广东省2021版高考化学一轮复习第七单元第3节化学平衡常数化学反应进行的方向课件新人教版

第3节化学平衡常数化学反应进行的方向-2-考查要点说明核心素养解读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.能正确计算化学反应的转化率。1.变化观念与平衡思想:能从化学平衡常数的角度分析化学反应,运用化学平衡常数解决问题。能多角度、动态地分析反应物的转化率,运用化学反应原理解决实际问题。2.证据推理与模型认知:知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,建立模型。能运用模型(Q与K的关系)解释化学平衡的移动,揭示本质和规律。-3-自主预诊考向突破化学平衡常数及其应用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状态时,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,用符号表示。(2)表达式:对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),平衡常数K=。化学平衡K𝑐𝑝(C)·𝑐𝑞(D)𝑐𝑚(A)·𝑐𝑛(B)-4-自主预诊考向突破(4)应用:①判断可逆反应进行的程度。②利用化学平衡常数,判断反应是否达到平衡或向哪个方向进行。对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Q=𝑐𝑐(C)·𝑐𝑑(D)𝑐𝑎(A)·𝑐𝑏(B)。Q𝐾,反应向方向进行,𝑣(正)𝑣(逆)=𝐾,反应处于化学,𝑣(正)=𝑣(逆)𝐾,反应向方向进行,𝑣(正)𝑣(逆)(3)意义及影响因素:①K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度。②K只受影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。越大温度正反应平衡状态逆反应-5-自主预诊考向突破③判断可逆反应的热效应。2.平衡转化率可逆反应中某一反应物A的平衡转化率可表示为:α(A)=[c0(A)代表A的初始浓度,c平(A)代表A的平衡浓度]。吸热放热放热吸热𝑐0(A)-𝑐平(A)𝑐0(A)×100%-6-自主预诊考向突破微点拨(1)计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度,而不是任意时刻的浓度,也不能用物质的量进行计算。(2)固体和纯液体物质的浓度视为常数,不能带入平衡常数表达式。(3)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(4)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大到原来的n倍或缩小到原来的1𝑛,则化学平衡常数变为原来的n次幂或1𝑛次幂。-7-自主预诊考向突破自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度。()(2)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数。()(3)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动。()(4)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。()答案:(1)×(2)×(3)×(4)√-8-自主预诊考向突破2.在一定温度下,1L的密闭容器中发生反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1mol。(1)该反应的平衡常数K=。(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应的ΔH(填“”或“”)0。(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均为0.2mol②C(s)、H2O均为0.2mol,CO、H2均为0.1mol,判断该反应进行的方向:①,②。答案:(1)0.1(2)(3)①向逆反应方向②向正反应方向-9-自主预诊考向突破考向1化学平衡常数的理解及表示方法典例❶(2019河南洛阳高三上学期尖子生联考)工业上消除氮氧化物的污染,可用如下反应:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=akJ·mol-1在温度T1和T2时,分别将0.50molCH4和1.2molNO2充入体积为1L的密闭容器中,测得n(CH4)随时间变化数据如下表:时间/minn(CH4)/mol温度010204050T10.500.350.250.100.10T20.500.300.18……0.15-10-自主预诊考向突破下列说法不正确的是()A.10min内,T1时v(CH4)比T2时小B.温度:T1T2C.ΔH:a0D.平衡常数:K(T1)K(T2)答案:D解析:根据题意可知,10min内,T1时v(CH4)=0.015mol·L-1·min-1,T2时v(CH4)=0.02mol·L-1·min-1,T1时v(CH4)比T2时小,A项正确;升高温度,反应速率增大,T2T1,B项正确;温度升高,平衡时甲烷剩余量增多,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,正反应放热,所以a0,C项正确;T1时正反应进行的程度大,因此平衡常数K(T1)K(T2),D项错误。-11-自主预诊考向突破对点演练1O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:反应①O3O2+[O]ΔH0平衡常数为K1;反应②[O]+O32O2ΔH0平衡常数为K2;总反应:2O33O2ΔH0平衡常数为K。下列叙述正确的是()A.降低温度,总反应K减小B.K=K1+K2C.适当升温,可提高消毒效率D.压强增大,K2减小答案解析解析关闭降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;K1=𝑐(O2)·𝑐([O])𝑐(O3)、K2=𝑐2(O2)𝑐([O])·𝑐(O3)、K=𝑐3(O2)𝑐2(O3)=K1·K2,B项错误;升高温度,反应①平衡向右移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。答案解析关闭C-12-自主预诊考向突破考向2化学平衡的有关计算典例❷(2019全国3,28节选)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:-13-自主预诊考向突破可知反应平衡常数K(300℃)K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400℃)=(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是。(2)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是(写出2种)。答案:(1)大于O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低(2)增加反应体系压强、及时除去产物0.422×0.422(1-0.84)4×(1-0.21)𝑐0-14-自主预诊考向突破解析:本题为热化学、电化学与化学平衡的综合题,难度中等。(1)分析任意一条平衡曲线可知,在进料浓度比固定的条件下,随着温度的升高,HCl的平衡转化率降低,说明正反应为放热反应,由于K只与温度有关,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,即K(300℃)大于K(400℃)。根据进料浓度比及HCl的平衡转化率间的关系可知,c(HCl)∶c(O2)=1∶1的曲线为最上面的的那条曲线,由该曲线可知:温度为400℃时HCl的平衡转化率为84%。根据条件可列三段式如下:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)初始:c0c000转化:c0×0.84c0×0.21c0×0.42c0×0.42平衡:c0×(1-0.84)c0×(1-0.21)c0×0.42c0×0.42-15-自主预诊考向突破K(400℃)=𝑐2(Cl2)·𝑐2(H2O)𝑐4(HCl)·𝑐(O2)=(𝑐0×0.42)2·(𝑐0×0.42)2[𝑐0×(1-0.84)]4·[𝑐0×(1-0.21)]=0.422×0.422(1-0.84)4×(1-0.21)𝑐0进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低,导致产品Cl2混有大量O2,则导致分离两气体时能耗较高;而进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高,则导致HCl的转化率过低,浪费原料。(2)在温度一定时,要增大HCl的平衡转化率,可采取的措施有:及时移走部分产物、增大体系压强等。-16-自主预诊考向突破对点演练2(2018全国2,27节选)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+O2(g)=CO(g)ΔH=-111kJ·mol-1(1)该催化重整反应的ΔH=kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填标号)。A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压(2)某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为mol2·L-2。12-17-自主预诊考向突破答案:(1)+247A(2)13解析:(1)将题给三个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由③×2―①―②可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),则该反应的ΔH=(―111kJ·mol-1)×2―(―75kJ·mol-1)―(―394kJ·mol-1)=+247kJ·mol-1。催化重整反应的正反应是气体总分子数增加的吸热反应,升高温度和降低压强均有利于平衡正向移动,从而提高CH4平衡转化率,A项正确。(2)某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率为50%,则有-18-自主预诊考向突破CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起始浓度/(mol·L-1)10.500转化浓度/(mol·L-1)0.250.250.50.5平衡浓度/(mol·L-1)0.750.250.50.5则该温度下,平衡常数为K=(0.5mol·L-1)40.75mol·L-1×0.25mol·L-1=13mol2·L-2。-19-自主预诊考向突破深度指津“三段式”突破平衡常数(K)、转化率的相关计算1.一个模式——“三段式”如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始/(mol·L-1)ab00变化/(mol·L-1)mxnxpxqx平衡/(mol·L-1)a-mxb-nxpxqxK=(𝑝𝑥)𝑝·(𝑞𝑥)𝑞(𝑎-𝑚𝑥)𝑚·(𝑏-𝑛𝑥)𝑛。-20-自主预诊考向突破2.明确三个量的关系(1)三个量:即起始量、变化量、平衡量。(2)关系。①对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。②对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。③各反应物转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3.掌握四个公式(1)反应物的转化率=𝑛(转化)𝑛(起始)×100%=𝑐(转化)𝑐(起始)×100%。(2)生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。产率=实际产量理论产量×100%。-21-自主预诊考向突破(3)平衡时混合物组分的质量分数=某一组分平衡时的质量平衡时各物质的总质量×100%。(4)某组分的体积分数=某组分的物质的量混合气体总的物质的量×100%。-22-自主预诊考向突破化学反应进行的方向(1)含义:不用借助外力就可以自动进行的过程。(2)特点。①体系趋向于从状态转变为状态(体系对外部或热量)。②在密闭条件下,体系有从转变为的倾向性(无序