全国通用版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Word格式.docx
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反应①：
CO（g）＋CuO（s）CO2（g）＋Cu（s） K1
反应②：
H2（g）＋CuO（s）Cu（s）＋H2O（g） K2
反应③：
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） K3
（1）反应①的平衡常数表达式为 K1＝
，反应2CO（g）＋2CuO（s）2CO2（g）＋2Cu（s）的平衡常数K4与K1的关系是__K4＝K
__。
（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。
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）cC（g）＋dD（g），在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
Qc＝
Qc
3．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。
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]（2018·
银川模拟）已知，相关数据见下表：
编号
化学方程式
平衡常数
温度
979K
1173K
Ⅰ
Fe（s）＋CO2（g）FeO（s）＋CO（g）
K1
1.47
2.15
Ⅱ
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）
K2
1.62
b
Ⅲ
Fe（s）＋H2O（g）FeO（s）＋H2（g）
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VL。
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
则有：
1．K＝
。
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＝
＝
4．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）＝
∶
5．A的体积（物质的量）分数：
φ（A）＝
100%。
6.
[例2]在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）＋Y（g）M（g）＋N（g），所得实验数据如下表：
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n（X）
n（Y）
n（M）
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.080
③
0.20
0.30
④
900
0.15
下列说法正确的是（ C ）
A．实验①中，若5min时测得n（M）＝0.050mol，则0至5min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）＝1.0×
10－2mol/（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，所以该反应的正反应是放热反应。
实验①中，0～5min内，v（N）＝v（M）＝
＝1×
10－3mol/（L·
min），A项错误；
实验②中，达到平衡时，c（X）＝（0.1－0.08）mol/10L＝0.002mol/L，c（Y）＝（0.4－0.08）mol/10L＝0.032mol/L，c（M）＝c（N）＝0.08mol/10L＝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，K＝
＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12mol，X的平衡转化率为
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）＝0.06mol，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：
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
D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
A
忽略了反应条件为恒压，充入惰性气体时，气体的物质的量增大，体积必然随之膨胀，导致反应物与生成物的分压减小，即相当于在原平衡的基础上减压
－6
[解析]A项，550℃时，若充入惰性气体，体积增大，反应体系中反应物和产物的分压均减小，v正、v逆均减小，平衡右移；
B项，650℃时，设CO2起始体积为1L，平衡后转化体积为xL，则：
C（s）＋CO2（g）2CO（g）
起始体积/L 1 0
转化体积/L x 2x
平衡体积/L 1－x 2x
平衡时CO的体积分数为40%，则
＝40%，x＝0.25，则CO2的转化率为25.0%；
C项，由图像知，T℃平衡时，CO2和CO的体积分数相等，若充入等体积的CO2和CO，由于在恒压容器中，则平衡不移动；
D项，925℃时，平衡时CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数为4%，则Kp＝
＝23.04p总。
[答案]B
1．（2017·
全国卷Ⅰ节选）H2S与CO2在高温下发生反应：
H2S（g）＋CO2（g）COS（g）＋H2O（g）。
在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
（1）H2S的平衡转化率α1＝__2.5__%，反应平衡常数K＝__2.8×
10－3__。
（2）在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2__＞__α1，该反应的ΔH__＞__0（填“>
”“<
”或“＝”）。
（3）向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是__B__（填标号）。
A．H2S B．CO2
C．COS D．N2
解析
（1）用三段式法计算：
该反应是等气体分子数反应，平衡时n（H2O）＝0.02×
0.50mol＝0.01mol。
H2S（g）＋CO2（g）COS（g）＋H2O（g）
起始/mol 0.40 0.10 00
转化/mol 0.01 0.01 0.010.01
平衡/mol 0.39 0.09 0.010.01
α1（H2S）＝
100%＝2.5%。
对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：
K＝
≈2.8×
10－3。
（2）总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大，即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。
（3）充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确。
1．
（1）硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O。
250℃时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为__NH4NO3
N2O↑＋2H2O↑__，平衡常数表达式为__K＝c（N2O）·
c2（H2O）__；
若有1mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为__4__mol。
（2）已知t℃时，反应FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）的平衡常数K＝0.25。
①t℃时，反应达到平衡时n（CO）∶n（CO2）＝__4∶1__。
②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。
此时FeO（s）的转化率为50%，则x＝__0.05__。
2．（2016·
浙江卷）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。
研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。
反应的热化学方程式如下：
CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH1＝－53.7kJ·
mol－1 Ⅰ
CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g） ΔH2 Ⅱ
某实验室控制CO2和H2的初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
T/K
催化剂
CO2转化率/%
甲醇选择性/%
543
Cat.1
12.3
42.3
Cat.2
10.9
72.7
553
15.3
39.1
12.0
71.6
[备注]Cat.1：
Cu/ZnO纳米棒；
Cat.2：
Cu/ZnO纳米片；
甲醇选择性：
转化的CO2中生成甲醇的百分比。
①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0kJ·
mol－1和－285.8kJ·
mol－1；
②H2O（l）===H2O（g） ΔH3＝＋44.0kJ·
mol－1。
请回答（不考虑温度对ΔH的影响）：
（1）反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝
；
反应Ⅱ的ΔH2＝__＋41.2__kJ·
（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有__CD__（填字母）。
A．使用催化剂Cat.1
B．使用催化剂Cat.2
C．降低反应温度
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．增大CO2和H2的初始投料比
（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是__表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应1的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响__。
（4）在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。
如图所示
（5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在__阴__极，该电极的反应式是__CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O__。
解析
（1）反应CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）的ΔH＝H2标准燃烧热－CO标准燃烧热＋ΔH3＝－285.8kJ·
mol－1＋283.0kJ·
mol－1＋44.0kJ·
mol－1＝＋41.2kJ·
（2）使用催化剂对化学平衡移动没有影响；
降低温度平衡正向移动，有利于提高CO2的转化率；
增加反应物浓度平衡正向移动，也有利于提高CO2的转化率；
增大CO2与H2的初始投料比，能提高H2的转化率，CO2的转化率降低。
（4）综合表中CO2转化率和甲醇选择性数据可知，Cat.2的催化效率比Cat.1的高，故Cat.2能更好地降低反应Ⅰ的活化能。
（5）CO2转化为CH3OH是还原反应，所以在阴极上发生，相应的电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。
考点二 化学反应进行的方向（见学用讲义P150）
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__放出__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．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。
3．化学反应方向的判据
（1）焓判据
放热过程中体系能量__降低__，ΔH__＜__0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。
（2）熵判据
①熵：
描述体系__混乱__程度的物理量，符号为__S__。
熵值越大，体系混乱度__越大__。
②常见的熵增过程
a．气体的扩散；
b．不同状态的同一种物质：
S（g）__>
__S（l）__>
__S（s）；
c．反应前无气体，反应后有气体产生的过程；
d．反应前后都有气体，但气体的物质的量增加的反应。
③熵判据：
体系的混乱度__增大__，ΔS>
0，反应有自发进行的倾向。
但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。
（3）复合判据
在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ΔG＝ΔH－TΔS。
当ΔG＝ΔH－TΔS
（1）ΔH<
0、ΔS>
0的反应在温度低时不能自发进行。
（2）NH4HCO3（g）===NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g） ΔH＝＋185.57kJ·
mol－1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。
（3）一定温度下，反应MgCl2（l）Mg（l）＋Cl2（g）的ΔH>
0、ΔS>
0。
（4）反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<
（5）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。
2．下列反应中，熵显著增加的反应是（ B ）
A．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）
B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
C．C（s）＋O2（g）===CO2（g）
D．2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔG＝ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
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
[例1]已知碳酸钙的分解①CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）仅在高温下自发进行；
氯酸钾的分解②2KClO3（s）===2KCl（s）＋3O2（g）在任何温度下都自发进行。
下面有几组焓变数据，其中可能正确的是（ B ）
A．ΔH1＝－178.32kJ·
mol－1 ΔH2＝－78.3kJ·
mol－1
B．ΔH1＝＋178.32kJ·
C．ΔH1＝－178.32kJ·
mol－1 ΔH2＝＋78.3kJ·
D．ΔH1＝＋178.32kJ·
[例1]下列有关说法正确的是（ ）
A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀
B．2NO（g）＋2CO（g）===N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>
C．加热0.1mol·
L－1Na2CO3溶液，CO
的水解程度和溶液的pH均增大
D．对于乙酸与乙醇的酯化反应（ΔH<
0），加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大
B
此反应的ΔS<
0，ΔG＝ΔH－T·
ΔS，记错结论，误以为ΔG>
0为自发反应
－4
[解析]在海轮外壳附着一些铜，形成铁铜原电池，铁比铜活泼，铁被腐蚀，A项错误；
题中已知的反应是一个熵减的反应，若常温下能自发进行，则需要ΔH<
0，B项错误；
碳酸钠水解吸热，加热促进水解，氢氧根离子浓度增大，碱性增强，C项正确；
因为此反应放热，加热平衡逆向移动，平衡常数减小，D项错误。
[答案]C
1．下列说法不正确的是（ C ）
A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
B．饱和Na2SO4溶液或浓硝酸均可使蛋白质溶液产生沉淀，但原理不同
C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同
D．Mg（OH）2固体在溶液中存在平衡：
Mg（OH）2（s）Mg2＋（aq）＋2OH－（aq），该固体可溶于NH4Cl溶液
（1）（2017·
江苏卷）反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的ΔH<
0，ΔS＞0。
（2）C3H6（g）＋NH3（g）＋
O2（g）===C3H3N（g）＋3H2O（g）ΔH＝－515kJ·
mol－1和C3H6（g）＋O2（g）===C3H4O（g）＋H2O（g） ΔH＝－353kJ·
mol－1两个反应在热力学上趋势均很大。
（3）反应CO2（g）＋C（s）===2CO（g）的ΔS>
0，ΔH<
（4）某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。
课时达标 第27讲（见课时达标P41）
1．（2018·
甘肃兰州联考）煤的气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。
最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH3OH。
（1）如图甲是反应CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1__>
__K2（填“＞”“＜”或“＝”）。
②由CO合成甲醇时，CO在250℃、300℃、350℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如图乙所示，则曲线c所表示的温度为__350__℃。
实际生产条件控制在250℃、1.3×
104kPa左右，选择此压强的理由是__250℃时，1.3×
104kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不多，而生产成本增加很多，得不偿失__。
③以下有关该反应的说法正确的是__AD__（填字母）。
A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡
B．一定条件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡
C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率
D．某温度下，将2molCO和6molH2充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）＝0.2mol·
L－1，则CO的转化率为80%
（2）一定温度下，向2L固定体积的密闭容器中加入1molCH3OH（g），发生反应：
CH3OH（g）CO（g）＋2H2（g）。
H2的物质的量随时间变化的曲线如图丙所示。
①0～2min内的平均反应速率v（CH3OH）＝__0.125mol·
L－1·
min－1__。
该温度下，反应CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）的平衡常数K＝__4__。
②相同温度下，若开始时加入CH3OH（g）的物质的量是原来的2倍，则__D__（填字母）是原来的2倍。
A．平衡常数
B．CH3OH的平衡浓度
C．达到平衡的时间
D．平衡时气体的密度
解析
（1）①由图可知，T2>
T1，升高温度，CO的转化率降低，说明正反应为放热反应，升高温度时K减小，所以K1>
K2。
②相同压强下，曲线c对应的转化率最低，则其对应的温度最高，所以曲线c所表示的温度为350℃。
（2）①0～2min内n（H2）的改变量为1.0mol，浓度的变化量为0.5mo
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