高考化学一轮复习第七章第三节化学平衡常数及计算化学反应进行的方向课件

第三节化学平衡常数及计算化学反应进行的方向课标要求核心素养1.能用ΔH－TΔS说明化学反应的方向。2.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。1.宏观辨识与微观探析：了解平衡图像及应用。了解反应的自发性和熵的定义及应用。2.变化观念与平衡思想：初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向。3.证据推理与模型认知：准确把握平衡的基本特征，根据平衡常数的定义准确书写平衡常数表达式。[目标导航][自主测评]1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)同种物质气态时熵值最大。()(2)－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。()(3)对于某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。()(4)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动。()(5)反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数增大。()答案：(1)√(2)×(3)×错因：应该用焓变来解释。错因：升高温度，吸热方向的化学平衡常数增大，放热方向的化学平衡常数减小。 (4)√(5)×错因：化学平衡常数只受温度影响。2.将1molN2O5

置于2L密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①2N2O5(g)2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)2NO2(g)。达到平衡时，c(O2)＝0.2mol·L-1，c(NO2)＝0.6mol·L-1，则此温度下反应①的平衡常数为()A.3.2B.0.2C.

1180D.

445答案：B

3.25℃和1.01×105Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ·mol-1能自发进行，其原因是__________________。

解析：根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。答案：熵增效应大于能量效应t/min215080100120160220∞c/(mol·L-1)0.0240.0500.0710.0810.0900.1040.1160.1324.由γ-羟基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁内酯()的反应如下：

在25℃时，溶液中γ-羟基丁酸的初始浓度为0.180mol·L-1，随着反应的进行，测得γ-丁内酯的浓度随时间的变化如下表所示。请填写下列空白。(1)在50～80min内，以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率为______mol·L-1·min-1。(2)在120min时，γ-羟基丁酸的转化率为________。(3)在25℃时，该反应的平衡常数为K＝________。

(4)为提高平衡时γ-羟基丁酸的转化率，除适当控制反应温度外，还可采取的措施是______________________________。

答案：(1)7×10-4

(2)50%(3)2.75(4)将γ-丁内酯移走考点一化学平衡常数1.浓度商和化学平衡常数(固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数)(1)对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，浓度商(2)当该反应在一定温度下达到化学平衡时，c(A)、c(B)、c(C)数，简称____________。平衡常数2.化学平衡常数的影响因素(1)化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下只受温度影响。(2)当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。②Fe3+(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表3.化学平衡常数表达式(1)表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝______________。

(2)应用示例：①C(s)＋H2O(g)表达式K＝____________。

CO(g)＋H2(g)的平衡常数达式K＝__________。4.化学平衡常数的意义越大越大越大

通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例______，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______。考点二化学反应进行的方向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。注意：自发反应是化学反应，水蒸气冷凝得到液态水属于自发过程，但不是自发反应。2.熵和熵变(1)熵是衡量一个体系混乱程度的物理量。用符号S表示。(2)熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。3.判断化学反应进行的方向<>>＝<

对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小；若反应后气体的化学计量数变大，则ΔS＞0，反之，则ΔS＜0。考点三有关化学平衡的计算——“三段式法”

“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。(1)分析三个量：起始量、转化量、平衡量。(2)明确三个关系①对于同一反应物，起始量－转化量＝平衡量。②对于同一生成物，起始量＋转化量＝平衡量。③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。(3)计算模式对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mxmol，容器容积为VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/mol变化/mol平衡/molamxa－mx

bnxb－nx

0pxpx0qxqx则有①平衡常数：⑦混合气体的平均摩尔质量：

⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。考向1化学平衡常数及应用1.(2023年天津模拟)某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A.将1molN2和3molH2置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量小于92.4kJB.平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)<K(B)C.上述反应在达到平衡后，增大压强，NH3的产率减小D.反应建立平衡后分离出部分NH3时，浓度商Q大于平衡常数K

解析：该反应为可逆反应，加入的1molN2

和3molH2

不可能完全反应生成2molNH3，所以反应放出的热量小于92.4kJ，A正确；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，K(A)＝K(B)，B错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，NH3

的产率增大，C错误；反应建立平衡后分离出部分NH3

时，生成物的浓度减小所以浓度商Q小于平衡常数K，D错误。答案：A2.(2023年北京四中模拟)向一容积可变的密闭容器中充入等物质的量的A、B，发生反应：2A(g)＋2B(g)3C(s)＋4D(g)。在不同压强下，该反应平衡常数随温度变化如表所示。下列判断正确的是()平衡常数压强/Mpa1.01.52.0温度/℃300ab16516c64d800160fgA.c＞a，g＞fB.正反应是放热反应C.2.0MPa、800℃时，A的转化率最小D.1.5MPa、300℃时，B的转化率为50%解析：平衡常数只与温度相关，温度不变，K不变，所以g＝f，A错误；由表格中的数据可知，平衡常数随温度升高而增大，升温平衡正向移动，正反应是吸热反应，B错误；因为正反应为吸热反应，所以800℃、相同压强时，A的转化率最大，而反应前后气体的分子数相等，所以800℃时，三种压强下的A的转化率都相同，C错误；1.5MPa、300℃时，平衡常数b＝16，设平衡时体积为V，B的物质的量的变化量为x，则达平衡时，A、B、D答案：DK<10-510-5～105>105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全[方法技巧]化学平衡常数的应用(1)判断可逆反应进行的程度。K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。(2)判断化学反应进行的方向或平衡移动的方向。根据浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小判断平衡移动的方向：(3)判断可逆反应的热效应。

考向2化学平衡常数和平衡转化率的计算

3.(2023年广东卷节选)配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。 (1)R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡：M＋LML＋LMLK1

ML2

K2c0(M)/c0(L)S(L)S(ML)S(ML2)01.0000ax<0.010.64b<0.010.400.60

研究组配制了L起始浓度c0(L)＝0.02mol·L-1、M与L起始浓度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种L、ML、ML2

中的化学位移不同，该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比；“<0.01”表示未检测到。 ①c0(M)/c0(L)＝a时，x＝__________。②c0(M)/c0(L)＝b时，平衡浓度比c平(ML2)∶c平(ML)＝__________。(2)研究组用吸收光谱法研究了(1)中M与L反应体系。当c0(L)＝1.0×10-5mol·L-1时，测得平衡时各物种c平/c0(L)随c0(M)/c0(L)的变化曲线如图。c0(M)/c0(L)＝0.51时，计算M的平衡转化率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。

解析：(1)①c0(M)/c0(L)＝a时，S(ML2)＋S(ML)＋S(L)＝1，且S(ML2)＝0.64，S(ML)<0.01，得x＝0.36。②S(ML2)相比于S(ML)含有两个配体，则S(ML2)与S(ML)的浓度比应为S(ML2)相对峰面积S的一半与S(ML)的相对峰面积S之比，即答案：(1)①0.36②3∶4或0.75(2)98%(计算过程见解析)

4.(2021年广东卷节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4

与CO2

重整是CO2

利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：a)CH4(g)＋CO2(g)b)CO2(g)＋H2(g)

2CO(g)＋2H2(g)ΔH1CO(g)＋H2O(g)ΔH2c)CH4(g)d)2CO(g)C(s)＋2H2(g)ΔH3

CO2(g)＋C(s)ΔH4e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)ΔH5

(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有______(填字母)。 (2)反应c的相对压力平衡常数表达式为K

＝____________。 (3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4

的平衡转化率为________。答案：(1)ac(3)68%[方法技巧]“四步法”突破压强平衡常数(Kp)的计算考向3化学反应方向的判断5.(2023年海口统考)CH4消除NO2的反应为：CH4(g)＋2NO2(g)

N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)

ΔH<0。下列说法正确的是(

)A.正反应的活化能大于逆反应的活化能B.平衡时升高温度，v正增大，v逆减小C.平衡常数K＝D.该反应在任何温度下都可自发进行

解析：该反应为放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活化能，A错误；平衡时升高温度，正逆反应速率均加快，B错误；由化学方程式可知平衡常数K＝，C错误；反应正向气体分子数增加，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，与温度无关，故反应在任何温度下都可自发进行，D正确。答案：D6.(2023年海口二模)一种制取晶体硅的反应为：SiHCl3(g)＋Si(s)＋3HCl(g)ΔH＝236.1kJ·mol-1。下列说法正确的H2(g)是()

A.该反应在任何条件下均能自发进行 B.其他条件不变，增大压强，平衡常数K减小 C.恒压下，充入一定量的惰性气体，平衡向逆反应方向移动 D.总体积一定，当反应体系内混合气体的密度不再发生变化时反应到达平衡衡减压，平衡正向移动，C错误；由公式ρ＝

可知，总体积一定，

解析：反应吸热，ΔH＞0，反应正向气体分子数增大，ΔS＞0，故高温时ΔH－TΔS＜0，反应自发，A错误；其他条件不变，增大压强，平衡逆向移动，但温度不变，平衡常数K不变，B错误；恒压下，充入一定量的惰性气体，容器体积增大，相当于对原平当反应体系内混合气体的密度不再发生变化时，混合气体的总质量不变，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，D正确。答案：D[归纳提升]

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，复合判据ΔH－TΔS<0的反应不一定能够实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。ΔHΔSΔH－TΔS反应情况－＋永远是负值在任何温度下均自发进行＋－永远是正值在任何温度下均非自发进行＋＋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2.焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响。

1.(2022年江苏卷)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是()A.上述反应ΔS<0C.上述反应中消耗1molNH3，转移电子的数目为2×6.02×1023D.实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气的污染程度越小反应的平衡常数K＝

解析：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，反应ΔS＞0，A错误；由化学方程式可知，，B正确；由化学方程式可知，反应每消耗4mol氨气，转移12mol电子，则反应中消耗1mol氨气，转移电子的数目为3mol×6.02×1023mol-1＝3×6.02×1023，C错误；实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气的量也越多，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，D错误。答案：B

2.(2021年河北卷)室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N＝X＋Y；②M＋N＝X＋Z，反应①的速率可表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图，下列说法错误的是()A.0～30min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10-8mol·L-1·min-1B.反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大的M转化为Z，C正确；由以上分析可知，在相同的时间内生成