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第3节化学平衡常数 化学反应进行的方向,考纲要求: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。(变化观念与平衡思想) 2.能正确计算化学反应的转化率()。(证据推理与模型认知),考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,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=。 (3)意义及影响因素: K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度。 K只受影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。,化学平衡,K,越大,温度,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(4)应用: 判断可逆反应进行的程度。 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。,QK,反应向反应方向进行。 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 为热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为热反应。,正,平衡,逆,吸,放,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,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: (A)=_ c0(A)代表A的初始浓度,c平(A)代表A的平衡浓度。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (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 (),考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.在一定温度下,1 L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0.1 mol。 (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H(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:均为0.2 molC(s)、H2O为0.2 mol,CO、H2为0.1 mol,判断该反应进行的方向:,。,答案,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向1化学平衡常数的理解及表示方法 例1(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)H=a kJmol-1在温度T1和T2时,分别将0.50 mol CH4和1.2 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中,测得n(CH4)随时间变化数据如下表:,下列说法不正确的是() A.10 min内,T1时v(CH4)比T2时小B.温度:T1T2 C.H:a0D.平衡常数:K(T1)K(T2),答案,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结1.化学平衡常数与具体的化学反应方程式有关,同一类型的化学方程式,化学计量数不同,则K值不同。 2.Q与K的表达式相同,但代入的浓度不一定相同。K的表达式中各物质浓度为平衡浓度,而Q表达式中为任意时刻物质的浓度。 3.在水溶液中进行的可逆反应,水可视为纯液体,不要写入化学平衡常数表达式中;固体也不能写入化学平衡常数表达式中。 4.温度变化与化学平衡常数变化不一定对应。若正反应为吸热反应,升温,K值增大,降温,K值减小;若正反应为放热反应,则相反。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2018陕西西安铁一中学质检)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:,下列叙述正确的是() A.降低温度,总反应K减小 B.K=K1+K2 C.适当升温,可提高消毒效率 D.压强增大,K2减小,答案,解析,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考向2化学平衡的有关计算 例2(2018课标全国,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)H=-75 kJmol-1 C(s)+O2(g)=CO2(g)H=-394 kJmol-1 C(s)+ O2(g)=CO(g)H=-111 kJmol-1 (1)该催化重整反应的H= kJmol-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2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2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mol2L-2。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,解析 (1)将题给三个已知热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,由2可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),则该反应的H=(111 kJmol-1)2(75 kJmol-1)(394 kJmol-1)=+247 kJmol-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2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率为50%,则有,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) 起始浓度/(molL-1) 1 0.5 0 0 转化浓度/(molL-1) 0.25 0.250.5 0.5 平衡浓度/(molL-1) 0.75 0.250.5 0.5 则该温度下,平衡常数为,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,归纳总结(1)计算步骤:,(2)具体方法: 可按下列模式进行计算:如mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a molL-1、b molL-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL-1。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,对点演练 (2017课标全国,28节选)近期发现,H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L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1=%,反应平衡常数K=。 (2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率21,该反应的H(填“”“”或“=”)0。 (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,答案 (1)2.52.8510-3 (2)(3)B,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时,化学反应达到平衡,水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H2S的转化率增大。a2a1;根据题意可知:升高温度,化学平衡向正反应方向移动,根据平衡移动原理:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,故H0。(3)增大H2S的浓度,平衡正向移动,根据勒夏特列原理分析,H2S的转化率应降低,A错误;增大CO2的浓度,平衡正向移动,使更多的H2S反应,所以H2S转化率增大,B正确;COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率降低,C错误;N2是与反应体系无关的气体,充入N2,不能使化学平衡发生移动,所以对H2S的转化率无影响,D错误。,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,化学反应进行的方向 1.自发过程 (1)定义:在一定条件下,不需要借助、等外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点:体系趋向于从能量状态转变为能量状态(体系对外部或能量);在密闭条件下,体系有从序转变为序的倾向性(无序体系更加稳定)。 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。 同一物质的熵:气态(g)液态(l)固态(s)。 (3)熵变=的总熵-的总熵,符号为。,光 电,高,低,做功 放出,有,无,混乱,S,反应产物,反应物,S,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.化学反应方向的判据,降低,增加,熵增,不能自发进行,达到平衡状态,能自发进行,考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,自主练习 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素 () (2)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行 () (3)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应 () (4)2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的H0() (5)反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的H0 () (6)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的H0 (),考点一,考点二,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.下列说法正确的是() A.所有能自发进行的化学反应都是放热反应 B.同一物质固、液、气三种状态的熵值相同 C.H0的反应可自发进行 D.在其他条件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应进行的方向,答案,解析,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,考向化学反应进行的方向的判据 例(2019云南玉溪元江一中高三月考)下列说法正确的是() A.能自发进行的反应一定能迅速发生 B.反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) H=+185.57 kJmol-1能自发进行,是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向 C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据 D.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,答案,解析,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,易错警示反应能否自发进行,需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。 复合判据H-TS0的反应不一定能够实际发生。 自发反应的熵不一定增大,非自发反应的熵也不一定减小。,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,归纳总结焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考点一,考点二,对点演练 下列说法中,正确的是() A.反应产物的总能量大于反应物的总能量时,H0的反应在温度低时不能自发进行 D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,不能改变化学反应进行的方向,答案,解析,2,3,4,1,1,2,3,4,1.(2018安徽铜陵一中期中)对于化学反应能否自发进行,下列说法中错误的是() A.若H0,任何温度下都能自发进行 B.若H0、S0,任何温度下都不能自发进行 C.需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 D.非自发过程在一定条件下可能变成自发过程,答案,解析,1,2,3,4,2.(2017天津理综,6)常压下羰基化法精炼镍的原理为:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 时,该反应的平衡常数K=210-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ,固体杂质不参与反应。 第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4; 第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 制得高纯镍。 下列判断正确的是() A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大 B.第一阶段,在30 和50 两者之间选择反应温度,选50 C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低 D.该反应达到平衡时,v生成Ni(CO)4=4v生成(CO),答案,解析,1,2,3,4,3.某温度下某气体反应达到化学平衡,平衡常数 ,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增加,下列说法正确的是() A.增大c(A)、c(B),K增大 B.降低温度,正反应速率增大 C.该反应的焓变为负值 D.该反应的化学方程式为2E(g)+F(g) A(g)+2B(g),答案,解析,1,2,3,4,4.(2018课标全国,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。反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:,1,2,3,4,(1)由上表判断,催化剂X(填“优于”或“劣于”)Y,理由是。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大,1,2,3,4,(2)在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=kp(CH4)p(CO2)-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。,答案 (1)劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大AD(2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2),1,2,3,4,解析 (1)分析表中数据,对比催化剂X和Y的积碳反应和消碳反应的活化能发现,相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,故催化剂X劣于催化剂Y。积碳反应和消碳反应的H均大于0,升高温度时,平衡正向移动,则K积、K消均增加,A项正确、C项错误;升高温度,v积、v消均增大,B项错误;由图可知,600 时积碳量达到最大值,再升高温度,积碳量逐渐减小,说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,D项正确。(2)由已知条件可知,沉积碳的生成速率与p(CH4)成正比,与p(CO2)成反比,则p(CH4)一定时,p(CO2)越大,积碳量越小,由图可知,p(CO2)的大小关系为pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。,
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