度平衡常數(shù)、壓強平衡常數(shù)、速率常數(shù)等相關的判斷和計算，從反應時間、投料比值、催化劑的選擇、轉(zhuǎn)化率等角度考查生產(chǎn)條件的選擇；3.根據(jù)高考命題特點和規(guī)律，復習時要注意以下幾個方面：(1)對化學平衡常數(shù)的理解；(2)利用三段式對化學平衡進行相關計算；(3)平衡原理在化工生產(chǎn)中的綜合應用?；瘜W平衡的有關計算2023全囯乙卷28題，8分2022遼寧卷12題，3分2021河北卷16題，3分反應方向及調(diào)控2023山東卷14題，4分2022河北卷13題，4分2021浙江6月卷17題，2分考點一化學平衡常數(shù)的含義與應用知識點1化學平衡常數(shù)1．概念在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物________與反應物________的比值是一個常數(shù)，用符號K表示。2．表達式（1）Kc的一般表達式（以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)為例）Kc＝________________【易錯提醒】①固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中，但水蒸氣要寫入。②計算時，代入平衡常數(shù)表達式的濃度是平衡濃度。（2）Kp的一般表達式（以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)為例）Kp＝eq\f(pcC·pdD,paA·pbB)[p(X)：X在平衡體系中物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)×總壓強]。【名師提醒】a.分壓定律：混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和。p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋……＝pb.氣體的分壓之比等于其物質(zhì)的量之比：eq\f(pB,pD)＝eq\f(nB,nD)。c.某氣體的分壓p(B)與總壓之比等于其物質(zhì)的量分數(shù)：eq\f(pB,p)＝eq\f(nB,n)＝φ(B)。（3）化學平衡常數(shù)與化學方程式書寫形式的關系①正、逆反應的平衡常數(shù)互為________。②若化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)都擴大或縮小至原來的n倍，則化學平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉淼膎次冪或eq\f(1,n)次冪。③兩方程式相加得到新的化學方程式，其化學平衡常數(shù)是兩反應平衡常數(shù)的________。④關于H2O的濃度問題a.稀水溶液中進行的反應，雖然H2O參與反應，但是H2O只作為溶劑，不能代入平衡常數(shù)表達式。如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常數(shù)表達式為K＝eq\f(c(HCl)·c(NH3·H2O),c(NH4Cl))。b.H2O的狀態(tài)不是液態(tài)而是氣態(tài)時，則需要代入平衡常數(shù)表達式。⑤代入平衡常數(shù)表達式的是平衡濃度，而不是任意時刻的濃度，更不能將物質(zhì)的量代入。⑥同一化學反應，可以用不同的化學方程式表示，每個化學方程式都有自己的平衡常數(shù)表達式及相應的平衡常數(shù)。因此，要注意使用與化學方程式相對應的平衡常數(shù)。3．意義及影響因素(1)K值越大，反應物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應進行的程度越大，當K>________時，反應可接近完全。(2)對于同反應，K只受________影響，與反應物或生成物的濃度變化無關，與壓強變化、是否使用催化劑無關，溫度升高，ΔH<0，K值________，ΔH>0，K值________。(3)對于不同的反應，K除受溫度影響外，還與反應物本身的性質(zhì)有關。4.速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關系（1）兩者的關系：對于基元反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常數(shù)K＝eq\f(cc（C）·cd（D）,ca（A）·cb（B）)＝eq\f(k正·v逆,k逆·v正)，反應達到平衡時v正＝v逆，故K＝eq\f(k正,k逆)。（2）兩者的區(qū)別：①反應速率常數(shù)通過量化化學反應速率，來表示反應的快慢；其影響因素包括溫度和反應物性質(zhì)等。②平衡常數(shù)屬于平衡程度的標志，表示反應進行的最大限度；平衡常數(shù)只受溫度的影響，而與反應物的濃度無關。知識點2化學平衡常數(shù)的應用1.判斷、比較可逆反應進行的程度一般來說，一定溫度下的一個具體的可逆反應：K值正反應進行的程度平衡時生成物濃度平衡時反應物濃度反應物轉(zhuǎn)化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低【特別提醒】K值大小與反應程度的關系K<10－510－5～105>105反應程度很難進行反應可逆反應接近完全2.判斷正在進行的可逆反應是否達到平衡或反應進行的方向?qū)τ诳赡娣磻簃A(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，濃度商Qc＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))，則將濃度商和平衡常數(shù)作比較可判斷可逆反應所處的狀態(tài)。eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Qc<K：反應向正反應方向進行，v正>v逆,Qc＝K：反應處于化學平衡狀態(tài)，v正＝v逆,Qc>K：反應向逆反應方向進行，v正<v逆))3.判斷可逆反應的熱效應（1）eq\a\vs4\al(升高溫度)：eq\a\vs4\al(K值增大→正反應為吸熱反應)；eq\a\vs4\al(K值減小→正反應為放熱反應)。（2）eq\a\vs4\al(降低溫度)：eq\a\vs4\al(K值增大→正反應為放熱反應)；eq\a\vs4\al(K值減小→正反應為吸熱反應)。4.計算平衡體系中的相關量根據(jù)相同溫度下，同一反應的平衡常數(shù)不變，計算反應物或生成物的濃度、轉(zhuǎn)化率等。【特別提醒】(1)計算平衡常數(shù)利用的是物質(zhì)的平衡濃度，而不是任意時刻濃度，也不能用物質(zhì)的量。(2)固體和純液體的濃度視為恒定常數(shù)，不出現(xiàn)在平衡常數(shù)表達式中。如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g),達到平衡后的K＝eq\f(c(CO)·c(H2),c(H2O))。(3)催化劑能加快化學反應速率，但對化學平衡無影響，也不會改變平衡常數(shù)的大小。(4)一般K>105時，認為該反應基本進行完全；K<10－5時，一般認為該反應很難進行；而K在10－5～105反應被認為是典型的可逆反應?？枷?考查化學平衡常數(shù)的含義例1．（2023·江蘇南京·統(tǒng)考模擬預測）磷及其化合物有著廣泛的運用。白磷的結構為，溶于CS2，易自燃。其氧化物有P4O6、P4O10。兩種氧化物中均只有一種化學環(huán)境的P原子。P4與KOH溶液共熱可制備PH3。白磷與Cl2反應可生成PCl3和PCl5。固態(tài)PCl5中含有PCl、PCl兩種離子。Ca(H2PO4)2是磷肥的有效成分。反應PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)△H。下列有關該反應的說法正確的是A．△H＜0B．平衡常數(shù)K=C．其他條件一定，平衡時升高溫度，v(正)減小，v(逆)增大D．其他條件一定，增大的比值，PCl3的轉(zhuǎn)化率降低【變式訓練】（2023·海南?？凇ずＤ先A僑中學?？寄M預測）溫度為T℃時，向某密閉容器中分別加入足量活性炭和1mol，發(fā)生反應：

，并達到平衡。下列說法正確的是A．使用催化劑，可以改變該反應的和活化能B．粉碎活性炭固體，正反應速率增大，平衡正向移動C．降低壓強，平衡正向移動，平衡常數(shù)K增大D．恒壓下，充入稀有氣體，利于提高的轉(zhuǎn)化率考向2考查化學平衡常數(shù)的應用例2．（2023·天津·校聯(lián)考模擬預測）某溫度下，發(fā)生反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，的平衡轉(zhuǎn)化率()與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是A．將1mol和3mol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)C．上述反應在達到平衡后，增大壓強，的產(chǎn)率減小D．反應建立平衡后分離出部分時，濃度商Q大于平衡常數(shù)K【變式訓練】（2023·北京西城·北京四中?？寄M預測）向一容積可變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。下列判斷正確的是壓強Mpa平衡常數(shù)溫度/℃1.01.52.0300ab16516c64d800160fgc＞a，g＞f B．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%考點二有關化學平衡的計算知識點1三段式計算模式“三段式”法是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意清楚條理地列出起始量、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、變化量、平衡量。2．明確三個關系(1)對于同一反應物，起始量－變化量＝平衡量。(2)對于同一生成物，起始量＋變化量＝平衡量。(3)各轉(zhuǎn)化量之比等于各反應物的化學計量數(shù)之比。3．計算方法：三段式法化學平衡計算模式：對以下反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質(zhì)的量濃度分別為amol/L、bmol/L，達到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmol/L。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量(mol/L)ab00變化量(mol/L)mxnxpxqx平衡量(mol/L)a－mxb－nxpxqx則有①平衡常數(shù)：K＝eq\f(\f(px,V)p·\f(qx,V)q,\f(a－mx,V)m·\f(b－nx,V)n)。②A的平衡濃度：c(A)＝eq\f(a－mx,V)mol·L－1。③A的轉(zhuǎn)化率：α(A)＝eq\f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。④A的體積分數(shù)：φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋p＋q－m－nx)×100%。⑤平衡壓強與起始壓強之比：eq\f(p平,p始)＝eq\f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。⑥混合氣體的平均密度eq\x\to(ρ)(混)＝eq\f(a·MA＋b·MB,V)g·L－1。⑦混合氣體的平均摩爾質(zhì)量eq\x\to(M)＝eq\f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx)g·mol－1。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。產(chǎn)率＝eq\f(實際產(chǎn)量,理論產(chǎn)量)×100%。知識點2有關化學平衡計算方法和技巧1．化學平衡常數(shù)的計算(1)根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算(2)依據(jù)化學方程式計算平衡常數(shù)①同一可逆反應中，K正·K逆＝1。②同一方程式中的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小n倍，則新平衡常數(shù)K′與原平衡常數(shù)K間的關系是K′＝Kn或K′＝eq\r(n,K)。③幾個可逆反應方程式相加，得總方程式，則總反應的平衡常數(shù)等于各分步反應平衡常數(shù)之________。④水溶液中進行的反應，必須拆成離子方程式再計算平衡常數(shù)。2．轉(zhuǎn)化率的計算轉(zhuǎn)化率(α)＝eq\f(反應物轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量（或質(zhì)量、濃度）,反應物起始的物質(zhì)的量（或質(zhì)量、濃度）)×100%3．常用的氣體定律恒溫、恒容時：eq\f(p1,p2)＝eq\f(n1,n2)恒溫、恒壓時：eq\f(V1,V2)＝eq\f(n1,n2)4.壓強平衡常數(shù)的計算技巧（1）步驟第一步，根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度；第二步，計算各氣體組分的物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)；第三步，根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(shù)(或物質(zhì)的量分數(shù))；第四步，根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強平衡常數(shù)表達式為Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。（2）計算Kp的答題模板計算Kp的兩套模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)為例]模板1：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(平衡時總壓為p0)n(始)1mol3mol0Δn0.5mol1.5mol1moln(平)0.5mol1.5mol1molp(X)eq\f(0.5,3)p0eq\f(1.5,3)p0eq\f(1,3)p0Kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3))模板2：剛性反應器中N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)p(始)p03p00Δpp′3p′2p′p(平)p0－p′3p0－3p′2p′Kp＝eq\f(（2p′）2,（p0－p′）（3p0－3p′）3)5.轉(zhuǎn)化率大小變化分析技巧判斷反應物轉(zhuǎn)化率的變化時，不要把平衡正向移動與反應物轉(zhuǎn)化率提高等同起來，要視具體情況而定。常見有以下幾種情形：反應類型條件的改變反應物轉(zhuǎn)化率的變化有多種反應物的可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)恒容時只增加反應物A的用量反應物A的轉(zhuǎn)化率減小，反應物B的轉(zhuǎn)化率增大同等倍數(shù)地增大反應物A、B的量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m＋n＞p＋q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大m＋n＜p＋q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小m＋n＝p＋q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變只有一種反應物的可逆反應：mA(g)nB(g)＋pC(g)增加反應物A的用量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m＞n＋p反應物A的轉(zhuǎn)化率增大m＜n＋p反應物A的轉(zhuǎn)化率減小m＝n＋p反應物A的轉(zhuǎn)化率不變考向1考查平衡常數(shù)的計算例1．（2023·上?！そy(tǒng)考模擬預測）在密閉容器中發(fā)生反應：，往密閉容器中以的比例通入兩種反應物，其中15min后A在四溫度下的轉(zhuǎn)化率如下表所示，且，則下列說法正確的是溫度轉(zhuǎn)化率10%70%70%60%A．該反應是吸熱反應B．T溫度時()，A的轉(zhuǎn)化率是70%C．溫度下，在15min后繼續(xù)進行反應，A的轉(zhuǎn)化率變大D．溫度反應15min后，若mol·L，則溫度時的平衡常數(shù)是4.5【變式訓練】（2023·重慶沙坪壩·重慶南開中學?？寄M預測）一定溫度下，將足量加入含有催化劑的2L恒容密閉容器，發(fā)生下面兩個反應：反應1：反應2：測得平衡時容器中氣體總壓為33kPa，且。下列說法不正確的是A．B．平衡時，C．該條件下，D．維持其他條件不變，將容器體積壓縮為1L，再次達到平衡后，考向2考查轉(zhuǎn)化率的計算例2．（2023·河北衡水·衡水市第二中學校考三模）工業(yè)上利用硫(S)與為原料制備，在500℃以上發(fā)生反應：

。在2L密閉容器中充入1mol和4mol，發(fā)生上述反應，測得平衡體系中硫蒸氣的體積分數(shù)和溫度的關系如表所示：溫度/℃5605806006206406600.2860.3330.3780.4200.4620.500下列說法錯誤的是A．在580℃達到平衡時，的轉(zhuǎn)化率為70%B．該反應660℃的平衡常數(shù)C．上述反應的正反應為吸熱反應D．起始充入1mol和2mol，620℃平衡時【變式訓練】（2023·重慶·校聯(lián)考三模）時，存在如下平衡：。該反應正、逆反應速率與的濃度關系為：，(是速率常數(shù))，且與的關系如圖所示，下列說法正確的是

A．圖中表示的是線ⅡB．時，往剛性容器中充入一定量，平衡后測得為，則平衡時C．時，該反應的平衡常數(shù)D．時向恒容密閉容器中充入，某時刻，則此時的轉(zhuǎn)化率為考點三化學反應的方向及調(diào)控知識點1化學反應的方向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)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。2.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。3.判斷化學反應方向的依據(jù)（1）焓變與反應方向研究表明，對于化學反應而言，絕大多數(shù)放熱反應都能自發(fā)進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越完全?？梢姡磻撵首兪侵萍s化學反應能否自發(fā)進行的因素之一。（2）熵變與反應方向①研究表明，除了熱效應外，決定化學反應能否自發(fā)進行的另一個因素是體系的混亂度。大多數(shù)自發(fā)反應有趨向于體系混亂度增大的傾向。②熵和熵變的含義a．熵的含義熵是衡量一個體系混亂度的物理量，用符號S表示。同一條件下，不同物質(zhì)有不同的熵值，同一物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值也不同，一般規(guī)律是S(g)>S(l)>S(s)。b．熵變的含義熵變是反應前后體系熵的變化，用ΔS表示，化學反應的ΔS越________，越有利于反應自發(fā)進行。（3）綜合判斷反應方向的依據(jù)①ΔH－TΔS________0，反應能自發(fā)進行。②ΔH－TΔS________0，反應達到平衡狀態(tài)。③ΔH－TΔS________0，反應不能自發(fā)進行。知識點2化學反應的調(diào)控1．控制反應條件的目的(1)促進有利的化學反應：通過控制反應條件，可以加快化學反應速率，提高反應物的轉(zhuǎn)化率，從而促進有利的化學反應進行。(2)抑制有害的化學反應：通過控制反應條件，也可以減緩化學反應速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生或控制副反應的發(fā)生，從而抑制有害的化學反應繼續(xù)進行。2．控制反應條件的基本措施(1)控制化學反應速率的措施通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應速率。(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。3．工業(yè)合成氨的條件選擇(1)反應原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。(2)反應特點：①反應為可逆反應；②正反應是氣體體積減小的反應；③ΔH<0。(3)從反應快慢和反應限度兩個角度選擇反應條件(4)綜合考慮——選擇適宜的生產(chǎn)條件①溫度：400～500℃②壓強：10～30MPa③投料比：eq\f(n（N2）,n（H2）)＝eq\f(1,2.8)④以鐵觸媒作催化劑⑤采用循環(huán)操作提高原料利用率考向1考查化學反應方向的判定例1．（2023·海南?？凇そy(tǒng)考模擬預測）消除的反應為：

。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)D．該反應在任何溫度下都可自發(fā)進行【變式訓練】（2023·海南?？凇ずＤ现袑W?？级＃┮环N制取晶體硅的反應為：SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)

=236.1kJ·mol-1。下列說法正確的是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