2019高考化学一轮复习讲义化学平衡常数与平衡图像

化学平衡常数与平衡图像李仕才授课主题化学平衡常数、转化率及反应方向的判断教学目的能够写出化学平衡常数的表达式；可以计算出物质的平衡转化率；教学重难点判断反应是否达到平衡状态；反应物平衡转化率的变化判断；焓变、熵变及化学反应方向的关系教学内容本节知识点讲解1．化学平衡常数（1）定义在一定温度下，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，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用K表示。（2）表达式对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K=。（3）应用①判断反应进行的限度K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高。K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。K10−510−5~105105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全②判断反应是否达到平衡状态化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时，浓度商均为Qc=(C)(D)(A)(B)cdabcccc。QcK时，反应向逆反应方向进行；Qc=K时，反应处于平衡状态；QcK时，反应向正反应方向进行。③利用平衡常数判断反应的热效应若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。2．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)＝AAA的初始浓度－的平衡浓度的初始浓度×100％＝00(A)(A)(A)ccc×100％［c0(A)为起始时A的浓度，c(A)为平衡时A的浓度］反应物平衡转化率的变化判断判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大（或减小）反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m+np+q反应物A和B的转化率均增大m+np+q反应物A和B的转化率均减小m+n=p+q反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+pC(g)增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下mn+p反应物A的转化率增大mn+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A和B的转化率不变3.化学反应进行的方向一、自发过程1．含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。2．特点（1）体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)；（2）在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。3．自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。4．判断化学反应方向的依据（1）焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。（2）熵变与反应方向①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。②熵和熵变的含义a．熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)S(l)S(s)。b．熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。（3）综合判断反应方向的依据①ΔH－TΔS0，反应能自发进行。②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。③ΔH－TΔS0，反应不能自发进行。例题解析考向一化学平衡常数及影响因素典例1在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)+B(g)2C(g)，下列说法中正确的是A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K=22CABcccB．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小巩固练习1．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)K1ΔH10(Ⅰ)2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)K2ΔH20(Ⅱ)（1）4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=(用K1、K2表示)。（2）为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10min内v(ClNO)=7.5×10−3mol·L−1·min−1，则平衡后n(Cl2)=mol，NO的转化率α1=。其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2α1(填“”“”或“=”)，平衡常数K2(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小，可采取的措施是。平衡常数的几个易错点（1）正、逆反应的平衡常数互为倒数；若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。（2）能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质，固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入。例题解析考向二化学平衡常数的计算与应用典例1（1）在密闭容器中充入2.0molCO和10molH2O(g)，发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，800℃时反应达平衡，若K=1。求CO和H2O(g)的转化率。（2）PCl5的热分解反应如下：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)。①写出反应的平衡常数表达式；②已知某温度下，在容积为10.0L的密闭容器中充入2.00molPCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为0.150mol/L。计算该温度下的平衡常数。巩固练习1．在一定体积的密闭容器中，进行化学反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表：T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）该反应的化学平衡常数表达式K=。（2）该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。（3）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为。（4）若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。（5）830℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。（6）若1200℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L−1、2mol·L−1、4mol·L−1、4mol·L−1，则此时上述反应的平衡移动方向为(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。例题解析考向三转化率的计算与比较典例1在容积相同的A、B两个密闭容器中，分别充入2molSO2和1molO2，使它们在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3并达到平衡。在反应过程中，若A容器保持体积不变，B容器保持压强不变，当A中的SO2的转化率为25%时，则B容器中SO2的转化率应是A．25%B．25%C．25%D．12.5%1．在一密闭容器，aA(g)bB(g)达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则A．平衡向逆反应方向移动了B．物质A的转化率减少了C．物质B的质量分数增加了D．ab重难点考向一：焓变、熵变及化学反应方向的关系典例1：下列反应中，一定不能自发进行的是()A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－78.03kJ/molΔS＝1110J/(mol·K)B．CO(g)===C(石墨，s)＋1/2O2(g)ΔH＝＋110.5kJ/molΔS＝－89.36C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ/molΔS＝－280.1J/mol·KD．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝＋37.301kJ/molΔS＝184.05J/(mol·K)归纳总结：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔHΔSΔH－TΔS反应情况－＋永远是负值在任何温度下过程均自发进行＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＋＋低温为正；高温为负低温时非自发；高温时自发－－低温为负；高温为正低温时自发；高温时非自发1．下列说法错误的是A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH0C．反应NH3（g）＋HCl（g）=NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH0D．CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH0本知识点小结化学平衡图象题的解题方法化学平衡图象类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图象类型有物质的量(浓度)、速率—时间图象，含量—时间—温度(压强)图象，恒温、恒压曲线等，图象中蕴含着丰富的信息量，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。该类题型在选择题和简答题中都有涉及，能够很好地考查学生分析问题和解决问题的能力，在复习备考中应引起足够的重视。1．常见的化学平衡图象以可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)ΔH＝QkJ·mol−1（1）含量—时间—温度(或压强)图：(曲线a用催化剂，b不用催化剂或化学计量数a＋b＝c时曲线a的压强大于b的压强)(T2T1，ΔH0)(T1T2，ΔH0)(p1p2，a＋bc)(p1p2，a＋bc)（2）恒压(温)线(如图所示)：该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示：(若a＋bc，则p1p2p3，ΔH0)(若T1T2，则ΔH0，a＋bc)（3）速率−时间图象根据v−t图象，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。以合成氨反应为例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH0。条件c(N2)增大c(H2)减小c(NH3)增大v−t图象平衡移动方向正反应方向移动逆反应方向移动逆反应方向移动条件c(NH3)减小增大压强减小压强v−t图象平衡移动方向正反应方向移动正反应方向移动逆反应方向移动条件升高温度降低温度使用催化剂v−t图象平衡移动方向逆反应方向移动正反应方向移动不移动（4）其他如下图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，v(正)v(逆)的点是3，v(正)v(逆)的点是1，v(正)＝v(逆)的点是2、4。2．化学平衡图象解答原则（1）解题思路（2）解题步骤以可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)为例：（1）“定一议二”原则在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图：这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。（2）“先拐先平，数值大”原则在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。图A图B图A表示T2