第29讲 化学平衡常数及化学
反应进行的方向
考纲要求 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.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。 3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。 4.能正确计算化学反应的转化率。 考点一 化学平衡常数及应用(见学用讲义P147)
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)
分值：5～10分 考情分析 2017，全国卷Ⅰ，28T 2016，全国卷甲，26T 2016，全国卷乙，27T 2016，全国卷丙，27T 2016，天津卷，10T 命题趋势 预计2024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。复习备考时，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。 pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时：Kcp?C?·cq?D?＝m(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。 c?A?·cn?B?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，则平衡常数改变。若方程式中各物质的计量数等倍数扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。
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。 ( × )
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
(1)反应①的平衡常数表达式为K1＝2
c?CO2?，反应2CO(g)＋2CuO(s)c?CO?2CO2(g)＋2Cu(s)
的平衡常数K4与K1的关系是__K4＝K1__。
(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K3＝。
(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__正反应方向__移动，该反应的平衡常数__不变__(填“变大”“变小”或“不变”)。
一 化学平衡常数的应用
1．利用K可以推测可逆反应进行的程度。
K1K2
K的大小表示可逆反应进行的程度，K越大说明反应进行的程度越大，反应物的转化率
越大。K越小说明反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。
2．借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。
对于可逆反应aA(g)＋bB(g)生成物浓度有如下关系：
cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与
cc?C?·cd?D?Qc＝a c?A?·cb?B?
Qc?＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆??>K 反应向逆反应方向进行，v正 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。 4．计算平衡体系中的相关“量”。 根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。 [例1](2024·银川模拟)已知，相关数据见下表： 编号 Ⅰ 化学方程式 Fe(s)＋CO2(g)CO(g) CO(g)＋H2O(g)H2(g) Fe(s)＋H2O(g)H2(g) FeO(s)＋CO2(g)＋FeO(s)＋平衡常数 979 K 1.47 温度 1 173 K 2.15 K1 Ⅱ K2 1.62 b Ⅲ K3 a 1.68 根据以上信息判断，下列结论错误的是( C ) A．a＞b B．增大压强，平衡状态Ⅱ不移动 C．升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动 D．反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应 解析 由Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，得K3＝K1·K2，则a≈2.38，b≈0.78，a>b，A项正确；Ⅱ是等体积反应，增大压强，平衡不移动，B项正确；由a＝2.38，b＝0.78可知，随温度升高K2、 K3均减小，故反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，D项正确；升温时平衡Ⅲ向逆反应方向移动，C项 错误。 二 化学平衡计算的一般思路和方法 化学平衡的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。通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、 平衡量)，确定各量之间的关系。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nab0 0 变化nmxnxpxqx 平衡na－mxb－nxpxqx 则有： cp?C?·cq?D?1．K＝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)。 3．c(A)平＝ n?A?平a－mx＝。 VVmxa4．A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]。 α(A)∶α(B)＝∶＝ mxnxmb。 abna5．A的体积(物质的量)分数： φ(A)＝6. n?A?平a－mx＝×100%。 n总a＋b＋?p＋q－m－n?xp?平?n?平?a＋b＋?p＋q－m－n?x＝＝。 p?始?n?始?a＋bM(g)＋N(g)， [例2]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 ④ 下列说法正确的是( C ) 温度/℃ 700 800 800 900 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n(X) 0.40 0.10 0.20 0.10 n(Y) 0.10 0.40 0.30 0.15 n(M) 0.090 0.080 a 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)＝1.0×10 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，0.05 mol10 L 所以该反应的正反应是放热反应。实验①中，0～5 min内，v(N)＝v(M)＝＝1×10 5 min －3 －2 mol/(L·min)，A项错误；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，c(M)＝c(N)＝0.08 mol/10 L＝0.008 0.008mol/L，K＝＝1，B项错误；实验③温度与实验②相同，所以平衡常数相同，K0.002×0.032×1010 ＝＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12 mol，X的平衡转化?0.2－a??0.3－a? ×10100.12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 0.2反应物比值相等，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在800 ℃达平衡时，n(M)＝0.06 mol，现在温度是900 ℃，因该反应的正反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，故b<0.060，D项错误。 [例1]一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示： 2 aa 已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( ) A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动 B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
全国通用版2024版高考化学大一轮复习第29讲化学平衡常数及化学反应进行的方向优选学案
