2021高考化学一轮复习 第7章 化学反应速率和化学平衡 第3节 化学平衡常数 化学反应进行的方向教

1第三节化学平衡常数化学反应进行的方向考纲定位要点网络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mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝cpcqcmcn。实例①Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－K＝cHClO·cH＋·cCl－cCl2。②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)K＝cCO·cH2cH2O。③CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－K＝cHCO－3·cOH－cCO2－3。④CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)K＝c(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。2(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＝c2c3c2c。()(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________。[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(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)0.1(2)(3)正反应0.1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＝cpcmcnD．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B．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＝c2cc3、K2＝c22cc3、K＝c32c23＝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。]3．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5×10421.9×10－5下列说法正确的是()4A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应B．25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为0.5C．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D[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，故错误；B项，Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K1＝c4]c4，Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K2＝c4c4]，K2＝1K1＝15×104＝2×10－5，故错误；C项，化学平衡常数为0.50.54＝82，因此温度低于80℃，故错误；D项，此时Qc＝0.30.30.30.34＝1K＝2，正向进行，v正v逆，故正确。]化学平衡常数的两大应用(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。5(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“＝”)(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．N2[思路点拨](1)第一步：写方程式，列三段式H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)n(始)/mol0.400.1000Δn/molxxxxn(平)/mol0.40－x0.10－xxx第二步：列方程，求未知量x－x＋mol－x＋x＋x＝0.02解得：x＝0.01mol第三步：明确问题，规范答案H2S的平衡转化率α1＝Δn2n始2×100%＝0.01mol0.40mol×100%＝2.5%。K＝cc2c2c2＝0.012.5×0.012.50.40－0.012.5×0.10－0.012.5＝1351≈2.8×10－3。(2)w(H2O)＝0.03＞0.02⇒升温，平衡右移⇒ΔH＞0。(3)两种反应物，增大一种反应物浓度，平衡右移，另一反应物转化率增大，自身转化率减小。增大生成物浓度，平衡左移，转化率减小。[答案](1)2.52.8×10－3(2)＞(3)B(1)610K时，CO2的平衡转化率为________，比H2S的平衡转化率________。(2)610K时，2H2S(g)＋2CO2(g)2COS(g)＋2H2O(g)的平衡常数K′与K的关系为________。(3)620K时，化学平衡常数K约为________，比610K时的平衡常数K________。[答案](1)10%大(2)K′＝K2(3)6.9×10－3大“三段式”突破化学平衡的综合计算模板6已知反应：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－1ab00变化/mol·L－1mxnxpxqx平衡/mol·L－1a－mxb－nxpxqx相关计算：①平衡常数：K＝pxpqxqa－mxmb－nxn。②A的平衡转化率：α(A)平＝mxa×100%。③A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：w(A)＝a－mxa－mx＋b－nx＋px＋qx×100%。④v(A)＝mxt。⑤混合气体的平均密度：ρ混＝m总V。注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。4．某温度下，2L密闭容器中，使CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)中的所有物质均为气态，反应过程中部分数据见下表。反应时间n(CO2)/moln(H2)/moln(CH3OH)/moln(H2O)/mol0min260010min4.520min130min1(1)前10min内的平均反应速率v(CH3OH)＝____mol/(L·min)。(2)该温度下，该反应的平衡常数为________。(3)在相同条件下，向另一个容积为2L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为amol、bmol、cmol、dmol，要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则d的取值范围为________。[解析](1)10min内消耗1.5molH2，则v(H2)＝1.5mol2L×10min＝0.075mol/(L·min)，根据化学计量数的关系可知v(CH3OH)＝13v(H2)＝0.025mol/(L·min)。(2)根据表格中数据7并结合三段式法可知20min时反应已达到平衡状态，平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5mol·L－1、1.5mol·L－1、0.5mol·L－1和0.5mol·L－1，则平衡常数K＝0.5×0.50.5×1.53＝427。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡为等效平衡，且起始时反应逆向进行，可知d应大于1，根据化学计量数进行转换，可知H2O的最大量为2mol，即d应满足的范围是1d≤2。[答案](1)0.025(2)427(3)1d≤25．(2019·甘肃名校联考)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向2L密闭容器中加入足量的活性炭和2.0molNO，发生反应C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH0。在600K时，测得反应进行到不同时间各物质的浓度如图所示。(1)10～20min内，用活性炭表示的平均反应速率为________g·min－1。600K时，该反应的平衡常数K＝________，NO的平衡转化率α＝________。(2)30min时，只改变了一个条件，该条件可能为________。(3)保持反应条件与前30min的相同，若第30min时向容器中同时加入1molN2和1molNO，则此时v正______(填“大于”“小于”“等于”或“无法确定”)v逆。[解析](1)由图可知10～20min内，Δc(NO)＝(0.68－0.5)mol·L－1＝0.18mol·L－1，Δn(NO)＝0.18mol·L－1×2L＝0.36mol，故10～20min内，Δn(C)＝0.18mol，Δm(C)＝0.18mol×12g·mol－1＝2.16g，故v(C)＝2.16g10min＝0.216g·min－1。由图可以看出，20min至30min内，反应处于平衡状态，c(NO)＝0.5mol·L－1，c(N