高考化学学案鲁科版 第7章 化学反应的方向限度与速率 第1节 化学反应的方向限度学案.docx
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高考化学学案鲁科版第7章化学反应的方向限度与速率第1节化学反应的方向限度学案
第1节 化学反应的方向、限度
考纲定位
全国卷5年考情
1.了解化学平衡常数（K）的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
2.能正确计算反应的平衡转化率（α）。
3.了解化学反应进行的方向判断。
2017年：
Ⅰ卷T28（3）；Ⅲ卷T28（4）
2016年：
Ⅰ卷T27
（2）；Ⅱ卷T27（1、2）；Ⅲ卷T26（3）
2015年：
Ⅰ卷T28（4）；Ⅱ卷T27
（2）
2014年：
Ⅰ卷T28（3）；Ⅱ卷T26（1、2）
2013年：
Ⅱ卷T28（2、3）
考点1|化学反应进行的方向
（对应学生用书第131页）
[考纲知识整合]
1．自发过程
（1）含义
在一定条件下，不需要借助于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，体系有从有序自发地转变为无序的倾向（无序体系更加稳定）。
2．自发反应
在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
提醒：
自发反应（过程）指的是在一定条件下自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
3．化学反应方向
（1）三个判据
提醒：
（1）熵：
衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·mol－1·K－1。
（2）熵的大小：
a.同种物质，由固态→液态→气态是一个熵增的过程，即S（g）＞S（l）＞S（s）。
b．气体分子数增大的反应的ΔS＞0。
（2）一般规律
①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行；②ΔH>0，ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行；③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。
当ΔH<0，ΔS<0时低温下反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
说明：
对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的系数大小。
[高考命题点突破]
命题点 化学反应方向的判断
1．下列说法正确的是________（填序号）。
【导学号：
95160190】
（1）电解质溶解于水的ΔS＜0
（2）碳、硫燃烧的ΔS＞0，ΔH＜0
（3）CaCO3（s）加热分解的ΔS＜0，ΔH＞0
（4）2AB（g）C（g）＋3D（g）的反应高温有利于自发进行，则反应的ΔH＞0
（5）凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
（6）－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性
（7）常温下，反应C（s）＋CO2（g）2CO（g）不能自发进行，则该反应的ΔH>0
（8）反应2Mg（s）＋CO2（g）===C（s）＋2MgO（s）能自发进行，则该反应的ΔH>0
【答案】
（2）（4）（7）
2．
（1）2NO（g）＋2CO（g）2CO2（g）＋N2（g）。
反应能够自发进行，则反应的ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。
（2）（2016·全国Ⅱ卷，改编）①C3H6（g）＋NH3（g）＋
O2（g）===C3H3N（g）＋3H2O（g） ΔH＝－515kJ·mol－1
②C3H6（g）＋O2（g）===C3H4O（g）＋H2O（g） ΔH＝－353kJ·mol－1，上述①②反应在热力学上趋势均很大的原因是_____________________________，
其中反应ΔS>0的是反应________。
【答案】
（1）＜
（2）①②反应均为放热量大的反应 ①
考点2|化学平衡常数及其相关计算
（对应学生用书第132页）
[考纲知识整合]
1．化学平衡常数
（1）概念：
在一定温度下，当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
对于反应aA＋bBcC＋dD，K＝
。
实例
①Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－
K＝
。
②C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）
K＝
。
③CO
＋H2OHCO
＋OH－
K＝
。
④CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g） K＝c（CO2）。
（3）转化关系
①对于N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） K1
2NH3（g）N2（g）＋3H2（g） K2
NH3（g）
N2（g）＋
H2（g） K3
则K1与K2的关系为K1·K2＝1，K2与K3的关系为K2＝K
，K3与K1的关系为K1＝
。
②已知A＋B2C K1，C＋DE K2，则A＋B＋2D2E的K3＝K1·K
（用K1、K2表示）。
（4）意义：
化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度。
K
正反应进行
的程度
平衡时生成
物浓度
平衡时反
应物浓度
反应物
转化率
越大
越大
越大
越小
越大
越小
越小
越小
越大
越小
提醒：
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．平衡常数的影响因素
对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。
（1）对于吸热反应，升高温度，K值增大。
（2）对于放热反应，升高温度，K值减小。
3．平衡转化率
对于反应：
aA＋bBcC＋dD中A（g）的平衡转化率可表示为：
α（A）＝
×100%{c0（A）代表A的初始浓度，[A]代表A的平衡浓度}。
[应用体验]
正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度。
（ ）
（2）催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。
（ ）
（3）平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。
（ ）
（4）化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化。
（ ）
（5）平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。
（ ）
（6）化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热。
（ ）
（7）同一可逆反应的正、逆两向平衡常数互为倒数。
（ ）
（8）若反应物的转化率改变，化学平衡常数一定改变。
（ ）
【答案】
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）√ （6）√ （7）√ （8）×
[高考命题点突破]
命题点1 化学平衡的含义及影响因素
1．利用醋酸二氨合铜[Cu（NH3）2Ac]溶液吸收CO，能达到保护环境和能源再利用的目的，反应方程式为Cu（NH3）2Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3]Ac·CO。
已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示：
温度/℃
15
50
100
化学平衡常数
5×104
2
1.9×10－5
下列说法正确的是（ ）
A．上述正反应为吸热反应
B．15℃时，反应[Cu（NH3）3]Ac·COCu（NH3）2Ac＋CO＋NH3的平衡常数为2×10－5
C．保持其他条件不变，减小压强，CO的转化率减小，化学平衡常数减小
D．醋酸二氨合铜溶液的浓度的改变使化学平衡常数也改变
B [根据提供数据，温度降低，平衡常数增大，说明降低温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，A项错误；[Cu（NH3）3]Ac·COCu（NH3）2Ac＋CO＋NH3为Cu（NH3）2Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3]Ac·CO的逆反应，两反应的平衡常数互为倒数，则[Cu（NH3）3]Ac·COCu（NH3）2Ac＋CO＋NH3的平衡常数K＝
＝2×10－5，B项正确；减小压强，平衡逆向移动，CO的转化率降低，但平衡常数不改变，C项错误；浓度改变不影响平衡常数，D项错误。
]
2．（2018·武汉模拟）已知反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）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
现有两个相同的2L恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器Ⅰ、Ⅱ，在Ⅰ中充入1molA和1molB，在Ⅱ中充入1molC和1molD,800℃条件下开始反应。
达到平衡时，下列说法正确的是（ ）
A．容器Ⅰ、Ⅱ中的压强相等
B．容器Ⅰ、Ⅱ中反应的平衡常数相同
C．该反应的正反应是放热反应
D．容器Ⅰ中A的浓度比容器Ⅱ中的小
C [由题中平衡常数与温度的关系可得该反应的正反应是放热反应，C正确；由于反应体系是绝热体系，则容器Ⅰ达到平衡时的温度比容器Ⅱ高，故其平衡常数小，平衡时压强大，A、B错误；容器Ⅰ比容器Ⅱ温度高，故平衡时A的浓度容器Ⅰ大于容器Ⅱ，D错误。
]
3．随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。
完成下列填空：
（1）目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为
CO2（g）＋4H2（g）
CH4（g）＋2H2O（g）
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。
（选填“增大”“减小”或“不变”）
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
（2）相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：
[CO2]/
（mol·L－1）
[H2]/
（mol·L－1）
[CH4]/
（mol·L－1）
[H2O]/
（mol·L－1）
平衡Ⅰ
a
b
c
d
平衡Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为________。
【解析】
（1）H2的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。
升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，反应物的转化率减小。
（2）相同温度时平衡常数不变，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为
＝
。
【答案】
（1）
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
（2）
＝
[易错防范] 化学平衡常数的3个误区
1化学平衡常数与物质状态的关系由于固体或纯液体的浓度视为常数1，所以在平衡常数表达式中不再写出。
2化学平衡常数与平衡移动的关系即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律。
3若同一个反应的系数改变，化学平衡常数可能改变，但表示的意义不改变。
命题点2 利用平衡常数判断反应方向
4．（2017·渭南二模）某温度，将2molCO与5molH2的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：
CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。
经过5min后，反应达到平衡，此时转移电子6mol。
【导学号：
95160192】
（1）该反应的平衡常数为______，v（CH3OH）＝________mol·L－1·min－1。
若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，此时v（正）________v（逆）（填“＞”“＜”或“＝”）。
此时平衡向________移动（填“左”或“右”），平衡常数为________。
（2）在其他条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH2，达到新平衡时，CO的转化率________（填“增大”“减小”或“不变”）。
【解析】
（1）依据化学方程式知，转移4mol电子消耗CO的物质的量为1mol，此时转移6mol电子，消耗的CO物质的量＝
×1mol＝1.5mol
CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）
起始/（mol）25 0
变化/（mol）1.53 1.5
平衡/（mol）0.52 1.5
平衡浓度[CO]＝
＝0.25mol·L－1，
[H2]＝
＝1mol·L－1，
[CH3OH]＝
＝0.75mol·L－1，
平衡常数K＝
＝
L2·mol－2＝3L2·mol－2；
5min内，v（CH3OH）＝
＝0.15mol·L－1·min－1。
若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，此时浓度商Q＝
＝1.2L2·mol－2＜3L2·mol－2
说明平衡正向进行，此时v（正）＞v（逆）。
此时温度不变，平衡常数不变仍为3L2·mol－2。
（2）在其他条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH2，相当于增大压强，反应CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），是气体体积减小的反应，平衡正向移动，CO的转化率增大。
【答案】
（1）3L2·mol－2 0.15 ＞ 右 3L2·mol－2
（2）增大
[方法技巧] 利用K和Q判断反应方向
（对于化学反应aAg＋bBgcCg＋dDg的任意状态，浓度商：
Q＝
，有：
命题点3 “三段式”突破K、α的相关综合计算
[典例导航]
（2017·全国Ⅰ卷，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＝________%，反应平衡常数K＝________。
（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________（填标号）。
A．H2S B．CO2
C．COSD．N2
[审题指导]
（1）一步：
写方程式列三段式
H2S（g）＋CO2（g）COS（g）＋H2O（g）
n（始）/mol0.400.10 0 0
Δn/molxx x x
n（平）/mol0.40－x0.10－xx x
二步：
列方程求未知量
＝0.02
解得：
x＝0.01mol
三步：
明确问题规范答案
H2S的平衡转化率α1＝
＝2.5%。
K＝
＝
≈2.8×10－3。
（2）w（H2O）＝0.03＞0.02⇒升温平衡右移⇒ΔH＞0。
（3）两种反应物，增大一种反应物，平衡右移，另一反应物转化率增大，自身转化率减小。
增大生成物浓度，平衡左移，转化率减小。
【答案】
（1）2.5 2.8×10－3
（2）＞ > （3）B
（1）610K时CO2的转化率为________，比H2S的转化率________。
（2）610K时，2H2S（g）＋2CO2（g）2COS（g）＋2H2O（g）的平衡常数K′约为________。
（3）620K时，化学平衡常数K约为________，比610K时的平衡常数K________。
【答案】
（1）10% 大
（2）7.8×10－6 （3）6.9×10－3 大
[题后归纳] “三段式”突破化学平衡的综合计算的方法
已知反应：
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，经ts达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
起始mol·L－1ab00
变化mol·L－1mxnxpxqx
平衡mol·L－1a－mxb－nxpxqx
相关计算：
①平衡常数：
K＝
。
②A的平衡转化率：
α（A）平＝
×100%。
③A的物质的量分数（或气体A的体积分数）：
w（A）＝
×100%。
④v（A）＝
。
⑤混合气体的平均密度：
混＝
。
注意：
在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。
[对点训练]
（2017·全国Ⅲ卷，节选）298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL3xmol·L－1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：
AsO
（aq）＋I2（aq）＋2OH－（aq）AsO
（aq）＋2I－（aq）＋H2O（l）。
溶液中c（AsO
）与反应时间（t）的关系如图所示。
（1）下列可判断反应达到平衡的是________（填标号）。
a．溶液的pH不再变化
b．v（I－）＝2v（AsO
）
c．c（AsO
）/c（AsO
）不再变化
d．c（I－）＝ymol·L－1
（2）tm时，v正________v逆（填“大于”“小于”或“等于”）。
（3）tm时v逆________tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_______________________________________________。
（4）若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。
【解析】
（1）a对：
溶液pH不变时，则c（OH－）也保持不变，反应处于平衡状态。
b错：
根据反应方程式，始终存在速率关系：
v（I－）＝2v（AsO
），反应不一定处于平衡状态。
c对：
由于Na3AsO3总量一定，当c（AsO
）/c（AsO
）不再变化时，c（AsO
）、c（AsO
）也保持不变，反应建立平衡。
d错：
由图可知，建立平衡时c（I－）＝2c（AsO
）＝2ymol·L－1，因此c（I－）＝ymol·L－1时，反应没有建立平衡。
（2）tm时，反应正向进行，故v正大于v逆。
（3）由于tm时生成物AsO
的浓度小于tn时AsO
的浓度，因v逆的大小取决于生成物浓度的大小，故tm时的v逆小于tn时的v逆。
（4）反应前，三种溶液混合后，c（Na3AsO3）＝3xmol·L－1×
＝xmol·L－1，同理，c（I2）＝xmol·L－1，反应情况如下：
AsO
（aq）＋I2（aq）＋2OH－（aq）AsO
（aq）＋2I－（aq）＋H2O（l）
起始浓度/mol·L－1 xx00
平衡浓度/mol·L－1x－yx－y 1y2y
K＝
＝
（mol·L－1）－1。
【答案】
（1）ac
（2）大于 （3）小于 tm时生成物浓度较低 （4）
（mol·L－1）－1
（2018·山东名校联考）已知合成氨的反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＜0。
某温度下，若将1molN2和2.8molH2分别投入到初始体积为2L的恒温恒容、恒温恒压和恒容绝热的三个密闭容器中，测得反应过程中三个容器（用a、b、c表示）内N2的转化率随时间的变化如图所示，请回答下列问题：
（1）图中代表反应在恒容绝热容器中进行的曲线是________（用a、b、c表示）。
（2）曲线a条件下该反应的平衡常数K＝________。
（3）b容器中M点，v（正）________v（逆）（填“大于”“小于”或“等于”）。
【解析】
（1）恒容绝热达到平衡时温度高，反应快，到达平衡的时间短，正向程度小，α（N2）小，进行的曲线为c。
（2）达到平衡时恒温恒容比恒温恒压的压强小，N2的转化率小，a对应恒温恒压，b对应恒温恒容，但二者的温度相同，故二者的化学平衡常数相同。
N2（g） ＋ 3H2（g） 2NH3（g）
c始/（mol/L）0.51.40
Δc/（mol/L）0.5×80%3×0.5×80%2×0.5×80%
c平/（mol/L）0.10.20.8
Kb＝
L2·mol－2＝800L2·mol－2＝Ka。
（3）b容器中M点，N2的转化率比平衡时大，反应向逆向进行，故M点v（正）＜v（逆）。
【答案】
（1）c
（2）800L2·mol－2 （3）小于
命题点4 Kp的有关计算
5．（2015·四川高考）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
B [A.550℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。
B.根据图示可知，在650℃时，CO的体积分数为40%，根据反应方程式：
C（s）＋CO2（g）2CO（g），设开始加入1molCO2，反应掉了xmolCO2，则有：
C（s）＋CO2（g）2CO（g）
始态：
1mol 0
变化：
xmol2xmol
平衡：
（1－x）mol2xmol
因此有：
×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为
×100%＝25%，故B项正确。
C.因为是恒压体系，T℃时，CO2、CO的体积分数均为50%，故充入等体积的CO2和CO，平衡不移动，C项错误。
D.925℃时，CO的体积分数为96%，故Kp＝
＝
＝23.04p总，D项错误。
]
[题后拓展] Kp的含义及有关计算
Kp含义：
在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
单位与表达式有关。
计算技巧：
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数或物质的量分数；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。
例如，N2g＋3H2g2NH3g，压强平衡常数表达式为Kp＝
。
命题点5 化学平衡常数与反应速率常数的关系
6．（2015·全国Ⅰ卷，节选）Bodensteins研究了下列反应：
2HI（g）H2（g）＋I2（g）
在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x（HI）
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x（HI）
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
（1）根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。
（2）上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________（以K和k正表示）。
若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。
（3）由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。
当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______（填字母）。
【解析】
（1）由
升级会员 