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第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向,考点一化学平衡常数 【基础回顾】 1.概念: 在一定温度下,一个可逆反应达到_,生成物 _与反应物_的比值是一个常数, 用符号K表示。,化学平衡时,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=_,3.意义及影响因素:,越大,越大,【思维诊断】 (正确的打“”,错误的打“”) (1)平衡常数表达式中,物质的浓度可以是任一时刻的浓度。() 提示:。平衡常数表达式中,物质的浓度应是达到平衡状态时的平衡浓度。,(2)化学平衡发生移动,平衡常数一定改变。() 提示:。平衡常数只与温度有关,改变温度引起的化学平衡移动,平衡常数一定改变,其他条件引起的化学平衡发生移动平衡常数不变。,(3) 可逆反应2A(s)+ B(g) 2C(g)+3D(g)的平衡 常数为K= 。() 提示:。固体和纯液体的浓度不变,故不写入平衡常 数的表达式,该反应的平衡常数应为K= 。,(4)对于反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),升高温度,K值减小,则H0。() 提示:。升温,K值减小,说明升温,平衡逆向移动,即H0。,(5)化学平衡常数大的可逆反应的反应物的转化率一定大。() 提示:。在相同条件下,化学平衡常数越大,反应物的转化率越大,但反应物的转化率还与反应物的起始浓度等因素有关。,【典题探究】 角度一 根据题目新信息计算化学平衡常数K 【典题1】(2017江苏高考改编)温度为T1时,在三个 容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应: 2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g) (正反应吸热)。实验测得: v(正)=v(NO2)消耗 = k正c2(NO2 ),v(逆)= v(NO)消耗,=2v (O2 )消耗= k逆c2 (NO)c(O2 ),k正、k逆为速率常数,受温度影响。 下列说法正确的是 () 导学号79100110,A.T1时该反应的平衡常数K=0.4 B.容器向逆反应方向达到平衡 C.达到平衡时,容器中NO的体积分数大于50% D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2T1,【解析】选D。A项,容器中平衡时, c(O2)= 0.2 molL-1,则c(NO)=20.2 molL-1= 0.4 molL-1,c(NO2)= 0.6 molL-1-20.2 molL-1 =0.2 molL-1,则平衡常数K=0.8,错误;B项,中反应 开始时Qc0.560.8,反应向正反应方向进行,错误;C 项, 若容器在某时刻,NO的体积分数为50%,设反应 中c(O2)减小了a molL-1,2NO2(g) 2NO(g)+ O2 (g) 起始(molL-1)00.50.35 转化(molL-1)2a2aa 平衡(molL-1)2a0.5-2a0.35-a,则0.5-2a=2a+(0.35-a),a=0.05,此时Qc= =4.8K,反应继续向逆反应方向进行,NO进一步减少, 达到平衡的NO的体积分数小于50%,错误;D项,容器 中,T1时,平衡常数为K=0.8,T2时,k正=k逆,反应达平衡 时,v(正)=v(逆),即k正c2(NO2)=k逆c2(NO)c(O2),得,c2(NO2)=c2(NO)c(O2),K= =1,平衡常数 增大,反应正向移动,该反应为吸热反应,则应升高温 度,即T2T1,正确。,【母题变式】 (1)T1时,2NO(g)+O2 (g) 2NO2(g)的平衡常数 =_。 提示:正、逆反应的平衡常数互为倒数,2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g)的平衡常数为0.8,2NO(g)+O2 (g) 2NO2(g)的平衡常数= =1.25。,(2)容器、中,NO2的转化率:_(选填“”“。容器中平衡时, NO2的转化率为 若容器中NO2的转化率也为 ,2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g) 起始(molL-1)0.30.50.2 转化(molL-1)0.20.20.1 平衡(molL-1)0.10.70.3 Qc=14.7K=0.8,反应向逆反应方向进行,NO2增加,NO2 的转化率减小。,【归纳提升】化学平衡常数的三大应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度。 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:K值越大,反应进行的程度越大;一般来说,K105时认为反应进行比较完全。,(2)判断正在进行的可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡。,(3)判断可逆反应的反应热。,角度二 “三段式”法计算化学平衡常数 【典题2】(2018宜春模拟)N2O5是一种新型硝化剂,一定温度下发生2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H0 ,T1温度下的部分实验数据如表,则下列说法错误的是导学号79100111(),A.500 s内N2O5分解速率为2.9610-3molL-1s-1 B.T1温度下的平衡常数为K1=125,1 000 s时转化 率为50% C.其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 molL-1，则T1T2，则K1K2,【探微题眼】,【解析】选C。2N2O5(g) 4NO2(g)+ O2(g) 起始浓度(molL-1)5.00 0 0 变化浓度(molL-1)1.48 2.960.74 500 s浓度(molL-1)3.52,所以,500 s内N2O5分解速率为 =2.96 10-3molL-1s-1,A正确;T1温度下1 000 s时转化率 若为50%,则,2N2O5(g) 4NO2(g)+ O2(g) 起始浓度(molL-1)5.00 0 0 变化浓度(molL-1)2.50 5.00 1.25 平衡浓度(molL-1)2.50 5.00 1.25,则K1= =125,B正确;其他条件不变时,T2温度 下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 molL-1, 比T1温度下浓度高,则说明在温度为T2时,平衡向逆反 应方向移动,因正反应方向为吸热反应,所以降温平衡 将向放热反应方向即逆反应方向移动,C错误;升高温 度平衡正向移动,K增大,D正确。,【归纳提升】 “三段式法”赢定化学平衡计算问题 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意清楚有条理地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。,(1)计算步骤。,(2)注意事项。 注意反应物和生成物的浓度关系:反应物:c(平)= c(始)-c(变);生成物:c(平)=c(始)+c(变)。 利用(混)= 计算时要注意m(总) 应为气体的质量,V应为反应容器的体积,n(总)应为气 体的物质的量。,起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数比,这是计算的关键。,(3)化学平衡常数计算“四要求”。 有关K的计算要明确题目要求,一般有四种情况: 写出K的表达式只要求写出化学平衡常数的表达式。 写出K的计算式只要求写出K的计算式而不要求计算结果。,列式计算K写出K的计算式(计算过程)并求出最后计算结果。 求K的数值只要直接给出K的计算结果即可。 另外,还要注意看计算时是否要求带单位,若无特别要求,一般不用带单位。,【题组过关】 1. (RJ选修4P32改编题)某温度下,将2 mol A和 4 mol B充入体积为1 L密闭容器中,发生反应:A(s) +3B(g) C(g),5 min后达到平衡,B的浓度为 1 molL-1,则下列叙述正确的是导学号79100112(),A.平衡常数的表达式为K= B.5 min内v(A)=0.2 molL-1min-1 C.B的转化率为75% D.增大压强,该反应向正反应方向进行,平衡常数增大,【解析】选C。固体和纯液体的浓度不变,故不写入平衡常数的表达式,不能表示化学反应速率,A、B错误;达到平衡时,B的浓度为1 molL-1,则B的转化量为 3 mol,B的转化率=(3 mol4 mol)100%=75%,C正确;平衡常数只与温度有关,增大压强,该反应向正反应方向进行,但平衡常数不变,D错误。,2.(2018福州模拟)某温度下2 L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示,下列说法正确的是导学号79100113(),A.该温度下,此反应的平衡常数表达式是K= B.其他条件不变,升高温度,若W的体积分数减小,则此 反应H0 C.其他条件不变,使用催化剂,正、逆反应速率和平衡 常数均增大,平衡不移动 D.其他条件不变,当密闭容器中混合气体密度不变时, 表明反应已达到平衡,【解析】选B。由表知,X、Y是反应物,W是生成物,且n(X)n(Y)n(W)=213,化学方程式为 2X+Y 3W,反应的平衡常数表达式是K= , A错误;升高温度,若W的体积分数减小,说明平衡向逆 反应方向移动,则此反应的H0,B正确;使用催化剂, 平衡常数不变,C错误;混合气体密度一直不变,密度不 变不能说明反应已达到平衡,D错误。,3.(2018聊城模拟)利用醋酸二氨合铜Cu(NH3)2Ac 溶液吸收CO,能达到保护环境和能源再利用的目的,反 应方程式为Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3AcCO。 已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示:,下列说法正确的是导学号79100114() A.上述正反应为吸热反应 B.15 时,反应Cu(NH3)3AcCO Cu(NH3)2Ac +CO+NH3的平衡常数为210-5 C.保持其他条件不变,减小压强,CO的转化率升高 D.醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO的吸收没有影响,【解析】选B。根据提供数据,温度降低,平衡常数增 大,说明温度降低,平衡向正反应方向移动,则正反应 方向为放热反应,A项错误;Cu(NH3)3AcCO Cu(NH3)2Ac+CO+NH3为Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3AcCO的逆反应,平衡常数互为倒数,则 15 时Cu(NH3)3AcCO Cu(NH3)2Ac+CO+NH3的,平衡常数K= =210-5,B项正确;减小压强,平衡 逆向移动,CO的转化率降低,C项错误;增大醋酸二氨合 铜溶液的浓度,平衡向正反应方向移动,有利于CO的吸 收,D项错误。,4.(2018桐城模拟)已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g)H0,请回答下列问题: (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)= 1 molL-1,c(N)=2.4 molL-1;达到平衡后,M的转化 率为60%,此时N的转化率为_。,(2)若反应温度升高,M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)= 4 molL-1,c(N)=a molL-1;达到平衡后,c(P)= 2 molL-1,a=_。,(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N) =b molL-1,达到平衡后,M的转化率为_。,【解析】(1)M(g)+N(g) P(g)+Q(g) 始态/molL-1 1 2.4 0 0 变化量/molL-1 160% 160% 因此N的转化率为 100%=25%。,(2)由于该反应的H0,即该反应为吸热反应,因此升 高温度,平衡右移,M的转化率增大。 (3)根据(1)可求出各平衡浓度: c(M)=0.4 molL-1,c(N)=1.8 molL-1,c(P)= 0.6 molL-1,c(Q)=0.6 molL-1, 因此化学平衡常数K=,由于温度不变,因此K不变,新状态达到平衡后 c(P)=2 molL-1c(Q)=2 molL-1 c(M)=2 molL-1c(N)=(a-2) molL-1 K= 解得a=6。,(4)设M的转化率为x,则达到平衡后各物质的平衡浓度 分别为c(M)=b(1-x) molL-1c(N)=b(1-x) molL-1c(P)=bx molL-1c(Q)=bx molL-1 K= 解得x41%。 答案:(1)25%(2)增大(3)6(4)41%,【加固训练】 某温度T1时,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入一定 量的H2和I2(g),发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),反 应过程中测定的部分数据见下表(表中t2t1)。,下列说法正确的是() A.反应在t1 min内H2的平均速率为v(H2)= molL-1min-1 B.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2, 与原平衡相比,达到新平衡时I2(g)转化率增大,H2 的体积分数不变,C.保持其他条件不变,起始时向容器中充入的H2和I2(g)都为0.5 mol,达到平衡时n(HI)=0.2 mol D.升高温度至T2时,上述反应平衡常数为0.18,则正反应为吸热反应,【解析】选C。由表中数据可知,t1 min内参加反应的 H2的物质的量为0.9 mol-0.8 mol=0.1 mol,故v(H2)= molL-1min-1,故A错误;保持其他条 件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2,与原平衡相 比,H2的体积分数增大,H2的浓度增大,平衡正向移动, 故I2(g)转化率增大,故B错误;,t1时,H2(g)+I2(g) 2HI(g) 起始/mol 0.9 0.3 0 转化/mol 0.1 0.1 0.2 平衡/mol 0.8 0.2 0.2 平衡常数K=,t2时, H2(g)+ I2(g) 2HI(g) 起始/mol 0.5 0.5 0 转化/mol x x 2x 平衡/mol 0.5-x 0.5-x 2x,K= =0.25,解得x=0.1,故平衡时 n(HI)=0.1 mol2=0.2 mol,故C正确;升高温度至T2 时,上述反应平衡常数为0.180.25,说明升高温度,平 衡逆向移动,故正反应为放热反应,故D错误。,考点二化学反应进行的方向 【基础回顾】 1.自发过程: (1)含义:在一定条件下,不需要借助光、电等外力作 用就能自动进行的过程。,(2)特点:,高,低,有,无,2.熵、熵变: (1)熵是量度体系_程度的物理量,符号为_。 (2)影响熵大小的因素。 相同条件下,物质不同熵不同。 同一物质:S(g)_S(l)_S(s)。 (3)熵变=生成物的总熵-反应物的总熵。,混乱,S,3.化学反应方向的判据:,降低,增大,能自发进行,达到平衡状态,不能自发进行,【思维诊断】(正确的打“”,错误的打“”) (1)凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的。() 提示:。有些吸热反应也是自发的,如碳酸铵的分解反应。,(2)自发过程的熵一定增大,非自发过程的熵一定减小。() 提示:。不一定,如-10 时液态水能自动结冰为固态就是一个熵减的过程。,(3)NH4HCO3(g)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) H=+185.57 kJmol-1能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向。() 提示:。从焓判据的角度分析该反应不能自发进行,但该反应能自发进行的原因是该反应熵增。,(4)放热过程有自发进行的倾向性,但并不一定能自发进行,吸热过程没有自发进行的倾向性,但在一定条件下也可自发进行。() 提示:。自发反应的发生,有时也需要条件引发,如木炭的燃烧需要点燃。,(5)H0的反应在温度低时不能自发进 行。() 提示:。H0,H-TS一定小于0,反应一定能够自发进行。,(6)在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,可以改变化学反应进行的方向。() 提示:。使用催化剂,只能改变反应的速率,不能改变化学反应进行的方向。,【题组过关】 1.(2018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H0,【解析】选C。A项,非自发反应在一定条件下也能发生,自发反应进行的也不一定较快,错误;B项,石墨转化为金刚石,H0,该反应是非自发进行的化学反应,错误;C项,焓判据和熵判据组合而成的复合判据,只要G=H-TS0,反应就不能自发进行,正确;D项,反应NH3(g)+HCl(g) =NH4Cl(s)在低温下能自发进行,G=H-TS0,从方程式知TS0,说明H0,错误。,2.(1)判断下列反应的熵值的变化,在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。 2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)_。 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)_。 (NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) _。,Cu(s)+Cl2(g) CuCl2(s)_。 将少量KNO3晶体溶解于水中_。,(2)已知下列数据:CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s)H=-401.9 kJmol-1 用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体_(填“能”或“否”)防止SO3污染环境。,【解析】(1)判断熵值变化的依据是同温同压下,气态熵值液态熵值固态熵值,状态都是气态时,看物质的量的多少,物质的量越多,熵值越大。故减小,无明显变化,增加,减小;KNO3溶于水时,自由移动离子数目增多,因此熵值变大。,(2)根据已知数据求得S=107.0 J mol-1 K-1- 39.75 Jmol-1K-1-256.65 Jmol-1K-1= -189.4 Jmol-1K-1,H -TS=-401.9 kJmol-1 -298 K(-189.410-3 kJmol-1K-1)= -345.46 kJmol-1,所以反应在常温下能自发进行。令 H-TS=0,可求得T=2 122 K,即反应的转折温度较,高,因此用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境是可行的。 答案:(1)减小无明显变化增加减小 增加(2)能,【加固训练】 1.下列有关说法不正确的是() A. Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行 B.某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应,C.2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的H0 D.反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的H0,【解析】选C。根据H-TS0)反应能自发进行。A项,熵增的放热反应能自发进行,正确;B项,吸热反应H0,能自发进行H-TS0,正确;C项,常温下能自发进行,则该反应的H0,错误;D项,该反应是熵减的反应S0,在室温下可自发进行,则该反应的H0,正确。,2. 某化学反应其H=-122 kJmol-1,S= 231 Jmol-1K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行() A.在任何温度下都能自发进行 B.在任何温度下都不能自发进行 C.仅在高温下自发进行 D.仅在低温下自发进行,【解析】选A。反应自发进行,因G=H-TS= -122 kJmol-1-T23110-3 kJmol-1K-10,则T取任意温度。,
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