2020年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)文檔：第七章第23講化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 學(xué)案

第23講　化學(xué)平衡常數(shù)　化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、化學(xué)平衡常數(shù)1．概念在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，稱為化學(xué)平衡常數(shù)，用符號(hào)K表示。2．表達(dá)式對(duì)于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式中)。3．實(shí)例4．意義(1)K值越大，平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。(2)K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。5．平衡轉(zhuǎn)化率平衡轉(zhuǎn)化率是指平衡時(shí)已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比，用來(lái)表示反應(yīng)限度。對(duì)于反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率可以表示為α(A)＝×100%。二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1．自發(fā)過(guò)程(1)含義：不用借助于外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。2．熵與熵變(1)熵：描述體系混亂程度的物理量，符號(hào)為S。熵值越大，體系混亂度越大。(2)常見(jiàn)的熵增過(guò)程①同一種物質(zhì)的不同狀態(tài)：S(g)＞S(l)＞S(s)。②反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)。3．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)1．判斷正誤，正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”，并指明錯(cuò)因。(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝。(×)錯(cuò)因：固體和純液體通常不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式中。(2)恒溫、恒容條件下，發(fā)生反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)達(dá)到平衡，向容器中再充入1 mol SO2，平衡正向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)增大。(×)錯(cuò)因：K僅與溫度有關(guān)。(3)改變條件，使反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率都增大，該可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)一定增大。(×)錯(cuò)因：K僅與溫度有關(guān)。(4)改變條件，平衡右移，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大。(×)錯(cuò)因：在合成氨的反應(yīng)中，其他條件不變時(shí)，增加N2的量，但N2的轉(zhuǎn)化率減小。(5)反應(yīng)NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH<0。(√)錯(cuò)因：_______________________________________________________(6)因?yàn)殪首兒挽刈兌寂c反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，因此焓變或熵變均可以單獨(dú)作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。(×)錯(cuò)因：焓變或熵變不全面，需由復(fù)合判據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS來(lái)判定反應(yīng)的自發(fā)性。2．教材改編題(據(jù)人教選修四P32 T2)已知反應(yīng)A(g)＋3B(g)3C(g)在一定溫度下達(dá)到平衡，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為____________。若各物質(zhì)的平衡濃度分別為c(A)＝2.0 mol·L－1、c(B)＝2.0 mol·L－1、c(C)＝1.0 mol·L－1，則K＝________。答案　K＝　3．教材改編題(據(jù)人教選修四P36 T1)下列過(guò)程的熵變的判斷不正確的是(　　)A．溶解少量食鹽于水中，ΔS>0B．純碳和氧氣反應(yīng)生成CO(g)，ΔS>0C．H2O(g)變成液態(tài)水，ΔS>0D．CaCO3(s)加熱分解為CaO(s)和CO2(g)，ΔS>0答案　C考點(diǎn)　化學(xué)平衡常數(shù)及應(yīng)用[典例1]　(2018·西安市鐵一中學(xué)質(zhì)檢)O3是一種很好的消毒劑，具有高效、潔凈、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。O3可溶于水，在水中易分解，產(chǎn)生的[O]為游離氧原子，有很強(qiáng)的殺菌消毒能力。常溫常壓下發(fā)生的反應(yīng)如下：反應(yīng)①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常數(shù)為K1；反應(yīng)②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常數(shù)為K2；總反應(yīng)：2O33O2　ΔH<0　平衡常數(shù)為K。下列敘述正確的是(　　)A．降低溫度，總反應(yīng)K減小B．K＝K1＋K2C．適當(dāng)升溫，可提高消毒效率D．壓強(qiáng)增大，K2減小解析　降溫，總反應(yīng)平衡向右移動(dòng)，K增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B項(xiàng)錯(cuò)誤；升高溫度，反應(yīng)①平衡向右移動(dòng)，c([O])增大，可提高消毒效率，C項(xiàng)正確；對(duì)于給定的反應(yīng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案　C名師精講1．平衡常數(shù)的幾個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)正、逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)；若方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，平衡常數(shù)也會(huì)改變。(2)固體與純液體以及溶液中H2O的濃度可看為常數(shù)，不能代入平衡常數(shù)表達(dá)式。(3)兩反應(yīng)加和得到的新反應(yīng)，其化學(xué)平衡常數(shù)是兩反應(yīng)平衡常數(shù)的乘積；兩反應(yīng)相減，得到的新反應(yīng)，其化學(xué)平衡常數(shù)是兩反應(yīng)平衡常數(shù)相除得到的商。2．化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用(1)利用K可以推測(cè)可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度K的大小表示可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度，K大說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度大，反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率大；K小說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度小，反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率小。(2)利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(3)利用K的表達(dá)式確定化學(xué)反應(yīng)方程式根據(jù)平衡常數(shù)的書(shū)寫(xiě)原則確定出反應(yīng)物、生成物以及各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。(4)借助平衡常數(shù)，可以判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)以及反應(yīng)的方向對(duì)于可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時(shí)刻，通過(guò)濃度商與K的相對(duì)大小來(lái)確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。Qc＝。Qc 1．已知在600 ℃時(shí)，以下三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)：反應(yīng)①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)　K1反應(yīng)②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)　K2反應(yīng)③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K3(1)反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達(dá)式為____________，反應(yīng)④2CO(g)＋2CuO(s)2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常數(shù)K4與K1的關(guān)系是____________。(2)反應(yīng)②的K值隨著溫度升高而增大，則反應(yīng)②的反應(yīng)熱ΔH________0。(3)反應(yīng)③的K3值與K1、K2的關(guān)系是____________。(4)若其他條件不變，向反應(yīng)③所在的密閉容器中充入H2O(g)，則平衡將向________移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)________(填“變大”“變小”或“不變”)。答案　(1)K1＝　K4＝K　(2)＞(3)K3＝　(4)正反應(yīng)方向　不變解析　(1)由反應(yīng)①依據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算公式K1＝，反應(yīng)①中固體物質(zhì)濃度按常數(shù)1處理，由反應(yīng)①系數(shù)×2即得題干方程式，則K4＝K。(2)溫度升高，可逆反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行，而K值增大，平衡正向移動(dòng)，則正向?yàn)槲鼰岬姆较?，?/span>ΔH＞0。(3)反應(yīng)③＝反應(yīng)①－反應(yīng)②，則K3＝。(4)依據(jù)平衡移動(dòng)原理，平衡將向正反應(yīng)方向移動(dòng)，由于K值僅受溫度影響，故K值不變。2．(2018·合肥高三模擬)在體積為1 L的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表： T/℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6 回答下列問(wèn)題：(1)升高溫度，化學(xué)平衡向________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。(2)若某溫度下，平衡濃度符合下列關(guān)系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此時(shí)的溫度為________；在此溫度下，若該容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol  CO、1.5 mol H2O，則此時(shí)反應(yīng)所處的狀態(tài)為__________________(填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行中”“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行中”或“平衡狀態(tài)”)。答案　(1)正反應(yīng)　(2)850 ℃　向正反應(yīng)方向進(jìn)行中解析　(1)由表格數(shù)據(jù)，可知隨著溫度升高，平衡常數(shù)增大，說(shuō)明化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。(2)c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，則計(jì)算出K＝1.0，即此時(shí)溫度為850 ℃，此溫度下＝<1.0，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行中。考點(diǎn)　化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算[典例2]　(2018·濰坊統(tǒng)考)溫度為T0時(shí)，在容積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)aX(g)＋bY(g)cZ(g)，4 min時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖a所示。其他條件相同，溫度分別為T1、T2時(shí)發(fā)生反應(yīng)，Z的濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖b所示。下列敘述正確的是(　　)A．發(fā)生反應(yīng)時(shí)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率大小關(guān)系為v(X)＝v(Y)＝2v(Z)B．圖a中反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，Y的轉(zhuǎn)化率為37.5%C．T0時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為33.3D．該反應(yīng)正反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH<0解析　根據(jù)圖a可知，0～4 min，X、Y的濃度分別減少0.25 mol·L－1、0.25 mol·L－1，Z的濃度增加0.5 mol·L－1，則反應(yīng)方程式為X(g)＋Y(g)2Z(g)，同一反應(yīng)中各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v(X)＝v(Y)＝v(Z)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；圖a中，Y的起始濃度為0.4 mol·L－1，平衡濃度為0.15 mol·L－1，則Y的轉(zhuǎn)化率為×100%＝62.5%，B項(xiàng)錯(cuò)誤；達(dá)到平衡時(shí)c(X)＝0.05 mol·L－1，c(Y)＝0.15 mol·L－1，c(Z)＝0.5 mol·L－1，則平衡常數(shù)K＝＝≈33.3，C項(xiàng)正確；根據(jù)圖b可知，T1條件下反應(yīng)先達(dá)到平衡，則T1>T2，溫度升高，c(Z)增大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH>0，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案　C名師精講 “三段式法”解答有關(guān)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算“三段式法”是有效解答化學(xué)平衡計(jì)算題的“萬(wàn)能鑰匙”。解題時(shí)，要注意條理清楚地列出起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量，按題目要求進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)還要注意單位的統(tǒng)一。(1)解題步驟①寫(xiě)出涉及的可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式。②找出起始量、轉(zhuǎn)化量和平衡量中哪些是已知量，哪些是未知量，按“三段式”列出。③根據(jù)問(wèn)題建立相應(yīng)的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。(2)具體方法①分析三個(gè)量：即起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量。②明確三個(gè)關(guān)系a．對(duì)于同一反應(yīng)物，起始量－轉(zhuǎn)化量＝平衡量。b．對(duì)于同一生成物，起始量＋轉(zhuǎn)化量＝平衡量。c．各變化量之比等于各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。③計(jì)算模式對(duì)于反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質(zhì)的量(mol)分別為a、b，達(dá)到平衡后，A的消耗量為mx，容器容積為V L。　　　　　　     mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)　　　　　a　　　b　　　　0　　　0轉(zhuǎn)化(mol)　　　　　mx　　 nx　　　px　　　qx平衡(mol)　　　　a－mx　　b－nx　　px　　　qx則有：a.平衡常數(shù)：b．A的平衡濃度：c(A)平＝ mol·L－1。c．A的轉(zhuǎn)化率：α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。d．A的體積分?jǐn)?shù)：φ(A)＝×100%。e．平衡與起始?jí)簭?qiáng)之比：＝。3．將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)，②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。達(dá)到平衡時(shí)：c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，則此溫度下反應(yīng)①的平衡常數(shù)為________。答案　20解析　由平衡時(shí)H2的濃度，可求得反應(yīng)②分解消耗HI的濃度，c分解(HI)＝0.5 mol·L－1×2＝1 mol·L－1，故①式生成c(HI)＝c平衡(HI)＋c分解(HI)＝4 mol·L－1＋1 mol·L－1＝5 mol·L－1，則c平衡(NH3)＝5 mol·L－1，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝c平衡(NH3)·c平衡(HI)＝5×4＝20。4．已知可逆反應(yīng)：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH＞0。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)在某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%，此時(shí)N的轉(zhuǎn)化率為________。(2)若反應(yīng)溫度升高，M的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；達(dá)到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________。(4)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度為：c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為________。答案　(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41%解析　(1)由化學(xué)方程式知反應(yīng)消耗N與M的物質(zhì)的量相等，則N的轉(zhuǎn)化率為×100%＝25%。(2)因?yàn)檎磻?yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，所以M的轉(zhuǎn)化率增大。(3)反應(yīng)溫度不變，平衡常數(shù)不變，由(1)中數(shù)據(jù)　　　　　　   M(g)＋N(g)　　P(g)＋Q(g)起始(mol·L－1)　 1　 　2.4　 　 　 0　　  0變化(mol·L－1)　 0.6 　　0.6　 　  0.6　  0.6平衡(mol·L－1)　1－0.6　2.4－0.6　 0.6　  0.6K＝＝，　　　　　　   M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)起始(mol·L－1)　 4 　 　a　　　 0　　 0變化(mol·L－1)　 2 　 　2　 　　2　　 2平衡(mol·L－1)　 4－2　a－2　　2　　 2則＝，解得a＝6。(4)同(3)的方法，解得M的轉(zhuǎn)化率為41%。考點(diǎn)　化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向[典例3]　灰錫結(jié)構(gòu)松散，不能用于制造器皿，而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可以制造器皿，現(xiàn)把白錫制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室內(nèi)存放，它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能再繼續(xù)使用？____________________________。已知：在0 ℃、100 kPa條件下白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng)焓變和熵變分別為ΔH＝－2180.9 J·mol－1、ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。解析　ΔH－TΔS＝－2.1809 kJ·mol－1－273 K×(－6.61×10－3 kJ·mol－1·K－1)≈－0.38 kJ·mol－1<0，能自發(fā)進(jìn)行。答案　會(huì)自發(fā)變成灰錫，不能再繼續(xù)使用名師精講焓變、熵變和溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響5．下列說(shuō)法正確的是(　　)A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，因?yàn)槲鼰岱磻?yīng)都是非自發(fā)的B．自發(fā)反應(yīng)的熵一定增大，非自發(fā)反應(yīng)的熵一定減小C．常溫下，反應(yīng)C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH>0D．反應(yīng)2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH>0答案　C解析　若ΔH<0，ΔS>0，則一定自發(fā)，若ΔH>0，ΔS<0，則一定不能自發(fā)，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反應(yīng)能否自發(fā)，和溫度有關(guān)，A、B錯(cuò)誤；C項(xiàng)中反應(yīng)的ΔS>0，若ΔH<0，則一定自發(fā)，現(xiàn)常溫下不自發(fā)，說(shuō)明ΔH>0，正確；D項(xiàng)中反應(yīng)的ΔS<0，能自發(fā)，說(shuō)明ΔH<0，錯(cuò)誤。6．已知反應(yīng)FeO(s)＋C(s)===CO(g)＋Fe(s)的ΔH＞0(假設(shè)ΔH、ΔS不隨溫度變化而變化)，下列敘述中正確的是(　　)A．低溫下為自發(fā)過(guò)程，高溫下為非自發(fā)過(guò)程B．高溫下為自發(fā)過(guò)程，低溫下為非自發(fā)過(guò)程C．任何溫度下為非自發(fā)過(guò)程D．任何溫度下為自發(fā)過(guò)程答案　B解析　已知ΔH＞0，固固反應(yīng)生成氣體的反應(yīng)ΔS＞0，化學(xué)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)是ΔH－TΔS＜0，即TΔS＞ΔH，因此此反應(yīng)只能是高溫自發(fā)，B正確。