高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第40讲化学平衡常数化学反应的方向与调控课件

第40讲化学平衡常数化学反应的方向与调控1．能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。3．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。4．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。01考点梳理高效演练2．意义及影响因素(1)通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度__________，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率____________；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率________。(2)通常情况下，K只受________影响，与物质的浓度、压强变化无关。越大越大越小温度3．应用(1)判断化学反应可能进行的程度。K<10－510－5～105>105反应程度很难进行反应可逆反应基本完全(3)判断可逆反应的反应热。2．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。①2NO2(g)＋NaCl(s)⇌NaNO3(s)＋ClNO(g)

K1②2NO(g)＋Cl2(g)⇌2ClNO(g)

K2(1)反应①的平衡常数表达式为K1＝____________________________。(2)4NO2(g)＋2NaCl(s)⇌2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。二、化学平衡常数的应用3．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)。该反应的化学平衡常数(K)和温度(T)的关系见下表。T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6(1)该反应的平衡常数表达式为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关系式：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1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，化学平衡常数K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。(5)830℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的容积，平衡__________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。(6)若1200℃时，在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L－1、2mol·L－1、4mol·L－1、4mol·L－1，则此时反应____________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。考点二速率常数、化学平衡常数及Kp的有关计算

1．化学平衡常数的计算步骤(1)写出有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。(2)利用“三段式”，确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。(4)注意单位的统一。3.压强平衡常数(Kp)[注意]混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。[示例]

一定温度和催化剂条件下，将1molN2和3molH2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。4．厘清平衡常数与速率常数的关系对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)，若速率方程为v正＝k正·cm(A)·cn(B)、v逆＝k逆·cp(C)，式中的k称为速率常数，当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·cm(A)·cn(B)＝k逆·cp(C)，化学平衡常数K＝k正/k逆。[特别提醒]一个化学反应的速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质的化学计量数并无确定关系。一、平衡常数与转化率的相关计算1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)⇌P(g)＋Q(g)

ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝2.4mol·L－1。回答下列问题。(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，则N的平衡浓度是________，平衡常数K为________。(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝a

mol·L－1，达到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，则M的转化率为________，N的起始浓度为________。答案：50%

6mol·L－12．用测压法在刚性密闭容器中探究T

℃时4NO(g)⇌N2(g)＋2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化见下表。反应时间/min010203040总压强/MPa15.0014.0213.2012.5012.50(1)20min时，NO的转化率α＝________%。答案：48

(2)T

℃时，该反应的压强平衡常数Kp＝________MPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。答案：0.1二、平衡常数与速率常数的关系及应用3．(2024·潮州月考)2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程如下：反应Ⅰ

2NO(g)⇌N2O2(g)(快)

ΔH1<0v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；反应Ⅱ

N2O2(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)(慢)

ΔH2<0

v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝____________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应

Ⅰ

的活化能EⅠ________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k2逆增大的倍数。答案：小于(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。(2)图中c点时，上述反应的平衡常数K＝__________kPa－1。若k逆＝60s－1，则速率常数k正＝________s－1·kPa－1。答案：2

120考点三化学反应的方向与调控

1．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。2．化学反应方向的判断(1)熵和熵变的含义。①熵的含义：熵是度量一个体系________________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)。②熵变的含义：熵变是反应前后体系________________，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应________________。混乱程度＞＞熵的变化自发进行(2)判断化学反应方向的判据(ΔG＝ΔH－TΔS)。当ΔG<0时，反应______自发进行；当ΔG＝0时，反应处于________状态；当ΔG＞0时，反应________自发进行。能平衡不能3．化学反应的调控(1)化工生产适宜条件选择的一般原则。条件原则从化学反应速率分析既不能过大，又不能太小从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的活性分析注意催化剂的活性对温度的限制(2)工业合成氨反应的适宜条件。①原理分析：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1。对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率_____________________________________使用提高平衡混合物中氨的含量_________________________________________________________增大反应物浓度高温高压增大反应物浓度、减小生成物浓度低温高压无影响[易错秒判](1)其他条件不变，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(

)(2)焓变和熵变都与反应自发性有关，因此均可单独作为判断反应能否自发进行的判据(

)(3)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(

)(4)合成氨选择在400～500℃进行的原因之一是催化剂在500℃左右时的活性最大

(

)(5)反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，该反应的ΔH>0(

)(6)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(

)答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

(5)√

(6)×1．(2022·新高考辽宁卷)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1

ΔS＝－200J·K－1·mol－1。合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。解析：对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4kJ·mol－1－298K×(－0.2kJ·K－1·mol－1)＝－32.8kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发进行。答案：能2．实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)===CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－11.9kJ·mol－1。判断该反应的自发性并说明理由：

________________________________________________。答案：任何温度下都能自发，该反应的ΔH<0、ΔS>0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0恒成立3．(2024·东莞高三专题训练)CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：反应i

CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH1

＝－58kJ·mol－1；反应ii

CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋42kJ·mol－1。下列说法不正确的是(

)A．增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率B．增大压强，有利于反应向生成甲醇的方向进行，反应i的平衡常数增大C．升高温度，生成甲醇的速率增大，反应ii的限度同时增大D．选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比例√解析：增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，所以有利于反应i向生成甲醇的方向进行，但是平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故B错误。02真题研做高考通关√解析：a→b温度升高，CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应；温度相同时，H2O(g)越多，CH4的平衡转化率越高，但x越小，故x1<x2；b、c点达到平衡状态，H2O(g)越多，反应速率越大，即vb正>vc正。结合分析可知，A项正确，B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，故平衡常数Ka<Kb＝Kc，C项正确；该反应为反应前后气体分子数不相等的反应，恒温恒容时，容器内压强不再发生变化，说明反应达到平衡状态，D项正确。√解析：A．由化学方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的反应，即熵增的反应，ΔS＞0，故A错误；