化学平衡常数及应用

化学反应速率与化学平衡第七章第29讲化学平衡常数及化学反应进行的方向考纲要求考情分析命题趋势1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.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。4.能正确计算化学反应的转化率。2017，全国卷Ⅰ，28T2016，全国卷甲，26T2016，全国卷乙，27T2016，全国卷丙，27T2016，天津卷，10T预计2019年高考将重点考查化学平衡常数及转化率的计算，化工生产中适宜温度、压强及酸碱度的选择。复习备考时，应特别关注：化学平衡常数及转化率的计算，化学平衡图像的分析，化学平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡体系中的应用等。分值：5～10分栏目导航板块一板块二板块三板块四1．概念在一定________下，一个可逆反应达到____________时，生成物____________与反应物________________的比值是一个常数，用符号K表示。考点一化学平衡常数及应用温度化学平衡浓度幂之积浓度幂之积2．表达式对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时：K＝____________________(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。cpC·cqDcmA·cnB3．意义(1)K值越大，反应物的转化率________，正反应进行的程度________。(2)K只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的计量数等倍数扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。越高越大温度1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。(1)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。()(2)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡。()(3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。()(4)其他条件不变，当增加一种反应物的用量时，自身的平衡转化率降低，而其他反应物的转化率升高。()×√××2．已知在600℃时，以下三个反应的平衡常数：反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)K1反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)K2反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)K3(1)反应①的平衡常数表达式为_________________，反应2CO(g)＋2CuO(s)2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系是___________。K1＝cCO2cCOK4＝K21(2)反应②的K2值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH________0。(3)反应③的K3值与K1、K2的关系是______________。(4)若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H2O(g)，则平衡将向______________移动，该反应的平衡常数________(填“变大”“变小”或“不变”)。K3＝K1K2正反应方向不变1．利用K可以推测可逆反应进行的程度。K的大小表示可逆反应进行的程度，K越大说明反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。K越小说明反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。一化学平衡常数的应用2．借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Qc＝ccC·cdDcaA·cbBQcK反应向正反应方向进行，v正v逆＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆K反应向逆反应方向进行，v正v逆3．利用K可判断反应的热效应。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。4．计算平衡体系中的相关“量”。根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。[例1](2018·银川模拟)已知，相关数据见下表：温度编号化学方程式平衡常数979K1173KⅠFe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)K11.472.15ⅡCO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)K21.62bⅢFe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)K3a1.68根据以上信息判断，下列结论错误的是()A．a＞bB．增大压强，平衡状态Ⅱ不移动C．升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动D．反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应解析由Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，得K3＝K1·K2，则a≈2.38，b≈0.78，ab，A项正确；Ⅱ是等体积反应，增大压强，平衡不移动，B项正确；由a＝2.38，b＝0.78可知，随温度升高K2、K3均减小，故反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，D项正确；升温时平衡Ⅲ向逆反应方向移动，C项错误。C化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系。列出比例式或等式或依据平衡常数求解，这种思路和方法通常称为“三段式法”。如以下反应：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的消耗量(mol)为mx，容器容积为VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始nab00变化nmxnxpxqx平衡na－mxb－nxpxqx则有：二化学平衡计算的一般思路和方法1．K＝cpC·cqDcmA·cnB。2．对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。3．c(A)平＝nA平V＝a－mxV。4．A的转化率α(A)＝mxa×100%[或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比]。α(A)∶α(B)＝mxa∶nxb＝mbna。5．A的体积(物质的量)分数：φ(A)＝nA平n总＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%。6.p平p始＝n平n始＝a＋b＋p＋q－m－nxa＋b。[例2]在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：实验编号温度/℃起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(X)n(Y)n(M)①7000.400.100.090②8000.100.400.080③8000.200.30a④9000.100.15b下列说法正确的是()A．实验①中，若5min时测得n(M)＝0.050mol，则0至5min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2mol/(L·min)B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%D．实验④中，达到平衡时，b0.060C解析该反应是气体分子数相等的反应，由实验①②数据知：温度升高，M的产率减小，所以该反应的正反应是放热反应。实验①中，0～5min内，v(N)＝v(M)＝0.05mol10L5min＝1×10－3mol/(L·min)，A项错误；实验②中，达到平衡时，c(X)＝(0.1－0.08)mol/10L＝0.002mol/L，c(Y)＝(0.4－0.08)mol/10L＝0.032mol/L，c(M)＝c(N)＝0.08mol/10L＝0.008mol/L，K＝0.00820.002×0.032＝1，B项错误；实验③温度与实验②相同，所以平衡常数相同，K＝a10×a100.2－a10×0.3－a10＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12mol，X的平衡转化率为0.120.2×100%＝60%，C项正确；实验④中反应物起始浓度均为实验③的一半，两实验中反应物比值相等，因该反应是气体分子数不变的反应，所以若在恒温恒容条件下两实验所达平衡是等效的，即实验④在800℃达平衡时，n(M)＝0.06mol，现在温度是900℃，因该反应的正反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，故b0.060，D项错误。[例1]一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是()A．550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动B．650℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%C．T℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总[答题送检]····································来自阅卷名师报告错误致错原因扣分A忽略了反应条件为恒压，充入惰性气体时，气体的物质的量增大，体积必然随之膨胀，导致反应物与生成物的分压减小，即相当于在原平衡的基础上减压－6[解析]A项，550℃时，若充入惰性气体，体积增大，反应体系中反应物和产物的分压均减小，v正、v逆均减小，平衡右移；B项，650℃时，设CO2起始体积为1L，平衡后转化体积为xL，则：C(s)＋CO2(g)2CO(g)起始体积/L10转化体积/Lx2x平衡体积/L1－x2x[答案]B平衡时CO的体积分数为40%，则2x1－x＋2x＝40%，x＝0.25，则CO2的转化率为25.0%；C项，由图像知，T℃平衡时，CO2和CO的体积分数相等，若充入等体积的CO2和CO，由于在恒压容器中，则平衡不移动；D项，925℃时，平衡时CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数为4%，则Kp＝96%p总24%p总＝23.04p总。(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝_____________。(2)在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0(填“”“”或“＝”)。1．(2017·全国卷Ⅰ节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。2.52.8×10－3＞＞(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。A．H2SB．CO2C．COSD．N2B解析(1)用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50mol＝0.01mol。H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)起始/mol0.400.1000转化/mol0.010.010.010.01平衡/mol0.390.090.010.01α1(H2S)＝0.010.40×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：K＝cCOS·cH2OcH2S·cCO2＝0.01×0.010.39×0.09≈2.8×10－3。(2)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大，即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(3)充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确。制作者：状元桥适用对象：高中学生制作软件：Powerpoint2003、Photoshopcs3运行环境：WindowsXP以上操作系统