高考化学大一轮复习讲义知识梳理+基础验收+明确考向第七章 第三节 化学平衡常数化学反应进行的方向.docx
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高考化学大一轮复习讲义知识梳理+基础验收+明确考向第七章第三节化学平衡常数化学反应进行的方向
第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向
1.理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
(高频)
2.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。
(中频)
3.了解化学反应进行方向的判断方法。
化学平衡常数
以mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)为例
1.表达式:
K=
。
2.影响因素
K仅与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
3.意义
4.注意事项
(1)反应物或生成物中有固体和液态水存在时,由于其浓度可看做“常数”而不代入公式。
(2)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,但意义不变。
化学反应进行的方向
1.自发过程
(1)含义:
在一定条件下,不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点:
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2.化学反应方向的判据
3.复合判据——自由能ΔG断据
ΔG=ΔH-TΔS
(1)当ΔH<0,ΔS>0时反应自发进行。
(2)当ΔH>0,ΔS<0时反应不自发进行。
(3)当ΔH>0,ΔS>0时,高温下可能自发进行。
(4)当ΔH<0,ΔS<0时,低温下可能自发进行。
1.易误诊断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=
( )
(2)对于N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)达到平衡,在温度不变、容积不变的密闭容器中充入N2,化学平衡常数不变( )
(3)化学平衡移动,化学平衡常数一定改变( )
(4)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大( )
(5)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大( )
(6)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度( )
(7)焓变和熵变都可以独立的作为判断化学反应进行的方向的判据( )
(8)ΔH<0的反应一定能自发进行( )
(9)相同温度下,可逆反应的两方向平衡常数互为倒数( )
【答案】
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)× (9)√
2.(选修4P32T2,改编)已知反应A(g)+3B(g)
2C(g)在一定温度下达到平衡,各物质的平衡浓度分别为c(A)=2.0mol/L、c(B)=2.0mol/L、c(C)=1.0mol/L。
则
(1)该反应的平衡常数表达式为________。
(2)该反应的平衡常数的值为________。
(3)若某时刻各物质的浓度分别为c(A)=3.0mol/L,c(B)=2.0mol/L,c(C)=2.0mol/L,则该时刻v正_____v逆(填“>”、“=”或“<”)。
【答案】
(1)K=
(2)
(3)<
3.在一定温度下将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中,发生如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式K=___________________。
(2)已知在700℃时,该反应的平衡常数K1=0.6,则该温度下反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的平衡常数K2=________,反应
CO2(g)+
H2(g)
CO(g)+
H2O(g)的平衡常数K3=________。
(3)已知在1000℃时,该反应的平衡常数K4=1.0,则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
【答案】
(1)
(2)1.67 0.77
(3)吸热
平衡常数的一个表达式
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
K=
影响K的一个因素:
温度
用K与Qc判断反应方向3个方面
判断反应进行方向的三个判据
(1)ΔH<0
(2)ΔS>0 (3)ΔG<0
化学平衡常数的应用与计算
1.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度:
化学平衡常数能够表示可逆反应进行的程度。
一个反应的K值越大,表明平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物的转化率也越大。
一般地说,当K>105时,就认为反应基本进行完全了,当K<10-5时,认为反应很难进行。
(2)判断化学反应进行的方向:
对于化学反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商:
Qc=
,有:
(3)判断反应的热效应:
2.有关计算
(1)利用平衡浓度计算平衡常数K;
(2)利用K计算平衡浓度和转化率;
(3)利用K判断某一时刻是否为平衡状态或v正、v逆的大小关系等。
化学平衡常数理解应注意的问题
(1)与化学方程式书写形式的关系:
对于同一可逆反应,正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数,即K正=
。
若化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会发生改变。
如化学计量数扩大1倍,则K=K
。
(2)与物质状态的关系:
由于固体或纯液体的浓度视为常数,所以在平衡常数表达式中不再写出。
①稀溶液中进行的反应,如有水参加,由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中。
②非水溶液中进行的反应,若有水参加或生成,则应出现在表达式中。
如:
CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l)
CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)
K=
(2012·新课标全国卷)COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108kJ·mol-1。
反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未标出):
(1)计算反应在第8min时的平衡常数K=________;
(2)比较第2min反应温度T
(2)与第8min反应温度T(8)的高低:
T
(2)________T(8)(填“<”、“>”或“=”);
(3)若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2)=________mol·L-1;
(4)比较产物CO在2~3min、5~6min和12~13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2~3)、v(5~6)、v(12~13)表示]的大小________;
(5)比较反应物COCl2在5~6min和15~16min时平均反应速率的大小:
v(5~6)________v(15~16)(填“<”“>”或“=”),原因是____________________________。
【解析】
(1)根据图像得出以下数据:
COCl2(g)===Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108kJ·mol-1
开始/(mol·L-1)0.0550.0950.07
8min/(mol·L-1)0.040.110.085
K=
=
mol·L-1
≈0.234mol·L-1。
(2)2min和8min时反应都处于平衡状态,在4min时生成物浓度都增大,反应物浓度减小,则改变的条件是升高温度,故T
(2)<T(8)。
(3)设12min时COCl2的平衡浓度为x。
由于12min时反应在温度T(8)下达到平衡,则由平衡常数定义得
K=
=
mol2·L-2
=0.234mol·L-1
解得x≈0.031mol·L-1。
(4)分析图像表示的意义,根据图像可得出平均反应速率为v(5~6)>v(2~3)=v(12~13)。
(5)分析图像可知反应在5~6min和15~16min时,反应温度相同,因为在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大,故v(5~6)>v(15~16)。
【答案】
(1)0.234mol·L-1
(2)< (3)0.031
(4)v(5~6)>v(2~3)=v(12~13)
(5)> 在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大
平衡常数相关计算的思维模式
分析题意―→各物质的平衡浓度―→平衡常数(K)
考向1 化学平衡常数的含义和影响因素
1.(2012·高考组合题)
(1)(山东高考)一定温度下,现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,反应达到平衡。
若在相同温度下,上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行,平衡常数________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)(浙江高考)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数(记作Kp),则反应CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2kJ/mol的Kp=________;随着温度的升高,该平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)(福建高考)已知反应化学方程式可表示为3Fe3++NH
+2SO
+6H2O===NH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+,过滤后母液的pH=2.0,c(Fe3+)=amol·L-1,c(NH
)=bmol·L-1,c(SO
)=dmol·L-1,该反应的平衡常数K=________(用含a、b、d的代数式表示)。
【解析】
(1)平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变。
(2)Kp=
,温度升高,平衡向右移动,Kp增大。
(3)K=
=
=
【答案】
(1)不变
(2)
增大
(3)
考向2 平衡常数的应用
2.(2014·贵阳模拟)在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如表:
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:
3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________。
(3)830℃时,容器中的反应已达到平衡。
在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积。
平衡________移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)。
(4)若1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1、4mol·L-1、4mol·L-1,则此时上述反应的平衡移动方向为______(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不移动”)。
【解析】
(1)根据已知题干中的表格可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,说明正反应为吸热反应。
(2)某温度下,各物质的平衡浓度有如下关系3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),根据平衡常数表达式K=
可知,K=3/5=0.6,平衡常数只与温度有关,温度一定,平衡常数为定值,所以此时对应的温度为700℃。
(3)830℃达到平衡,扩大容器的体积的瞬间,反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数,根据平衡常数表达式K=
可知,反应物和生成物同时改变相同的倍数,Qc=K,平衡不发生移动。
(4)1200℃时Qc=
,将各物质的浓度代入可得Qc=4,而此温度下的平衡常数为2.6,即Qc>K,所以平衡向逆反应方向移动。
【答案】
(1)吸热
(2)700℃ (3)不 (4)逆反应方向
考向3 利用K计算其他物理量
3.(选修4P33T9,改编)已知一氧化碳与水蒸气的反应为:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
在427℃时的平衡常数是9.0。
如果反应开始时,一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.01mol/L,计算一氧化碳在此反应条件下的转化率________(写出解题步骤)。
【解析】 CO(g) + H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
c(始)/mol/L0.010.0100
Δc/mol/Lxxxx
c(平)/mol/L(0.01-x)(0.01-x)xx
K=
=9.0
解之:
x=0.0075mol/L,
故:
α(CO)=
×100%=75%。
【答案】 75%
化学反应速率和化学平衡的综合计算
1.解题步骤
(1)写出涉及的可逆反应的化学方程式。
(2)找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量,哪些是未知量,按“三段式”列出。
(3)根据问题建立相应的关系式进行计算。
2.注意几个物理量的计算
(1)算转化率用变化的物质的量(Δn)或浓度变化(Δc)计算。
(2)算反应速率用变化的物质的量浓度除以时间计算。
(3)算平衡常数用平衡浓度计算。
(2012·海南高考)已知A(g)+B(g)
C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:
温度/℃
700
800
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题:
(1)该反应的平衡常数表达式K=_______,ΔH_______0(填“<”、“>”“=”)。
(2)830℃时,向一个5L的密闭容器中充入0.20molA和0.80mol的B,如反应初始6s内A的平均反应速率v(A)=0.003mol·L-1·s-1,则6s时c(A)=______mol·L-1,C的物质的量为________mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为________,如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气,平衡时A的转化率为________。
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为________(填正确选项前的字母)。
a.压强不随时间改变
b.气体的密度不随时间改变
c.c(A)不随时间改变
d.单位时间里生成C和D的物质的量相等
(4)1200℃时反应C(g)+D(g)
A(g)+B(g)的平衡常数的值为________。
【解析】
(1)因平衡常数随温度的升高而降低,因而ΔH<0;
(2)c(A,起)=0.20mol/5L=0.04mol/L,由V(A)可得Δc(A)=0.018mol/L,c(A,末)=c(A,起)-Δc(A)=0.022mol/L;或直接写“三段式”可得计算所需数据;因体积没变,加入的氩气不引起各物质浓度变化,因而转化率不变;(3)a、b、d本来就是不会随反应变化的量,不能作为平衡的标志。
【答案】
(1)
<
(2)0.022 0.09 80% 80% (3)c (4)2.5
考向1 平衡状态各组分含量的计算
4.对于可逆反应A(g)+2B(g)
3C(g)+D(s),在1L密闭容器中加入2molA和4molB,恒温恒容时达到化学平衡,A的物质的量为1mol,则下列说法正确的是( )
A.若起始加入6molC和4molD,则达到化学平衡时,各种气体的物质的量之比为1∶2∶1
B.若起始加入3molC和0.5molD,则达到化学平衡时,各种气体的物质的量分数之比为1∶2∶3
C.该可逆反应达平衡时,A、B的转化率相等
D.若向密闭容器中再加入10gA气体,则容器中气体总质量也增加10g
【解析】 先分析起始加入2molA和4molB时,平衡体系中A、B、C的物质的量。
A(g)+ 2B(g)
3C(g)+ D(s)
起始量 2mol 4mol 0 0
转化量1mol2mol3mol1mol
平衡量1mol2mol3mol1mol
若投料6molC和4molD,由于D是固体,投料与原投料等效,各种气体的物质的量之比为1∶2∶3,A项错误;若通入3molC和0.5molD,投料相当于原投料的一半,平衡时3种气体的物质的量分别为0.5mol、1mol、1.5mol,其中平衡体系中D完全转化为A、B,不符合反应特征,B项错误;由于该反应反应物的投料比等于化学计量系数比,所以反应物的转化率相等,C项正确;加入10gA,由于平衡正向移动,生成固体D,气体总质量增加少于10g,D项错误。
【答案】 C
考向2 与转化率有关的综合计算
5.某温度下,在一个2L的密闭容器中加入4molA和2molB进行如下反应:
3A(g)+2B(g)
4C(s)+D(g),反应2min后达到平衡,测得生成1.6molC,下列说法正确的是( )
A.前2minD的平均反应速率为0.2mol·L-1·min-1
B.此时,B的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,平衡不移动,化学平衡常数不变
D.增加B,平衡向右移动,B的平衡转化率增大
【解析】 生成1.6molC的同时消耗0.8molB、生成0.4molD,则前2min,v(D)=
=0.1mol·L-1·min-1,B的平衡转化率为
×100%=40%,A错、B对;增大该体系的压强,平衡向正反应方向移动,但平衡常数不变,C错;增加B,平衡向右移动,A的平衡转化率增大但B的平衡转化率减小,D错。
【答案】 B
化学反应方向的判断
(1)对于ΔH>0,ΔS>0的吸热反应,高温下反应可自发进行。
(2)对于ΔH<0,ΔS<0的放热反应,低温下反应可自发进行。
(3)对ΔH>0,ΔS<0的吸热反应,任何条件下都不自发进行。
(2011·浙江高考节选)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s)
2NH3(g)+CO2(g)
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/mol·L-1
2.4×10-3
3.4×10-3
4.8×10-3
6.8×10-3
9.4×10-3
(1)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25.0℃下达到分解平衡。
若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量________(填“增加”、“减少”或“不变”)。
(2)氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH____0(填“>”、“=”或“<”),熵变ΔS_____0(填“>”、“=”或“<”)。
【解析】
(1)恒温下压缩容器体积,气体压强增大,平衡逆向移动,氨基甲酸铵固体的质量增加。
(2)由表中数据可知,升高温度平衡正向移动,说明正反应是吸热的,即焓变ΔH>0,由于气体的量增加,熵变ΔS>0。
【答案】
(1)增加
(2)> >
考向 化学反应进行方向的判断的有关分析
6.下列说法正确的是________。
A.ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行
B.NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57kJ/mol能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,可以改变化学反应进行的方向
E.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
F.一定温度下,反应MgCl2(l)
Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
【解析】 ΔH<0、ΔS>0,则ΔG<0,任何温度下反应都能自发进行,A错误,B正确;用焓变和熵变判断反应的自发性,都有例外,故都不能单独作为反应自发性的判据,而应用复合判据,C错误;使用催化剂只能降低反应的活化能,不能改变反应的方向,D错误;CaCO3(s)分解为吸热,ΔH>0,E错;MgCl(l)分解生成Cl2(g),ΔS>0,ΔH>0,F正确。
【答案】 BF
化学平衡计算——“三段式”答题模板
(2013·新课标全国卷Ⅱ)在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度进行如下反应:
A(g)
B(g)+C(g) ΔH=+85.1kJ·mol-1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为_________________________________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为________,平衡时A的转化率为________,列式并计算反应的平衡常数K_______________________________________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总=________mol,n(A)=________mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算:
a=________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c(A)/(mol·L-1)
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是_____,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为______mol·L-1。
规范答案
(1)升高温度、降低压强
(2)(
-1)×100% 94.1%
A(g)
B(g) + C(g)
0.10 0 0
K=
≈1.5mol·L-1
(3)①0.10×
0.10×(2-
) ②0.051 达到平衡前每间隔4h,c(A)减少约一半 0.013
答题模板
如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mx,容器容积为VL。
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始(mol)ab00
变化(mol)mxnxpxqx
平衡(mol)a-mxb-nxpxqx
则有:
①K=
②对于反应物:
n(平)=n(始)-n(变);
对于生成物:
n(平)=n(始)+n(变)。
③c平(A)=
。
④α(A)平=
×100%,α(A)∶α(B)=
∶
=
。
⑤φ(A)=
×100%。
思维流程
①写出有关化学平衡的方程式。
②确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
③根据已知条件建立等式关系进行解答
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- 高考化学大一轮复习讲义知识梳理+基础验收+明确考向第七章 第三节 化学平衡常数化学反应进行的方向 高考 化学 一轮 复习 讲义 知识 梳理 基础 验收 明确 第七 三节 化学平衡 常数 化学反应 进行
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