2018届一轮复习人教版化学平衡常数化学反应进行的方向学案(1)

2018届一轮复习人教版化学平衡常数化学反应进行的方向学案(1)

第七单元　化学反应速率与化学平衡 第三课时　化学平衡常数　化学反应进行的方向 考纲解读：‎ ‎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．了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。‎ 考点一 化学平衡常数及其应用 自主梳理：‎ ‎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＝。‎ ‎(3)意义：化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度。‎ K 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物浓度 反应物转化率 越大 越大 越大 越小 越大 越小 越小 越小 越大 越小 一般地说，当K>105时，就认为反应基本进行完全了，当K<10－5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。‎ ‎3．平衡转化率：对于一般的化学反应：aA＋bBcC＋dD，达到平衡时反应物A的转化率为α(A)＝×100%＝×100%[c0(A)为A的初始浓度，c(A)为平衡时A的浓度]。‎ ‎4．化学平衡常数的三种应用 ‎(1)利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度，K值越大，反应进行的程度越大。‎ ‎(2)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向，对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：＝Qc，称为浓度商。‎ Qc ‎(3)利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热 反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。‎ ‎【深度思考】‎ ‎1．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？‎ ‎【答案】温度升高化学平衡常数的变化要视具体反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。‎ ‎2．对于N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　K1‎ ‎2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　K2‎ 试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系___________________________________。‎ ‎【答案】K1＝　K2＝　K1＝ 例1、在某温度下，可逆反应mA＋nBpC＋qD的平衡常数为K，下列说法正确的是(　　) ‎ A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 C．K随反应物浓度的改变而改变 D．K随温度和压强的改变而改变 ‎【答案】A ‎【解析】K是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，显然，K越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大，A项正确、B项错误；K只受温度的影响，故C、D项错误。‎ ‎【发散类比1】已知反应A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)的平衡常数和温度的关系如下：‎ 温度/℃‎ ‎70‎ ‎80‎ ‎83‎ ‎1 000‎ ‎1 200‎ 平衡常数 ‎1.7‎ ‎1.1‎ ‎1.0‎ ‎0.6‎ ‎0.4‎ 现有两个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1 mol A和1 mol B，在Ⅱ中充入1 mol C和1 mol D,800 ℃条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是(　　) ‎ A．容器Ⅰ、Ⅱ中的压强相等 B．容器Ⅰ、Ⅱ中反应的平衡常数相同 C．该反应的正反应是放热反应 D．容器Ⅰ中A的浓度比容器Ⅱ中的小 ‎【答案】C ‎【解析】由题中平衡常数与温度的关系可得该反应的正反应是放热反应，C正确；由于反应体系是绝热体系，则容器Ⅰ达到平衡时的温度比容器Ⅱ高，故其平衡常数小，平衡时压强大，A、B错误；容器Ⅰ比容器Ⅱ 温度高，故平衡时A的浓度容器Ⅰ大于容器Ⅱ，D错误。‎ ‎【归纳总结】化学平衡常数热点归纳 ‎(1)化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系 对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K正＝。若化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。两反应加和，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积；两反应相减，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。‎ ‎(2)化学平衡常数与物质状态的关系 由于固体或纯液体的浓度视为常数1，所以在平衡常数表达式中不再写出。‎ ‎(3)化学平衡常数与平衡移动的关系 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。‎ 例2、在体积为‎1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：‎ T/℃‎ ‎700‎ ‎800‎ ‎850‎ ‎1 000‎ ‎1 200‎ K ‎0.6‎ ‎0.9‎ ‎1.0‎ ‎1.7‎ ‎2.6‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。‎ ‎(2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为________________________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。‎ ‎【答案】(1)正反应　(2)‎850 ℃‎　向正反应方向进行中 ‎【解析】(1)由表格数据，可知随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为‎850 ℃‎，此温度下＝<1.0，故反应向正反应方向进行中。‎ ‎【发散类比2】已知反应A(g)＋3B(g) 2C(g)在一定温度下达到平衡，各物质的平衡浓度分别为c(A)＝2.0 mol/L、c(B)＝2.0 mol/L、c(C)＝1.0 mol/L。则：‎ ‎(1)该反应的平衡常数表达式为________。‎ ‎(2)该反应的平衡常数的值为________。‎ ‎(3)若某时刻各物质的浓度分别为c(A)＝3.0 mol/L，c(B)＝2.0 mol/L，c(C)＝2.0 mol/L，则该时刻v正_________________________v逆(填“>”“＝”或“<”)。‎ ‎【答案】(1)K＝　(2)　(3)<‎ ‎【归纳总结】利用K和Qc判断反应方向 对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Qc＝，有：‎ 考点二 化学反应进行的方向 自主梳理：‎ ‎1．自发过程 ‎(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用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：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。‎ ‎3．判断化学反应方向的依据 ‎(1)焓判据：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。‎ ‎(2)熵判据 ‎①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。‎ ‎②熵和熵变的含义 a．熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。‎ 同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。‎ b．熵变的含义：熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。‎ ‎(3)复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔH－TΔS ‎【深度思考】判断正误(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(　　)‎ ‎②自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小(　　)‎ ‎③反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0(　　)‎ ‎④焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素(　　)‎ ‎⑤焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据(　　)‎ ‎⑥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(　　)‎ ‎⑦反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响(　　)‎ ‎【答案】①×　②×　③×　④　⑤×　⑥√　⑦√‎ 例3、实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 (　　)‎ A．所有的放热反应都是自发进行的 B．所有的自发反应都是放热的 C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 ‎【答案】C ‎【发散类比3】下列反应中，熵显著增加的反应是(　　) ‎ A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)‎ B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑‎ C．2CO(g)＋O2===2CO2(g)‎ D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)‎ ‎【答案】B ‎【归纳总结】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ‎－‎ ‎＋‎ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ‎＋‎ ‎－‎ 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ‎＋‎ ‎＋‎ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 ‎－‎ ‎－‎ 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 考点三 “三段式”突破化学平衡的综合计算 ‎“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．步骤 ‎2．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 mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。‎ ‎　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)‎ 起始(mol·L－1) a b 0 0‎ 变化(mol·L－1) mx nx px qx 平衡(mol·L－1) a－mx b－nx px qx 相关计算：‎ ‎①平衡常数：K＝。‎ ‎②A的平衡转化率：α(A)平＝×100%。‎ ‎③A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：‎ w(A)＝×100%。‎ ‎④v(A)＝。‎ ‎⑤混合气体的平均密度：混＝。‎ ‎⑥混合气体的平均相对分子质量：＝。‎ ‎⑦＝。‎ 例4、羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1‎ 反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是(　　)‎ A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应 B．通入CO后，正反应速率逐渐增大 C．反应前H2S物质的量为7 mol D．CO的平衡转化率为80%‎ ‎【答案】C ‎【解析】A.升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，故不正确。B.通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，故不正确。C.设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为‎1 L，列“三段式”进行解题：‎ ‎ CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)‎ 起始物质的量浓度(mol·L－1)　　10　　　a 转化物质的量浓度(mol·L－1)　　2　　　2　　　　 2　　　2‎ 平衡物质的量浓度(mol·L－1)　　8　　　a－2　　　　2　　 　2‎ 化学平衡常数K＝＝0.1，解得a＝7，故正确。‎ D．CO的平衡转化率为×100%＝20%，故不正确。‎ ‎【发散类比4】COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线未标出)：‎ ‎(1)计算反应在第8 min时的平衡常数K＝________；‎ ‎(2)若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________mol·L－1。‎ ‎【答案】(1)0.234　(2)0.031‎ ‎【归纳总结】有关化学平衡计算的三点注意事项 ‎(1)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)。‎ ‎(2)利用混＝和＝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。‎ ‎(3)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。‎