2019高考化学一轮复习讲义化学平衡常数与平衡图像

1、化学平衡常数与平衡图像李仕才授课主题化学平衡常数、转化率及反应方向的判断教学目的能够写出化学平衡常数的表达式；可以计算出物质的平衡转化率；教学重难点判断反应是否达到平衡状态；反应物平衡转化率的变化判断；焓变、熵变及化学反应方向的关系教学内容本节知识点讲解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(简称平衡常数)，用K表示。( 2)表达式对于一般的可逆反应：mA(g) nB(g)pC(g) qD(g) ， K=。( 3)应用判断反应进行的限度K 值大，说明反应进行的程度大，反应物的

2、转化率高。K 值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。K<10-510-5105>105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全判断反应是否达到平衡状态化学反应aA(g)+ bB(g)cC(g)+ dD(g) 在任意状态时，浓度商均为Qc= c (C) cb(D)ca (A) cb(B)Qc>K时，反应向逆反应方向进行；Qc=K时，反应处于平衡状态；Qc<K时，反应向正反应方向进行。利用平衡常数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。2转化率对于一般的化学反应：aA bBcC dD，达到平衡时反应物A的转化

3、率为A的初始浓度A的平衡浓度A的初始浓度100c0 (A) c(A)c0(A)100c0(A) 为起始时A的浓度，c(A) 为平衡时A的浓度反应物平衡转化率的变化判断判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常 见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应mA(g)+ nB(g)pC(g)+ qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B 的转化率增大同等倍数地增大(或减小)反应物A、 B 的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m+n>p+q反应物A 和 B 的转化率均增大m+n

4、<p+q反应物A 和 B 的转化率均减小m+n=p+q反应物A 和 B 的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+ pC(g)增加反应物A 的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m>n+p反应物A的转化率增大m<n+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A 和 B 的转化率不变3. 化学反应进行的方向一、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（ 体系对外部做功或放出热量） ；（ 2）在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性（无序体系更加稳定）。3自发反应在一定条件

5、下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。4判断化学反应方向的依据（ 1 ）焓变与反应方向研究表明，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）熵变与反应方向研究表明，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。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） 。

6、b熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用 S 表示，化学反应的 S越大，越有利于反应自发进行。（ 3）综合判断反应方向的依据 HTS<0，反应能自发进行。 HTS 0，反应达到平衡状态。 HTS>0，反应不能自发进行。例题解析考向一化学平衡常数及影响因素K=c2 Cc2 A c B典例 1 在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A（g）+B（g）2C（g） ，下列说法中正确的是A平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：B改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变C如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D若平衡时增加A和 B的浓度，则平衡常数会减小巩固练习1 研究氮氧化

7、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 H1<0( )2NO(g)+Cl 2(g)2ClNO(g)K2 H2<0( )( 1 ) 4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl 2(g) 的平衡常数K=(用 K1、 K2表示)。( 2)为研究不同条件对反应( ) 的影响，在恒温条件下，向2 L 恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和 0.1 molCl 2， 10 min 时反应 ( ) 达到平衡。测得10 min 内 v(ClNO)=7.5 × 10 -3 mol&

8、#183;L -1· min-1，则平衡后n(Cl 2)=mol ， NO的转化率 1=。其他条件保持不变，反应( ) 在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率 2 1(填“>”“<”或“=” )， 平衡常数K2( 填“增大”“减小”或“不变”)。 若要使K2减小，可采取的措施是。平衡常数的几个易错点( 1 )正、逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。( 2)能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质，固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入。例题解析考向二化学平衡常数的计算与

9、应用典例 1 ( 1)在密闭容器中充入2.0 mol CO 和 10 mol H 2O(g)，发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H 2(g) ，800 时反应达平衡，若K=1。求CO和 H2O(g) 的转化率。( 2) PCl5的热分解反应如下：PCl5(g)PCl3(g)+Cl 2(g) 。写出反应的平衡常数表达式；已知某温度下，在容积为10.0 L 的密闭容器中充入2.00 mol PCl 5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为 0.150 mol/L 。计算该温度下的平衡常数。巩固练习1 在一定体积的密闭容器中，进行化学反应CO2(g)+H 2(g)CO(g)+H2O(

10、g) ，其化学平衡常数K和温度T的关系如表：T/ 7008008301 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：( 1)该反应的化学平衡常数表达式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。B CO(g)=C(石墨，s) 1/2O2(g) H110.5 kJ/mol S89.36C4Fe(OH)2(s)2H2O(l) O2(g)=4Fe(OH) 3(s)H 444.3 kJ/mol S280.1 J/mol·

11、;KDNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)=C2O(g) CH3COON4H(aq) H2O(l)H 37.301 kJ/mol S184.05J/(mol · K)归纳总结：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响HS H T S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1 下列说法错误的是A某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应B2NO（g）2CO（g）=N2（g）2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的 H>0C反应NH3（ g）HCl（

12、g） =NH4Cl（ s）在室温下可自发进行，则该反应的 H<0D CaCO3（ s） =CaO（ s）CO2（ g）室温下不能自发进行，说明该反应的 H>0本知识点小结化学平衡图象题的解题方法化学平衡图象类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图象类型有物质的量（ 浓度 ） 、速率时间图象，含量时间温度 （ 压强 ） 图象，恒温、恒压曲线等，图象中蕴含着丰富的信息量，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。该类题型在选择题和简答题中都有涉及，能够很好地考查学生

13、分析问题和解决问题的能力，在复习备考中应引起足够的重视。1 常见的化学平衡图象以可逆反应aA（g） bB（g）cC（g） H Q kJ · mol - 11 ）含量时间温度 （ 或压强 ） 图：( 曲线 a 用催化剂，b 不用催化剂或化学计量数a b c 时曲线 a 的压强大于b 的压强 )( p1>p2， a b>c)p1>p2， a b<c)2)恒压(温 )线 ( 如图所示)：该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度( c)或反应物的转化率( )，横坐标为温度 ( T) 或压强( p)，常见类型如下所示：( 若a b>c，则p1> p 2>p3，

14、 H<0)3)速率-时间图象根据v-t 图象，可以很快地判断出反应进行的方向，根据(a b>c)v正 、 v 逆 的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。条件c(N2)增大c(H2)减小c(NH3) 增大H<0。N2(g) 3H2(g)2NH3(g)平衡移动方向正反应方向移动逆反应方向移动逆反应方向移动条件c（NH3）减小增大压强减小压强平衡移动方向正反应方向移动正反应方向移动逆反应方向移动条件升高温度降低温度使用催化剂逆反应方向移动正反应方向移动不移动平衡移动方向（ 4）其他如下图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（ ） 与温度（ T） 的关系曲线，图中标出

15、的1 、2、3、4 四个点，v（ 正 ）v（逆 ） 的点是3，v（正 ）v（逆） 的点是 1 ， v（正 ） v（逆 ）的点是2、4。2化学平衡图象解答原则（ 1 ）解题思路2）解题步骤aA(g) bB(g)cC(g) 为例：纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图：他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其1 ）“定一议二”原则2）“先拐先平，数值大”原则在化学平衡图象中，先出现拐点的

16、反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高（ 如图 A） 或表示的压强较大（ 如图B）。图A图B图 A表示T2>T1，正反应是放热反应。图 B 表示p1<p2， A是反应物，正反应为气体总体积缩小的反应，即a b>c。等效平衡1 含义（ 1 ）化学平衡状态与建立平衡的条件有关，与建立平衡的途径无关。（ 2）对于同一可逆反应，在一定条件（ 恒温恒容或恒温恒压） 下，无论是从正反应（ 反应物 ） 、逆反应（ 生成物 ） 或从中间状态（ 既有反应物、也有生成物） 开始，只要建立平衡后，平衡混合物中各组分的比例相同，或各组分在混合物中的百分含量相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。

17、（ 3）注意只是组分的百分含量相同，包括体积百分含量、物质的量百分含量或质量百分含量，而各组分的浓度不一定相等。2审题方法（ 1 ）注意反应特点：反应前后气体的物质的量是否发生变化。（ 2）分清平衡建立的条件：是恒温恒压还是恒温恒容。3理解等效平衡的意义（ 1 ）对于反应前后气体物质的量有变化的反应，如2SO2（g）+O 2（g）2SO3（g） 等温等压、等温等容下建立平衡如下图：容易得出A与 C等效， A与 D不等效。因为CD 是对反应前后气体体积有变化的反应加压，平衡发生了移动。结论：对于反应前后气体物质的量有变化的反应，恒温恒压时只要起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例

18、相同就可建立等效平衡；而恒温恒容时，则需起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，完全相同才能建立等效平衡，因为反应物物质的量的变化会引起平衡的移动。( 2)对于反应前后气体物质的量没有变化的反应，如：H2(g)+I 2(g) 2HI(g) 等温等压、等温等容下建立平衡如下图：容易得出A与 C等效，A与 D等效。因为CD平衡不发生移动。对反应前后气体体积不变的反应加压，平衡不移动。 结论：对于反应前后气体物质的量不变的反应，无论是恒温恒压还是恒温恒容，只要加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例相同就可建立等效平衡。当堂检测1、 常 温 下 ,将 一 定 量 的 氨 基 甲

19、酸 铵 置 于 密 闭 真 空 容 器 中 (固 体 体 积 忽 略 不 计 )发 生 反 应 ： H2NCOON4(Hs)2NH3(g)+CO2(g) H,达到平衡时测得c(CO2)=amol ·L-1 。温度不变, 达到平衡后压缩容器体积至原来的一半, 达到新平衡时测得c(NH3)=xmol ·L -1 。下列说法正确的是()A. 混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态B. 达到新平衡时，H为原来的2 倍C. 上述反应达到新平衡状态时x=2aD. 上述反应体系中，压缩容器体积过程中n(H2NCOON4)H不变2、 NOx是大气污染物之一，主要来源于工业烟气

20、及汽车尾气等。除去NOx的方法统称为脱硝，一般有干法脱硝 选择性催化剂法(SCR) 、湿法脱硝等。请完成下列问题：(1) 汽车发动机工作时会引发反应N2(g)+O 2(g)2NO(g)。 2000 K 时，向固定容积的密闭容器中充入等物质的量的N2、 O2 发生上述反应，各组分体积分数( ) 的变化如图1 所示。N2 的平衡转化率为。(2) 在密闭、固定容积的容器中，一定最NO发生分解的过程中，NO 的转化率随时间变化关系如图2 所示。反应 2NO(g)N2(g)+O 2(g)H0 (填“>”或“<”)。一定温度下，能够说明反应2NO(g)N2(g)+O2(g) 已达到化学平衡的(

21、填序号 )。a. 容器内的压强不发生变化b. 混合气体的密度不发生变化c.NO、 N2、 O2 的浓度保持不变d.2v(NO) 正 =v(N2)逆3、二甲醚(CH3OCH3) 的十六烷值高，燃烧尾气中污染物少，可代替柴油。在反应器中将CO2混合加氢可合成二甲醚，包括以下两个反应： .CO2(g)+3H 2(g)CH3OH(g)+H2O(g) .2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H 2O(g)已知 T 时，在2 L 的恒容密闭容器中加入1 mol CO 2和 2 mol H 2，发生反应：CO2(g)+3H 2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ，测得反应在不同时刻各组分的量如下：物质C

22、O2H2CH3OHH2O起始物质的量/mol12005 min 时物质的量/mol0.2平衡时物质的量/mol0.4在 05 min 内，H2O(g)的平均反应速率v(H2O) =； H2的平衡转化率 (H2)= 。某科研小组计算了反应在温度503 K 543 K 间，反应压强分别是3 MPa、 4 MPa、 5 MPa、 6 MPa、7 MPa的情况下甲醇的平衡产率(甲醇实际产量与理论产量之比)，结果如图1 所示。则该反应的 HI (填“>”“<”或“=”，下同)0。 ae曲线分别对应不同的压强条件，则e对应的压强是，理由是。3)在2 L 恒容密闭容器中充入3 mol CO 、

23、3 mol H 2，发生反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g) +CO2(g) ， CO的平衡转化率( ) 与温度、压强的关系如图2 所示。下列事实能说明该反应一定达到平衡的是(填序号)。a CO2的浓度不再发生变化b 3v 正 (CO)= v 逆 (CO2)c混合气体的平均相对分子质量不发生变化d CH3OCH3与 CO2的物质的量比为1 1对于气相反应，用某组分(B) 的平衡压强( pB) 代替物质的量浓度( cB) 也可以表示平衡常数(记作Kp)，则A点平衡常数Kp=。课堂总结家庭作业1 、 光 气 ( COCl2) 在 塑 料 、 制 革 、 制 药 等 工 业 中 有 许

24、 多 用 途 。 工 业 上 常 利 用 废 气CO2 通 过 反 应 ：C(s)+CO2(g)2CO(g) H>0，制取合成光气的原料气CO。在体积可变的恒压(p 总 )密闭容器中充入1 molCO2 与足量的碳发生上述反应，在平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图1 所示： T 时， 在容器中若充入稀有气体，v 正 v 逆 (填“>”“<”或“=”) ， 平衡 移动 (填“正向”“逆向”或“不”，下同)；若充入等体积的CO2 和 CO，平衡 移动。 CO体积分数为40%时，CO2 的转化率为。已知：气体分压( p 分 )=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡

25、浓度表示平衡常数Kp的表达式为 ； 800 时，Kp=(用含 p 总 的代数式表示)。3)利用CH4 的还原性，通过反应：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H 2O(g) H，可消除氮氧化物的污染。在130 和 180 时，分别将1.0 mol CH 4和 1.0 mol NO 2充入 2 L 的密闭容器中发生反应，测得NO2的转化率 (NO2)在不同温度、压强下随时间变化的关系如图2 所示。则上述反应的 H0(填“>”“<”或“=”，下同)；压强：p1p2。2、铁的单质及化合物有着重要的用途，根据所学知识回答下列问题：( 1)已知：3Fe(s)+2O 2(g

26、)Fe3O4(s) H1=- 1118.4 kJ/mol 2H2(g)+O 2(g)2H2O(g) H2=- 483.8 kJ/mol写出铁与气态水反应的热化学方程式：。( 2) t 时，在2 L 恒温恒容密闭容器中，按下表所示加入物质，反应经过10 min 后， Fe的物质的量变为 1.25 mol 。FeH2O(g)Fe3O4H22.0 mol4.0 mol1.0 mol1.0 mol容器中H2O(g) 的转化率为；此段时间内H2的平均反应速率是。3)在25下，KspFe(OH) 3=4 × 10-38，向浓度为0.1 mol ·L -1 的 FeCl3溶液中逐滴加入氨

27、水，调节溶液pH为 5 时，溶液中c(Fe3+)为 mol·L-1。4)高炉炼铁的主要反应为CO(g)+ 1 Fe2O3(s)CO2(g)+ 2 Fe(s) ，已知该反应在不同温度下的平衡33常数如下：温度 / 100011501300平衡常数4.03.73.5该反应的 H0(填“>”或“<”)。该反应的平衡常数表达式是； 已知 1150时， 某时刻测得高炉中c(CO2)=0.365mol·L-1， c(CO)=0.1 mo l ·L -1，此时正反应速率逆反应速率(填“>”“<”或“=” )。当容器内气体密度恒定时，该反应(填“一定”“可

28、能”或“没有”)达到平衡状态；在1 000 时，反应达到平衡，适当增加Fe2O3的量，CO的转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。3、“低碳经济”备受关注，CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。研究CO2与CH4，反应使之转化为CO和 H2，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义。( 1 ) CH4的电子式为。( 2)已知：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) H=-566 kJ · mol-112H2(g)+O 2(g)2H2O(g) H=- 484 kJ · mol-1-1CH4(g)+2O 2(g)CO2(g)+2H 2O(g) H=- 890

29、kJ · mol则：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H =。( 3)在恒容密闭容器中通入物质的量均为n mol 的 CH4与 CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图中曲线所示：下列事实能说明该反应一定达到平衡的是。a CO2的浓度不再发生变化b v 正 (CH4)=2 v 逆 (CO)c混合气体的平均相对分子质量不发生变化d CO与 H2的物质的量比为1 1据图可知，p1、 p 2、 p 3、 p 4由大到小的顺序为，理由。在压强为p 4、 950 的条件下，X点平衡常数Kp=(用含 p 4的代数式表示，其中用平