化学平衡常数 化学反应方向

1、第 三 节化学平衡常数 化学反应进行的方向考纲考纲考情考情三年三年1515考高考指数考高考指数: :1.1.理解化学平衡常数的含义理解化学平衡常数的含义, ,能够利用化学平衡常能够利用化学平衡常数进行简单的计算。数进行简单的计算。2.2.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生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。产和科学研究领域中的重要作用。一定温度下一定温度下, ,在在1 L1 L的密闭容器中发生反应的密闭容器中发生反应:C(s)+H:C(s)+H2 2O(g)O(g)CO(g)+HCO(g)+H2 2(g),(g),平衡时测得平衡时测得C C、H H2

2、 2O O、COCO、H H2 2的物质的量都为的物质的量都为0.1 mol0.1 mol。(1)(1)该反应的平衡常数的表达式该反应的平衡常数的表达式K=_,=_,其值为其值为_。(2)(2)该反应为吸热反应该反应为吸热反应, ,若升高温度若升高温度, ,该反应的平衡常数会该反应的平衡常数会_(_(填填“不变不变”“”“增大增大”或或“减小减小”, ,下同下同) )。若其他条件。若其他条件不变不变, ,向该密闭容器中充入向该密闭容器中充入H H2 2O(g),O(g),则该反应的平衡常数则该反应的平衡常数_。一、化学平衡常数一、化学平衡常数 22c CO c Hc H O0.10.1增大增大

3、不变不变1.1.概念概念: :在一定温度下在一定温度下, ,当一个可逆反应达到当一个可逆反应达到_时时, ,生生成物成物_与反应物与反应物_的比值是一个常数的比值是一个常数, ,用符号用符号_表示。表示。2.2.表达式表达式: :对于反应对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),K=_=_。3.3.意义意义: :(1)(1)K值越大值越大, ,正反应进行的程度正反应进行的程度_,_,反应物的转化率反应物的转化率_。(2)(2)K只受只受_影响影响, ,与反应物或生成物的浓度变化无关。与反应物或生成物的浓度变化无关。化学平衡化学平衡浓

4、度幂之积浓度幂之积浓度幂之积浓度幂之积K pqmncC cDcA cB越大越大越大越大温度温度(1)(1)注意注意H H2 2O O只有在气态或非水溶剂中才能代入平衡常数表达式。只有在气态或非水溶剂中才能代入平衡常数表达式。(2)(2)计算平衡常数利用的是物质的平衡浓度计算平衡常数利用的是物质的平衡浓度, ,而不是任意时刻浓而不是任意时刻浓度度, ,也不能用物质的量。也不能用物质的量。(3)(3)催化剂能加快化学反应速率催化剂能加快化学反应速率, ,但对化学平衡无影响但对化学平衡无影响, ,也不会也不会改变平衡常数的大小。改变平衡常数的大小。有以下自发反应或自发过程有以下自发反应或自发过程:

5、:甲烷燃烧甲烷燃烧:CH:CH4 4(g)+2O(g)+2O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(g)O(g) H=-802.3 kJ=-802.3 kJmolmol-1-1氢气和氧气反应氢气和氧气反应:2H:2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l) H=-571.6 kJ=-571.6 kJmolmol-1-1钠与水反应钠与水反应:2Na(s)+2H:2Na(s)+2H2 2O(l)=2NaOH(aq)+HO(l)=2NaOH(aq)+H2 2(g)(g) H=-368 kJ=-368 kJmolmol-1-1二、化学

6、反应进行的方向二、化学反应进行的方向硝酸铵溶于水硝酸铵溶于水冰在常温下融化冰在常温下融化两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中, ,最终会最终会混合均匀混合均匀其中通过焓判据来判断反应可以自发进行的是其中通过焓判据来判断反应可以自发进行的是_,_,上述上述反应或过程属于熵增的有反应或过程属于熵增的有_。1.1.自发过程自发过程: :(1)(1)含义含义: :在一定条件下在一定条件下, ,不需要借助外力作用就能自动进行不需要借助外力作用就能自动进行的过程。的过程。(2)(2)特点。特点。体系趋向于从体系趋向于从_状态转变为状态转变为_状态状态(

7、(体系对外部做体系对外部做功或功或_热量热量) )。在密闭条件下在密闭条件下, ,体系有从体系有从_转变为转变为_的倾向性的倾向性( (无序体无序体系更加稳定系更加稳定) )。高能高能低能低能释放释放有序有序无序无序2.2.化学反应方向的判据。化学反应方向的判据。降低降低 增加增加熵增熵增 自发自发不能不能低温低温高温高温(1)(1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。(2)(2)化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势自发进行的趋势, ,并不能说明在该条件

8、下反应一定能实际发生并不能说明在该条件下反应一定能实际发生, ,还要考虑化学反应的快慢问题。还要考虑化学反应的快慢问题。考点一考点一 化学平衡常数及其应用化学平衡常数及其应用1.1.化学平衡常数的理解化学平衡常数的理解: :(1)(1)化学平衡常数只与温度有关化学平衡常数只与温度有关, ,与浓度、压强和催化剂等均无与浓度、压强和催化剂等均无关。关。(2)(2)在平衡常数表达式中在平衡常数表达式中: :水水(l)(l)的浓度、固体物质的浓度均不的浓度、固体物质的浓度均不写写, ,但是水蒸气的浓度要写。但是水蒸气的浓度要写。深化深化剖析剖析 （3 3）平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度，其

9、书）平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度，其书写形式与化学方程式的书写有关。写形式与化学方程式的书写有关。N N2 23H3H2 2 2NH 2NH3 3 Ka a，则有，则有2NH2NH3 3 N N2 23H3H2 2K1/a1/a； N N2 2 H H2 2 NH NH3 3 K 。1232a2.2.化学平衡常数的应用化学平衡常数的应用: :(1)(1)判断、比较可逆反应进行的程度。判断、比较可逆反应进行的程度。一般来说一般来说, ,一定温度下的一个具体的可逆反应一定温度下的一个具体的可逆反应: :K值值正反应进行正反应进行的程度的程度平衡时生成平衡时生成物浓度物浓度平衡时反平衡

10、时反应物浓度应物浓度反应物反应物转化率转化率越大越大越大越大越大越大越小越小越高越高越小越小越小越小越小越小越大越大越低越低一般地说一般地说, ,当当K10105 5时时, ,就认为反应基本进行完全了就认为反应基本进行完全了, ,当当K1010-5-5时时, ,认为反应很难进行。认为反应很难进行。(2)(2)判断化学反应进行的方向。判断化学反应进行的方向。对于化学反应对于化学反应aA(g)aA(g)bB(g) cC(g)bB(g) cC(g)dD(g)dD(g)的任意状态，的任意状态，浓度商：浓度商：Q 有：有： Q v()v(逆逆) ) Q= =K：反应处于化学平衡状态，：反应处于化学平衡状

11、态，v(v(正正)=v()=v(逆逆) ) Q K：反应向逆反应方向进行，：反应向逆反应方向进行，v(v(正正)v() K, ,所以平衡向逆所以平衡向逆反应方向移动。反应方向移动。 222c CO c H Oc COc H 222c CO c H Oc COc H答案答案: :(1)(1) (2)(2)吸热吸热(3)700(3)700(4)(4)等于等于(5)(5)不不(6)(6)逆反应方向逆反应方向 222c CO c H Oc COc H【互动探究】【互动探究】(1)(1)请写出请写出CO(g)+HCO(g)+H2 2O(g) COO(g) CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)

12、的的化学平衡常数表达式化学平衡常数表达式K1 1, ,它与题目中的它与题目中的K的关系如何的关系如何? ?提示提示: :K1 1= ,= ,它与它与K互为倒数关系。互为倒数关系。 222c COc Hc CO c H O(2)(2)在在(5)(5)中若不是扩大容器的体积中若不是扩大容器的体积, ,而是升高温度而是升高温度, ,平衡将向哪平衡将向哪个方向移动个方向移动? ?化学平衡常数如何变化化学平衡常数如何变化? ?提示提示: :因为正反应为吸热反应因为正反应为吸热反应, ,升高温度平衡向吸热反应方向即升高温度平衡向吸热反应方向即正反应方向移动。化学平衡常数将增大。正反应方向移动。化学平衡常数

13、将增大。【加固训练】【加固训练】在一定条件下在一定条件下, ,已达平衡的可逆反应已达平衡的可逆反应:2A(g)+B(g):2A(g)+B(g)2C(g),2C(g),下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.平衡时平衡时, ,此反应的平衡常数此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系与各物质的浓度有如下关系: :K= =B.B.改变条件后改变条件后, ,该反应的平衡常数该反应的平衡常数K一定不变一定不变C.C.如果改变压强并加入催化剂如果改变压强并加入催化剂, ,平衡常数会随之变化平衡常数会随之变化D.D.若平衡时增加若平衡时增加A A和和B B的浓度的浓度, ,则平衡常数会减小

14、则平衡常数会减小 22cCcA c B【解析】【解析】选选A A。K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。其他条件都不会引起平衡常数的改变。考点二考点二 化学平衡计算的方法化学平衡计算的方法“三段式三段式” ” “三段式三段式”法是有效解答化学平衡计算题的法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙万能钥匙”。解。解题时题时, ,要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量, ,按题目按题目要求进行计算要求进行计算, ,同时还要注意单位的统一。同时还要注意单位的统一。1.1.计算步骤。

15、计算步骤。思想思想方法方法2.2.具体方法具体方法: :可按下列模式进行计算可按下列模式进行计算: :如如mA(g)+nB(g)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),pC(g)+qD(g),令令A A、B B起始物质的量浓度分别为起始物质的量浓度分别为amolamolL L-1-1、bmolbmolL L-1-1, ,达到平衡后消耗达到平衡后消耗A A的物质的量浓度为的物质的量浓度为mxmolmxmolL L-1-1。mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始起始(mol(molL L-1-1) )a ab b0 00 0变化变化(

16、mol(molL L-1-1) )mxmxnxnxpxpxqxqx平衡平衡(mol(molL L-1-1) )a-mxa-mxb-nxb-nxpxpxqxqx相关计算：相关计算：平衡常数：平衡常数：KA A的平衡转化率：的平衡转化率：(A)(A)平平 100%100%。A A的物质的量分数：的物质的量分数：w(A)w(A)混合气体的平均密度：混合气体的平均密度：混合气体的平均相对分子质量：混合气体的平均相对分子质量： pqmnpxqxamxbnx。mxaamx100%amxbnxpxqx。mV总总混混。mMn总总总总。【高考警示】【高考警示】有关化学平衡计算的三点注意事项有关化学平衡计算的三点

17、注意事项(1)(1)注意反应物和生成物的浓度关系注意反应物和生成物的浓度关系: :反应物反应物:c(:c(平平)=c()=c(始始)-)-c(c(变变););生成物生成物:c(:c(平平)=c()=c(始始)+c()+c(变变) )。(2)(2)利用利用 和和 计算时要注意计算时要注意m m总总应为气体的应为气体的质量质量,V,V应为反应容器的体积应为反应容器的体积,n,n总总应为气体的物质的量。应为气体的物质的量。(3)(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比, ,但物质之间但物质之间是按化学计量数反应和生成的是按化学计量数反应和生成的, ,故各

18、物质的浓度变化之比一定故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数比等于化学计量数比, ,这是计算的关键。这是计算的关键。mV总总混混mMn总总总总【典题通关【典题通关2 2】(2014(2014南宁模拟南宁模拟) )某温度下某温度下,H,H2 2(g)+CO(g)+CO2 2(g)(g) H H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)的平衡常数的平衡常数K= ,= ,该温度下在甲、乙、丙三该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中个恒容密闭容器中, ,投入投入H H2 2(g)(g)和和COCO2 2(g),(g),其起始浓度如表所示其起始浓度如表所示: :94起始浓度起始浓度甲甲乙乙丙丙c(

19、Hc(H2 2)/mol)/molL L-1-10.0100.0100.0200.0200.0200.020c(COc(CO2 2)/mol)/molL L-1-10.0100.0100.0100.0100.0200.020下列判断不正确的是下列判断不正确的是( () )A.A.平衡时平衡时, ,乙中乙中COCO2 2的转化率大于的转化率大于60%60%B.B.平衡时平衡时, ,甲中和丙中甲中和丙中H H2 2的转化率均是的转化率均是60%60%C.C.平衡时平衡时, ,丙中丙中c(COc(CO2 2) )是甲中的是甲中的2 2倍倍, ,是是0.012 mol0.012 molL L-1-1D

20、.D.反应开始时反应开始时, ,丙中的反应速率最快丙中的反应速率最快, ,甲中的反应速率最慢甲中的反应速率最慢【解题探究】【解题探究】(1)(1)开始时的反应物浓度不同开始时的反应物浓度不同, ,化学平衡常数相同吗化学平衡常数相同吗? ?提示提示: :相同。化学平衡常数只与温度有关。温度不变相同。化学平衡常数只与温度有关。温度不变, ,化学平衡化学平衡常数不变。常数不变。(2)(2)要求出反应物的转化率要求出反应物的转化率, ,应先求出哪些量应先求出哪些量? ?在列方程式求解在列方程式求解时最好将哪个量设为未知数时最好将哪个量设为未知数? ?提示提示: :应该先求出各物质转化的浓度应该先求出各

21、物质转化的浓度, ,可以应用三段式来进行计可以应用三段式来进行计算。在列方程式求解时最好将反应物转化的浓度设为未知数算。在列方程式求解时最好将反应物转化的浓度设为未知数, ,一般不把转化率设为未知数。一般不把转化率设为未知数。【解析】【解析】选选C C。设平衡时甲中。设平衡时甲中COCO2 2的转化浓度为的转化浓度为xmolxmolL L-1-1, ,则则: :H H2 2(g)+(g)+COCO2 2(g) H(g) H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)起始起始(mol(molL L-1-1) 0.010 0.010) 0.010 0.010 0 0 0 0转化转化(mol(mo

22、lL L-1-1) x) x x x x x x x平衡平衡(mol(molL L-1-1) 0.010-x 0.010-x) 0.010-x 0.010-x x x x x根据平衡常数得根据平衡常数得: : 解得解得x=0.006,x=0.006,则甲中则甲中COCO2 2和和H H2 2的转化率均为的转化率均为 100%=60%100%=60%。由于乙相对甲增大了。由于乙相对甲增大了c(Hc(H2 2),),因此因此COCO2 2的转化率增大的转化率增大,A,A项正确。项正确。22x940.010 x ，0.0060.010设平衡时丙中设平衡时丙中COCO2 2的转化浓度为的转化浓度为ym

23、olymolL L-1-1, ,则则H H2 2(g)+(g)+COCO2 2(g) H(g) H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)起始起始(mol(molL L-1-1) 0.020 0.020) 0.020 0.020 0 0 0 0转化转化(mol(molL L-1-1) y) y y y y y y y平衡平衡(mol(molL L-1-1) 0.020-y 0.020-y) 0.020-y 0.020-y y y y y根据平衡常数得根据平衡常数得: : 解得解得y=0.012,y=0.012,则丙中则丙中H H2 2的转的转化率为化率为 100%=60%,B100%=6

24、0%,B项正确。平衡时甲中项正确。平衡时甲中c(COc(CO2 2)=)=0.010 mol0.010 molL L-1-1-0.006 mol-0.006 molL L-1-1=0.004 mol=0.004 molL L-1-1, ,丙中丙中c(COc(CO2 2) )=0.020 mol=0.020 molL L-1-1-0.012 mol-0.012 molL L-1-1=0.008 mol=0.008 molL L-1-1,C,C项错误。项错误。丙中反应物浓度最大丙中反应物浓度最大, ,反应速率最快反应速率最快, ,甲中反应物浓度最小甲中反应物浓度最小, ,反反应速率最慢应速率最慢,

25、D,D项正确。项正确。22y940.020y ，0.0120.020【加固训练】【加固训练】1.(20131.(2013洛阳模拟洛阳模拟) )在在100100时时, ,把把0.5 mol N0.5 mol N2 2O O4 4通入体积为通入体积为5 L5 L的真空密闭容器中的真空密闭容器中, ,立即出现红棕色。反应进行到立即出现红棕色。反应进行到2 s2 s时时, ,NONO2 2的浓度为的浓度为0.02 mol0.02 molL L-1-1。在。在60 s60 s时时, ,体系已达平衡体系已达平衡, ,此时此时容器内压强为开始时的容器内压强为开始时的1.61.6倍。下列说法正确的是倍。下列说

26、法正确的是( () )A.A.前前2 s2 s以以N N2 2O O4 4的浓度变化表示的反应速率为的浓度变化表示的反应速率为0.01 mol0.01 molL L-1-1s s-1-1B.B.在在2 s2 s时体系内的压强为开始时的时体系内的压强为开始时的1.11.1倍倍C.C.在平衡时体系内含在平衡时体系内含N N2 2O O4 40.25 mol0.25 molD.D.平衡时平衡时,N,N2 2O O4 4的转化率为的转化率为40%40%【解析】【解析】选选B B。N N2 2O O4 4和和NONO2 2之间存在如下转化关系之间存在如下转化关系: :N N2 2O O4 4(g)(g)

27、 2NO2NO2 2(g)(g)起始起始(mol)(mol) 0.5 0.5 0 0反应反应(mol)(mol) 0.05 0.05 0.02 0.025 52 s2 s时时(mol)(mol) 0.5-0.05 0.5-0.05 0.02 0.025 5v(Nv(N2 2O O4 4)= =0.005 mol)= =0.005 molL L-1-1s s-1-1,A,A项错误项错误; ;气体总的气体总的物质的量为物质的量为0.5 mol-0.05 mol+0.02 mol0.5 mol-0.05 mol+0.02 molL L-1-15 L=0.55 mol5 L=0.55 mol2 s2

28、s时的压强与开始时压强之比为时的压强与开始时压强之比为p p2 s2 spp始始=0.550.5=1.11,=0.550.5=1.11,B B项正确项正确; ;0.05 mol2 s 5 L60 s60 s达到平衡时达到平衡时, ,设有设有xmol Nxmol N2 2O O4 4反应。则有反应。则有N N2 2O O4 4(g)(g) 2NO2NO2 2(g)(g)起始起始(mol)(mol) 0.5 0.5 0 0反应反应(mol)(mol) x x 2x 2x平衡平衡(mol)(mol) 0.5-x 0.5-x 2x 2x平衡时平衡时, ,气体总的物质的量为气体总的物质的量为0.5 mol-xmol+2xmol=(0.5+x)mol,0.5 mol-xmol+2xmol=(0.5+x)mol,所以有所以有 =1.6,=1.6,解得解得x=0.3,x=0.3,平衡体系中含平衡体系中含0.2 mol 0.2 mol N N2 2O O4 4,C,C项错误项错误;N;N2 2O O4 4的转化率为的转化率为 100%=60%,D100%=60%,D项错误。项错误。0.5xmol0.5 mol（）0.3 mol0.5 mol2.2.将将0.23 mol SO0.23 mol SO2 2和和0.11 mol0.11 m