化學第七章 化學反應速率和化學平衡 7.3 化學平衡常數(shù) 化學反應進行的方向

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1、第三節(jié)化學平衡常數(shù) 化學反應進行的方向考點一化學平衡常數(shù)【基礎回顧】1.概念:在一定溫度下,一個可逆反應達到_,生成物_與反應物_的比值是一個常數(shù),用符號K表示?；瘜W平衡時濃度冪之積濃度冪之積2.表達式:對于一般的可逆反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定溫度下達到平衡時,K=_pqmnc (C) c (D)c (A) c (B) 3.意義及影響因素:意意義義K值越大值越大正反應進行的程度正反應進行的程度_反應物的轉(zhuǎn)化率反應物的轉(zhuǎn)化率_影影響響因因素素內(nèi)因內(nèi)因反應物的性質(zhì)反應物的性質(zhì)外外因因溫溫度度升升高高H0,0,0,K值增大值增大越大越大【思維診斷】 (正確的打“”,錯

2、誤的打“”)(1)平衡常數(shù)表達式中,物質(zhì)的濃度可以是任一時刻的濃度。()提示:。平衡常數(shù)表達式中,物質(zhì)的濃度應是達到平衡狀態(tài)時的平衡濃度。(2)化學平衡發(fā)生移動,平衡常數(shù)一定改變。()提示:。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),改變溫度引起的化學平衡移動,平衡常數(shù)一定改變,其他條件引起的化學平衡發(fā)生移動平衡常數(shù)不變。(3) 可逆反應2A(s)+ B(g) 2C(g)+3D(g)的平衡常數(shù)為K= 。 ()提示:。固體和純液體的濃度不變,故不寫入平衡常數(shù)的表達式,該反應的平衡常數(shù)應為K= 。 23c C c Dc B 232c C c Dc A c B(4)對于反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),

3、升高溫度,K值減小,則H0。()提示:。升溫,K值減小,說明升溫,平衡逆向移動,即HT1【解析】選D。A項,容器中平衡時, c(O2)=0.2 molL-1,則c(NO)=20.2 molL-1=0.4 molL-1,c(NO2)= 0.6 molL-1-20.2 molL-1=0.2 molL-1,則平衡常數(shù)K=0.8,錯誤;B項,中反應開始時Qc0.56K,反應繼續(xù)向逆反應方向進行,NO進一步減少,達到平衡的NO的體積分數(shù)小于50%,錯誤;D項,容器中,T1時,平衡常數(shù)為K=0.8,T2時,k正=k逆,反應達平衡時,v(正)=v(逆),即k正c2(NO2)=k逆c2(NO)c(O2),得2

4、20.40.30.1c2(NO2)=c2(NO)c(O2),K= =1,平衡常數(shù)增大,反應正向移動,該反應為吸熱反應,則應升高溫度,即T2T1,正確。 2222c NO c Oc NO【母題變式】(1)T1時,2NO(g)+O2 (g) 2NO2(g)的平衡常數(shù)=_。 提示:正、逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù),2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g)的平衡常數(shù)為0.8,2NO(g)+O2 (g) 2NO2(g)的平衡常數(shù)= =1.25。10.8(2)容器、中,NO2的轉(zhuǎn)化率:_(選填“”“。容器中平衡時, NO2的轉(zhuǎn)化率為 若容器中NO2的轉(zhuǎn)化率也為 ,110.4 mol L2,0.6 mol L

5、3232NO2(g) 2NO(g)+O2 (g)起始(molL-1)0.30.50.2轉(zhuǎn)化(molL-1)0.20.20.1平衡(molL-1)0.10.70.3Qc=14.7K=0.8,反應向逆反應方向進行,NO2增加,NO2的轉(zhuǎn)化率減小。【歸納提升】化學平衡常數(shù)的三大應用(1)判斷、比較可逆反應進行的程度。一般來說,一定溫度下的一個具體的可逆反應:K值越大,反應進行的程度越大;一般來說,K105時認為反應進行比較完全。(2)判斷正在進行的可逆反應的反應方向以及反應是否達到平衡。(3)判斷可逆反應的反應熱。角度二 “三段式”法計算化學平衡常數(shù)【典題2】(2018宜春模擬)N2O5是一種新型硝

6、化劑,一定溫度下發(fā)生2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) H0 ,T1溫度下的部分實驗數(shù)據(jù)如表,則下列說法錯誤的是導學號79100111()A.500 s內(nèi)N2O5分解速率為2.9610-3molL-1s-1B.T1溫度下的平衡常數(shù)為K1=125,1 000 s時轉(zhuǎn)化率為50% C.其他條件不變時，T2溫度下反應到1 000 s時測得N2O5(g)濃度為2.98 molL-1，則T1T2，則K1K2【探微題眼】題眼題眼信息推斷信息推斷破題秘籍破題秘籍升高溫度平衡升高溫度平衡右移右移改變溫度平衡濃改變溫度平衡濃度增大度增大, ,則溫度升則溫度升高高濃度大于濃度大于2.5 molL2.5

7、molL-1-1反應達到平衡反應達到平衡利用利用“三段式三段式”根據(jù)表格數(shù)據(jù)根據(jù)表格數(shù)據(jù), ,求求解平衡常數(shù)解平衡常數(shù)題眼題眼信息推斷信息推斷破題秘籍破題秘籍推算變化濃度推算變化濃度利用利用“三段式三段式”根據(jù)轉(zhuǎn)化率根據(jù)轉(zhuǎn)化率, ,驗算驗算平衡常數(shù)數(shù)值是平衡常數(shù)數(shù)值是否正確否正確K只與溫度有只與溫度有關(guān)關(guān)反應吸熱反應吸熱, ,升高溫升高溫度度K值增大值增大【解析】選C。2N2O5(g) 4NO2(g)+ O2(g)起始濃度(molL-1)5.00 0 0變化濃度(molL-1)1.48 2.960.74500 s濃度(molL-1)3.52所以,500 s內(nèi)N2O5分解速率為 =2.9610-

8、3molL-1s-1,A正確;T1溫度下1 000 s時轉(zhuǎn)化率若為50%,則11.48 mol L500 s 2N2O5(g) 4NO2(g)+ O2(g)起始濃度(molL-1)5.00 0 0變化濃度(molL-1)2.50 5.00 1.25平衡濃度(molL-1)2.50 5.00 1.25則K1= =125,B正確;其他條件不變時,T2溫度下反應到1 000 s時測得N2O5(g)濃度為2.98 molL-1,比T1溫度下濃度高,則說明在溫度為T2時,平衡向逆反應方向移動,因正反應方向為吸熱反應,所以降溫平衡將向放熱反應方向即逆反應方向移動,C錯誤;升高溫度平衡正向移動,K增大,D正

9、確。421.25 5.002.50【歸納提升】“三段式法”贏定化學平衡計算問題“三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時,要注意清楚有條理地列出起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量,按題目要求進行計算,同時還要注意單位的統(tǒng)一。(1)計算步驟。(2)注意事項。注意反應物和生成物的濃度關(guān)系:反應物:c(平)=c(始)-c(變);生成物:c(平)=c(始)+c(變)。利用(混)= 計算時要注意m(總)應為氣體的質(zhì)量,V應為反應容器的體積,n(總)應為氣體的物質(zhì)的量。m( )m( )MVn( )總總和 總起始濃度、平衡濃度不一定呈現(xiàn)化學計量數(shù)比,但物質(zhì)之間是按化學計量數(shù)反應和生成的,故各物質(zhì)的濃度變

10、化之比一定等于化學計量數(shù)比,這是計算的關(guān)鍵。(3)化學平衡常數(shù)計算“四要求”。有關(guān)K的計算要明確題目要求,一般有四種情況:寫出K的表達式只要求寫出化學平衡常數(shù)的表達式。寫出K的計算式只要求寫出K的計算式而不要求計算結(jié)果。列式計算K寫出K的計算式(計算過程)并求出最后計算結(jié)果。求K的數(shù)值只要直接給出K的計算結(jié)果即可。另外,還要注意看計算時是否要求帶單位,若無特別要求,一般不用帶單位?！绢}組過關(guān)】1. (RJ選修4P32改編題)某溫度下,將2 mol A和4 mol B充入體積為1 L密閉容器中,發(fā)生反應:A(s)+3B(g) C(g),5 min后達到平衡,B的濃度為1 molL-1,則下列敘述

11、正確的是導學號79100112()A.平衡常數(shù)的表達式為K= B.5 min內(nèi)v(A)=0.2 molL-1min-1C.B的轉(zhuǎn)化率為75%D.增大壓強,該反應向正反應方向進行,平衡常數(shù)增大 3c Cc A c B【解析】選C。固體和純液體的濃度不變,故不寫入平衡常數(shù)的表達式,不能表示化學反應速率,A、B錯誤;達到平衡時,B的濃度為1 molL-1,則B的轉(zhuǎn)化量為3 mol,B的轉(zhuǎn)化率=(3 mol4 mol)100%=75%,C正確;平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),增大壓強,該反應向正反應方向進行,但平衡常數(shù)不變,D錯誤。2.(2018福州模擬)某溫度下2 L密閉容器中3種氣體起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)時的物

12、質(zhì)的量(n)如表所示,下列說法正確的是導學號79100113()X XY YW Wn n( (起始狀態(tài)起始狀態(tài))/mol)/mol2 21 10 0n n( (平衡狀態(tài)平衡狀態(tài))/mol)/mol1 10.50.51.51.5A.該溫度下,此反應的平衡常數(shù)表達式是K= B.其他條件不變,升高溫度,若W的體積分數(shù)減小,則此反應H0C.其他條件不變,使用催化劑,正、逆反應速率和平衡常數(shù)均增大,平衡不移動D.其他條件不變,當密閉容器中混合氣體密度不變時,表明反應已達到平衡 23c X c Yc W【解析】選B。由表知,X、Y是反應物,W是生成物,且n(X) n(Y) n(W)=2 1 3,化學方程式

13、為2X+Y 3W,反應的平衡常數(shù)表達式是K= ,A錯誤;升高溫度,若W的體積分數(shù)減小,說明平衡向逆反應方向移動,則此反應的H0,請回答下列問題:(1)在某溫度下,反應物的起始濃度分別為c(M)=1 molL-1,c(N)=2.4 molL-1;達到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為60%,此時N的轉(zhuǎn)化率為_。 (2)若反應溫度升高,M的轉(zhuǎn)化率_(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)若反應溫度不變,反應物的起始濃度分別為c(M)=4 molL-1,c(N)=a molL-1;達到平衡后,c(P)=2 molL-1,a=_。 (4)若反應溫度不變,反應物的起始濃度為c(M)=c(N) =b molL-1,達

14、到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為_。 【解析】(1)M(g)+N(g) P(g)+Q(g)始態(tài)/molL-1 1 2.4 0 0變化量/molL-1 160% 160%因此N的轉(zhuǎn)化率為 100%=25%。111 mol L60%2.4 mol L(2)由于該反應的H0,即該反應為吸熱反應,因此升高溫度,平衡右移,M的轉(zhuǎn)化率增大。(3)根據(jù)(1)可求出各平衡濃度:c(M)=0.4 molL-1,c(N)=1.8 molL-1,c(P)=0.6 molL-1,c(Q)=0.6 molL-1,因此化學平衡常數(shù)K= c P c Q0.6 0.61 c M c N0.4 1.82由于溫度不變,因此K不變,新狀態(tài)達

15、到平衡后c(P)=2 molL-1c(Q)=2 molL-1c(M)=2 molL-1c(N)=(a-2) molL-1K= 解得a=6。 c P c Q2 21 c M c N2a 22(4)設M的轉(zhuǎn)化率為x,則達到平衡后各物質(zhì)的平衡濃度分別為c(M)=b(1-x) molL-1c(N)=b(1-x) molL-1c(P)=bx molL-1c(Q)=bx molL-1K= 解得x41%。答案:(1)25%(2)增大(3)6(4)41% c P c Qbx bx1c M c Nb 1 x b 1 x2【加固訓練】某溫度T1時,向容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的H2和I2(g),發(fā)生反

16、應:H2(g)+I2(g) 2HI(g),反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)見下表(表中t2t1)。反應時間反應時間/min/minn n(H(H2 2)/mol)/moln n(I(I2 2)/mol)/mol0 00.90.90.30.3t t1 10.80.8t t2 20.20.2下列說法正確的是()A.反應在t1 min內(nèi)H2的平均速率為v(H2)= molL-1min-1B.保持其他條件不變,向平衡體系中再通入0.20 mol H2,與原平衡相比,達到新平衡時I2(g)轉(zhuǎn)化率增大,H2的體積分數(shù)不變10.1tC.保持其他條件不變,起始時向容器中充入的H2和I2(g)都為0.5 mol,達到平

17、衡時n(HI)=0.2 molD.升高溫度至T2時,上述反應平衡常數(shù)為0.18,則正反應為吸熱反應【解析】選C。由表中數(shù)據(jù)可知,t1 min內(nèi)參加反應的H2的物質(zhì)的量為0.9 mol-0.8 mol=0.1 mol,故v(H2)= molL-1min-1,故A錯誤;保持其他條件不變,向平衡體系中再通入0.20 mol H2,與原平衡相比,H2的體積分數(shù)增大,H2的濃度增大,平衡正向移動,故I2(g)轉(zhuǎn)化率增大,故B錯誤;110.1 mol0.052 Lt mintt1時,H2(g)+I2(g) 2HI(g)起始/mol 0.9 0.3 0轉(zhuǎn)化/mol 0.1 0.1 0.2平衡/mol 0.8

18、 0.2 0.2平衡常數(shù)K= 2220.2 0.2c HI220.250.8 0.2c Hc I22t2時, H2(g)+ I2(g) 2HI(g)起始/mol 0.5 0.5 0轉(zhuǎn)化/mol x x 2x平衡/mol 0.5-x 0.5-x 2xK= =0.25,解得x=0.1,故平衡時n(HI)=0.1 mol2=0.2 mol,故C正確;升高溫度至T2時,上述反應平衡常數(shù)為0.183.化學反應方向的判據(jù):降低增大能自發(fā)進行達到平衡狀態(tài)不能自發(fā)進行【思維診斷】(正確的打“”,錯誤的打“”)(1)凡是放熱反應都是自發(fā)的,因為吸熱反應都是非自發(fā)的。()提示:。有些吸熱反應也是自發(fā)的,如碳酸銨的

19、分解反應。(2)自發(fā)過程的熵一定增大,非自發(fā)過程的熵一定減小。 ()提示:。不一定,如-10 時液態(tài)水能自動結(jié)冰為固態(tài)就是一個熵減的過程。(3)NH4HCO3(g)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)H=+185.57 kJmol-1能自發(fā)進行,原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向。()提示:。從焓判據(jù)的角度分析該反應不能自發(fā)進行,但該反應能自發(fā)進行的原因是該反應熵增。(4)放熱過程有自發(fā)進行的傾向性,但并不一定能自發(fā)進行,吸熱過程沒有自發(fā)進行的傾向性,但在一定條件下也可自發(fā)進行。()提示:。自發(fā)反應的發(fā)生,有時也需要條件引發(fā),如木炭的燃燒需要點燃。(5)H0的反應在溫度低時不

20、能自發(fā)進行。()提示:。H0,H-TS一定小于0,反應一定能夠自發(fā)進行。(6)在其他外界條件不變的情況下,使用催化劑,可以改變化學反應進行的方向。()提示:。使用催化劑,只能改變反應的速率,不能改變化學反應進行的方向。【題組過關(guān)】1.(2018西安模擬)下列有關(guān)化學反應方向及其判據(jù)的說法中正確的是()A.非自發(fā)反應就是不可能發(fā)生的反應,自發(fā)反應就是能較快進行的反應 B.高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應C.由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù),將更適合于所有的過程D.反應NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,說明該反應的H0【解析】選C。A項,非自發(fā)反應在

21、一定條件下也能發(fā)生,自發(fā)反應進行的也不一定較快,錯誤;B項,石墨轉(zhuǎn)化為金剛石,H0,該反應是非自發(fā)進行的化學反應,錯誤;C項,焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù),只要G=H-TS0,反應就不能自發(fā)進行,正確;D項,反應NH3(g)+HCl(g) =NH4Cl(s)在低溫下能自發(fā)進行,G=H-TS0,從方程式知TS0,說明H液態(tài)熵值固態(tài)熵值,狀態(tài)都是氣態(tài)時,看物質(zhì)的量的多少,物質(zhì)的量越多,熵值越大。故減小,無明顯變化,增加,減小;KNO3溶于水時,自由移動離子數(shù)目增多,因此熵值變大。(2)根據(jù)已知數(shù)據(jù)求得S=107.0 J mol-1 K-1-39.75 Jmol-1K-1-256.65 Jmol

22、-1K-1=-189.4 Jmol-1K-1,H -TS=-401.9 kJmol-1-298 K(-189.410-3 kJmol-1K-1)=-345.46 kJmol-1,所以反應在常溫下能自發(fā)進行。令H-TS=0,可求得T=2 122 K,即反應的轉(zhuǎn)折溫度較高,因此用CaO(s)吸收高爐廢氣中的SO3氣體以防止SO3污染環(huán)境是可行的。答案:(1)減小無明顯變化增加減小增加(2)能【加固訓練】1.下列有關(guān)說法不正確的是 ()A. Na與H2O的反應是熵增的放熱反應,該反應能自發(fā)進行B.某吸熱反應能自發(fā)進行,因此該反應是熵增反應C.2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常

23、溫下能自發(fā)進行,則該反應的H0D.反應NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行,則該反應的H0【解析】選C。根據(jù)H-TS0反應能自發(fā)進行可知,放熱(H0)反應能自發(fā)進行。A項,熵增的放熱反應能自發(fā)進行,正確;B項,吸熱反應H0,能自發(fā)進行H-TS0,正確;C項,常溫下能自發(fā)進行,則該反應的H0,錯誤;D項,該反應是熵減的反應S0,在室溫下可自發(fā)進行,則該反應的H0,正確。2. 某化學反應其H=-122 kJmol-1,S= 231 Jmol-1K-1,則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進行()A.在任何溫度下都能自發(fā)進行B.在任何溫度下都不能自發(fā)進行C.僅在高溫下自發(fā)進行D.僅在低溫下自發(fā)進行【解析】選A。反應自發(fā)進行,因G=H-TS=-122 kJmol-1-T23110-3 kJmol-1K-10,則T取任意溫度。