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文档介绍
2019届一轮复习人教版化学平衡常数化学反应进行方向学案
第3讲 化学平衡常数 化学反应进行方向 考纲要求 1.理解化学平衡常数的含义并能进行简单计算。 2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。 3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据,能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学方向的方向。 考点一 化学平衡常数及其应用 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,这个常数就是该反应的化学平衡常数,用符号K表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应:mA+nBpC+qD,在一定温度下达到平衡时:K=。 3.意义 平衡常数表明在一定条件下反应进行的程度。K越大,表示反应进行的程度越大。 4.影响因素 K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (1)对于放热反应:升高温度,K值减小;反之K值增大。 (2)对于吸热反应:升高温度,K值增大;反之K值减小。 5.化学平衡常数的应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度:K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向:对于可逆反应:mA(g)+nB(0)pC(g)+qD(g),若浓度商Qc=,则 (3)判断可逆反应的热效应 升高温度降低温度 (4)计算反应物的转化率 利用平衡常数可计算出平衡时某些反应物的浓度,结合其初始浓度可以计算其转化率:α(A)=×100%。 【多维思考】 1.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。 提示:K1=、K2=、K1= 2.对于一个可逆反应,化学计量数扩大或缩小,化学平衡常数表达式是否改变?是什么关系?转化率是否相同?试举例说明。 提示:对于一个可逆反应,化学计量数不一样,化学平衡常数表达式也不一样,但对应物质的转化率相同。例如: (1)aA(g)+bB(g)cC(g),K1=; (2)naA(g)+nbB(g)ncC(g),K2=; 则K2=Kn1=K1=。 1.化学平衡常数的理解 (1)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。 (2)与反应热的关系 一般情况下: (3)与物质状态的关系 由于固体或纯液体浓度视为一常数,所以在平衡常数表达式中不再写出。 ①稀溶液中进行的反应,如有水参加反应,由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中; ②非水溶液中进行的反应,若有水参加或生成,则应出现在表达式中。如: CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l)CH2COOCH2CH3(l)+ H2O(l) K= 2.化学平衡常数的应用 (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 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物的浓度 反应物转化率 越大 越大 越大 越小 越高 越小 越小 越小 越大 越低 (2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡,若不平衡时向何方向进行。 对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若浓度商Qc=,则将浓度商和平衡常数作比较可得可逆反应所处的状态。 (3)判断可逆反应的反应热 升高温度,若K值增大,则正反应为吸热反应;若K值减小,则正反应为放热反应。 (4)利用一定温度下一个可逆反应的平衡常数,求平衡时某组分的浓度或反应物的转化率。(见教材例题) 3.相关计算 (1)步骤 ①写出有关化学平衡的方程式。 ②确定各物质的起始量、转化量、平衡量。 ③根据已知条件建立等式关系进行解答。 (2)模式(“三段式”) 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、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 起始(mol/L) a b 0 0 变化(mol/L) mx nx px qx 平衡(mol/L) a-mx b-nx px qx K= (3)说明 ①反应物:c(平)=c(始)-c(变) 生成物:c(平)=c(始)+c(变) ②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。 ③转化率=×100%。 考向一 平衡常数的含义 1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 则4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示)。 解析:K1=,K2=, K=,所以K=。 答案: 2.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示: t/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式为K=________。 (2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________℃。 (4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。 (5)830 ℃时,容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积。平衡________(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。 答案:(1) (2)吸热 (3)700 (4)等于 (5)不 考向二 化学平衡常数的应用 3.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示: 化学反应 平衡常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) K3 (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=____________________(用K1、K2)表示。 (2)反应③的ΔH________(填“>”或“<”)0。 答案:(1)K1·K2 (2)< 4.在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3,发生反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示,图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线,B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题: (1)该反应正反应为________(填“吸”或“放”)热反应,温度为T5 ℃时,该反应耗时40 s达到平衡,则T5℃时,该反应的平衡常数数值为________。 (2)如果该反应的平衡常数K值变大,该反应________(选填字母)。 a.一定向逆反应方向移动 b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小 c.一定向正反应方向移动 d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大 (3)请说明随温度的升高,曲线B向曲线A逼近的原因: ______________________________________________________。 (4)保持温度、体积不变,充入CO2气体,则CaCO3的质量________,CaO的质量________,CO2的浓度________(填“增大”,“减小”或“不变”)。 (5)在T5℃下,维持温度和容器体积不变,向上述平衡体系中再充入0.5 mol N2,则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为________g。 答案:(1)吸 0.2 (2)bc (3)随着温度升高,反应速率加快,达到平衡所需要的时间变短 (4)增大 减小 不变 (5)10 考向三 平衡常数与转化率的关系 5.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% 解析:A项,升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应吸热,正反应放热,错误;B项,通入CO气体瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建立新的平衡,正反应速率开始减小,错误;C项,设反应前H2S的物质的量为n mol,容器的容积为1 L,则 CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1 10 n 0 0 2 2 2 2 8 n-2 2 2 因为该反应是反应前后气体体积不变的反应,所以有K==0.1,解得n=7,正确;D项,根据上述计算可知CO的转化率为20%,错误。 答案:C 6.已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g) ΔH>0,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 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-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 mol·L-1,c(N)=a mol·L-1;达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a=________。 (4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=b mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为________。 答案:(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41% 考向四 速率常数与平衡常数的关系 7.(2016·高考海南卷)顺1,2二甲基环丙烷和反1,2二甲基环丙烷可发生如下转化: 该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题: (1)已知,t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________(填“小于”、“等于”或“大于”)0。 (2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号),平衡常数值K2=________;温度t1________t2(填“小于”、“等于”或“大于”),判断理由是_______________________________________________________。 答案:(1)3 小于 (2)B 小于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动 8.无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g) ΔH=+24.4 kJ·mol-l。 上述反应中正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为________(以k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa),已知条件下k正=4.8×104 s-1,当N2O4分解10%时,v正=________kPa·s-1。 解析:上述反应中,正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,平衡时,v正=v逆,k正·p(N2O4)=k逆·p2(NO2),Kp为。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298 K、压强100 kPa),已知该条件下k正=4.8×104 s-1,当N2O4分解10%时,v正=4.8×104 s-1×100 kPa×=3.9×106 kPa·s-1。 答案:(1) 3.9×106 考向五 压强平衡常数的相关计算 9.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一,尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应,可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持。请回答下列问题: 活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO,在1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表: 活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MP 200 2.000 0.040 0 0.030 3.93 ℃ 0.030 0 0 335 ℃ 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p 根据上表数据,写出容器中发生反应的化学方程式:__________________________________________________________ ________________________________________________________。 判断p________(用“>”、“<”或“=”填空)3.93 Pa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。 解析:1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出:Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)=1∶2∶1∶1,所以可以推断出生成的A、B两种气体为N2和CO2,反应的化学方程式为C+2NON2+CO2。该反应的平衡常数Kp=,200 ℃时的平衡常数,容器的体积为1 L,平衡分压之比等于平衡浓度之比,带入表中数据计算得Kp=。 答案:C+2NON2+CO2 > 【方法技巧】 Kp含义:在化学平衡体系中,各气体物质的分压替代浓度,计算的平衡常教叫压强平衡常数。单位与表达式有关。 计算技巧:第一步,根据“三段式” 法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度;第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积分数;第三步,根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数);第四步,根据平衡常数计算公式代入计算。例如,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),压强平衡常数表达式为Kp=。 考点二 化学平衡图象的分析 化学平衡图象题的解题模型 【感悟测评】 1.可逆反应aA(s)+bB(g)cC(g)+dD(g) ΔH=Q kJ· mol-1,反应过程中,当其他条件不变时,某物质在混合物中的含量与温度(T)、压强(p)的关系如图所示,据图分析,以下说法正确的是( ) A.T1>T2,ΔH>0 B.T1查看更多