2021版新高考化学一轮复习 第6章 化学反应的速率、限度与方向 第3节 化学反应的方向 化学平衡常

1第3节化学反应的方向化学平衡常数课标解读要点网络1.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2．能正确计算反应的平衡转化率(α)。3．了解化学反应进行的方向判断。化学反应进行的方向1．自发过程(1)含义在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量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(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。2．自发反应在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的反应称为自发反应。注意：自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。3．熵与熵变(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。(2)熵变：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。(3)常见的熵增过程①同一种物质由固态到液态再到气态：S(g)S(l)S(s)。②反应后气体物质的量增加的反应。③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。4．化学反应方向的判定(1)判据2焓判据放热过程中体系能量降低，ΔH0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故焓变只是影响反应方向的一种因素熵判据体系的混乱度增加(即熵增)，ΔS0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减的过程也能自发进行，故熵变只是影响反应方向的一种因素复合判据ΔH－TΔS0，反应不能自发进行＝0，反应达到平衡状态0，反应能自发进行(2)一般规律①ΔH0，ΔS0的反应任何温度下都能自发进行；②ΔH0，ΔS0的反应任何温度下都不能自发进行；③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH0，ΔS0时，低温下反应能自发进行；当ΔH0，ΔS0时，高温下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的系数大小。[基础判断](1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行。()(2)CaCO3CaO＋CO2↑高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。()(3)－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。()(4)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH0，在任何温度下均能自发进行。()(5)ΔH0，ΔS0的反应在低温下可能自发进行。()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×(5)√命题点化学反应进行方向的分析1．(2019·西安模拟)下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是()A．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程D．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在低温下能自发进行，说明该反应的ΔH0C[A项，反应的自发进行与反应的可能发生不是一致的；B项，自发的化学反应是指不受外力作用能发生的反应，石墨转化为金刚石需在高压条件下进行，该反应不是自发的反应；D项，低温时能自发的反应为ΔH0。]2．反应2AB(g)===C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的ΔH、ΔS应为()3A．ΔH0，ΔS0B．ΔH0，ΔS0C．ΔH0，ΔS0D．ΔH0，ΔS0[答案]C3．下列有关说法不正确的是________(填字母)。A．C3H6(g)＋NH3(g)＋32O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515kJ·mol－1和C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353kJ·mol－1两个反应在热力学上趋势均很大B．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行C．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH0E．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH0F．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH0G．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH0、ΔS0[答案]DF4．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)已知该反应的ΔH0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________________________________________________。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“”“”或“＝”)。[解析](1)2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应。根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH0。[答案](1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)化学平衡常数1．化学平衡常数(1)概念：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，用符号K表示。(2)表达式：对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，K＝[C]c[D]d[A]a[B]b。实例4①Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－K＝[HClO][H＋][Cl－][Cl2]。②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝[CO][H2][H2O]。③CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－K＝[HCO－3][OH－][CO2－3]。④CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)K＝[CO2]。(3)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般地说，当K105时就认为反应完全，当K10－5时认为反应很难进行。2．平衡常数的影响因素对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。(1)对于吸热反应，升高温度，K值增大。(2)对于放热反应，升高温度，K值减小。注意：①即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律；②平衡常数改变，平衡一定移动，温度一定改变。[基础判断](1)可逆反应2A(s)＋B(g)2C(g)＋3D(g)的平衡常数为K＝[C]2[D]3[A]2[B]。()(2)可逆反应的正、逆两反应方向的ΔH与K互为相反数。()(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3ΔH0反应，降温和加压均右移，平衡常数均增大。()(4)在一定温度下，SO2(g)＋12O2(g)SO3(g)与2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的K值相同。()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×[知识应用]1．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K12NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K2NH3(g)12N2(g)＋32H2(g)K3则K1与K2的关系为________，K2与K3的关系为________，K3与K1的关系为________。5[答案]K1·K2＝1K2＝K23(或K3＝K122)K1＝1K23(或K1·K23＝1)2．已知下列反应在某温度下的平衡常数：H2(g)＋S(s)H2S(g)K1S(s)＋O2(g)SO2(g)K2则在该温度下反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为________。[答案]K1K23．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________0(填“”或“”)。(3)该温度下，再充入0.1molH2O(g)，平衡向________方向移动，该反应的平衡常数K′＝________。[答案](1)0.1mol·L－1(2)(3)正反应0.1mol·L－1命题点1化学平衡常数及其应用1．T℃时可逆反应mA(g)＋nB(s)pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是()A．K值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大B．若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大C．K＝[C]p[A]m[B]nD．如果m＋n＝p，则K＝1[答案]A2．(2019·西安市铁一中学质检)O3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6B．K＝K1＋K2C．适当升温，可提高消毒效率D．压强增大，K2减小C[降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝[O2][[O]][O3]、K2＝[O2]2[[O]][O3]、K＝[O2]3[O3]2＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，[[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。]3．(双选)在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。温度/℃2580230平衡常数/L3·mol－35×10421.9×10－5下列说法正确的是()A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B．25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5mol3·L－3C．在某条件下达到平衡，测得Ni(CO)4、CO浓度均为0.5mol·L－1，则此时温度高于80℃D．80℃时，在相同容器中充入0.3molCO和0.3molNi(CO)4，同时加入足量Ni，此时v正v逆AD[A项，化学平衡常数只受温度的影响，根据表格中数据，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应是放热反应，故正确；B项，Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K1＝[Ni(CO)4][CO]4，Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K2＝[CO]4[Ni(CO)4]，K2＝1K1mol3·L－3＝15×104mol3·L－3＝2×10－5mol3·L－3，故错误；C项，化学平衡常数为0.50.54L3·mol－3＝8L3·mol－32L3·mol－3，因此温度低于80℃，故错误；D项，此时Qc＝(0.30.3)(0.30.3)4L3·mol－3＝1L3·mol－3K＝2L3·mol－3，正向进行，v正v逆，故正确。]化学平衡常数的两大应用7(1)判断可逆反应的反应热。升高温度K值增大→正反应为吸热反应，ΔH0K值减小→正反应为放热反应，ΔH0降低温度K值增大→正反应为放热反应，ΔH0K值减小→正反应为吸热反应，ΔH0(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应方向。(Qc与K的表达式相同)命题点2“三段式”突破K、α的有关计算[典例导航](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。(1)H2S的平衡转化率α1＝____