第23讲 化学平衡常数及化学反应进行的方向
考纲要求 考情分析 2018，全国卷Ⅰ、Ⅲ，28T 1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。 2．能正确计算化学反应的转化率。 分值：5～10分 2017，全国卷Ⅰ，28T 2016，全国卷甲，26T，乙，27T 命题趋势 预计2020年高考将重点考查化学平衡常数及转化率的计算，化工生产中适宜温度、压强及酸碱度的选择。复习备考应特别关注：化学平衡常数及转化率的计算，化学平衡图像的分析，化学平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡体系中的应用等。
考点一 化学平衡常数及应用
[知识梳理]
1．概念
在一定__温度__下，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，用符号K表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)
cp?C?·cq?D?
pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时：K＝ m
c?A?·cn?B?
(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。
3．意义
(1)K值越大，反应物的转化率__越高__，正反应进行的程度__越大__。 (2)K只受__温度__影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应“方程式”的平衡常数。
若反应方向改变或“方程式”中各物质的计量数等倍数扩大或缩小，平衡常数也会改变，但意义不变。 4．应用
(1)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。 对于化学反应aA(g)＋bB(g)
cc?C?·cd?D?
cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Qc＝ a 。
c?A?·cb?B?
Qc Qc>K，反应向__逆__反应方向进行。 (2)利用K可判断反应的热效应：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。 (3)计算转化率：利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时，平衡常数不变列方程求解。 (4)计算相关反应的平衡常数：若反应方向改变，则平衡常数变为其倒数；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，平衡常数也会改变同次幂，但意义不变。 [对点检测] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。( ) (2)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡。( ) (3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。( ) (4)其他条件不变，当增加一种反应物的用量时，自身的平衡转化率降低，而其他反应物的转化率升高。 ( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× 2．已知在600 ℃时，以下三个反应的平衡常数： 反应①：CO(g)＋CuO(s)反应②：H2(g)＋CuO(s)反应③：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋Cu(s) K1 Cu(s)＋H2O(g) K2 CO2(g)＋H2(g) K3 2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常数 (1)反应①的平衡常数表达式为____________，反应2CO(g)＋2CuO(s)K4与K1的关系________。 (2)反应②的K2值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH________0。 (3)反应③的K3值与K1、K2的关系是______________________________________。 (4)若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H2O(g)，则平衡将向______________移动，该反应的平衡常数______(填“变大”“变小”或“不变”)。 c?CO2?答案 (1)K1＝ K4＝K21 (2)> c?CO?K1 (3)K3＝ (4)正反应方向 不变 K2 解题技巧 ΔH的表达式与K的计算式间的关系 若反应中存在ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，则K3＝K1·K2；若反应中存在ΔH3＝ΔH1－ΔH2，则K3＝K1/K2。因此，一般地，ΔH3＝aΔH1＋bΔH2，则 b K3＝Ka1×K2；ΔH3＝aΔH1－bΔH2，则 Ka1 K3＝b。 K2 [考法精讲] 考法 化学平衡计算的一般思路和方法 1．内容 化学平衡计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等计算内容。 2．方法 (1)通常的思路是写出平衡式，列出“三段”量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系。 (2)列出比例式或等式或依据平衡常数求解，这种思路和方法通常称为“三段式法”。 如以下反应：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(mol)为mx，容器容积为V L。 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始n a b 0 0 变化n mx nx px qx 平衡n a－mx b－nx px qx 有关计算或物理量关系如下： cp?C?·cq?D?①K＝m。 c?A?·cn?B? ②对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)； 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。 n?A?平a－mx ③c(A)平＝＝。 VV mx ④A的转化率α(A)＝×100%[或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比]。 amxnxmb α(A)∶α(B)＝∶＝。 abna⑤A的体积(物质的量)分数： n?A?平a－mx φ(A)＝＝×100%。 n总a＋b＋?p＋q－m－n?x⑥ p?平?n?平?a＋b＋?p＋q－m－n?x＝＝。 p?始?n?始?a＋b ⑦Kp用平衡分压代替平衡浓度计算。分压＝总压×物质的量分数。 名师叮嘱 “三段”量中，只有变化量一定与计量系数成正比，起始量、平衡量则不一定(但可能)与计量系数成正比。 [例](2018·全国卷Ⅰ节选)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应： 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)： t/min p/kPa 0 35.8 40 40.3 80 42.5. 160 45.9 －260 49.2 1 300 61.2 －1 700 62.3 ∞ 63.1 (1)研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×103×pN2O5(kPa·min1)。t＝62 min时，测得体系中pO2 ＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min1。 (2)若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________。 (3)25℃时N2O4(g)结果保留一位小数)。 解析 (1)t＝62 min时。体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得 2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) 起始 35.8 kPa 0 0 转化 5.8 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa 62 min 30.0 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa 则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×103×30.0 kPa·min1＝6.0×102 kPa·min1。(2)刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2 N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成 － － － － － 2NO2(g) 反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算 NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。(3)N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则 N2O4 平衡 35.8 kPa－x 2x 35．8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，p2NO2K＝kPa＝13.4 kPa。 pN2O4 答案 (1)30.0 6.0×102 (2)大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 (3)13.4 [递进题组] 1．(2019·成都月考)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)所得实验数据如下表： 实验编号 ① ② ③ 温度/℃ 700 800 800 起始时物质的量/mol n(X) 0.40 0.10 0.20 n(Y) 0.10 0.40 0.30 平衡时物质的量/mol n(M) 0.090 0.080 a M(g)＋N(g)， － 2NO2 ④ 下列说法正确的是( C ) 900 0.10 0.15 b A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×102 mol/(L·min) B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0 C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60% D．实验④中，达到平衡时，b>0.060 解析 该反应是气体分子数相等的反应，由实验①②数据知：温度升高，M的产率减小，所以该反应0.05 mol 10 L－ 的正反应是放热反应。实验①中，0～5 min内，v(N)＝v(M)＝＝1×103 mol/(L·min)，A项错误； 5 min实验②中，达到平衡时，c(X)＝(0.1－0.08) mol/10 L＝0.002 mol/L，c(Y)＝(0.4－0.08)mol/10 L＝0.032 mol/L，0.0082c(M)＝c(N)＝0.08 mol/10 L＝0.008 mol/L，K＝＝1，B项错误；实验③温度与实验②相同，所 0.002×0.032aa×1010 以平衡常数相同，K＝＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12 mol，X的平衡 ?0.2－a??0.3－a? ×10100.12 转化率为×100%＝60%，C项正确；实验④中反应物起始浓度均为实验③的一半，两实验中反应物比 0.2值相等，因该反应是气体分子数不变的反应，所以若在恒温恒容条件下两实验所达平衡是等效的，即实验④若在800 ℃达平衡时，n(M)＝0.06 mol，现在温度是900 ℃，升高温度，平衡逆向移动，故b<0.060，D项错误。 2．(2018·全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催 － 化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 (1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。 (2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是______________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________________。 (3)比较a、b处反应速率大小：va______vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的v正 ＝______(保留1位小数)。 v逆 解析 (1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达 －
第七章化学反应速率和化学平衡第23讲化学平衡常数及化学反应进行的方向
