版高考一轮复习江苏专用专题5 第2讲 化学反应的方向和限度.docx
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版高考一轮复习江苏专用专题5第2讲化学反应的方向和限度
第2讲 化学反应的方向和限度
【2019·备考】
最新考纲：
1.认识化学反应的可逆性。
2.能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。
3.理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。
最新考情：
关于化学反应进行的方向和限度一般考查形式有：
一是在选择题中某个选项考查可逆反应焓变和熵变的大小，如2017年T12A；二是考查化学平衡状态的判断，如2015年T11D；三是与化学平衡相结合考查化学平衡常数的应用，如2017年T15等。
预测2019年高考延续这一命题特点，一是在选择题某一选项中出现，考查难度中等，二是在填空题第20题中结合化学平衡的考查。
考点一 化学反应进行的方向
[知识梳理]
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
（1）判据
（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化学计量数大小。
名师助学：
①反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。
②复合判据ΔH－TΔS<0的反应不一定能够实际发生。
③自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。
[题组诊断]
化学反应进行的方向
1.基础知识诊断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g）是一个熵增加的过程（√）
（2）ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应（√）
（3）吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行（×）
（4）由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程（√）
（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（×）
2．下列说法正确的是（ ）
A．（2017·江苏化学，12A）反应N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）的ΔH<0，ΔS>0
B．（2018·江苏南京、盐城一模）反应2CO＋2NO===N2＋2CO2在常温下能自发进行，则反应的ΔH＞0，ΔS＜0
C．（2018·江苏南通第一次调研）反应TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（g）＋O2（g） ΔH>0能自发进行，其原因是ΔS>0
D．（2017·江苏盐城三模）反应NH3（g）＋HI（g）===NH4I（s）在低温下可自发进行，则ΔH>0，ΔS>0
解析 该反应的正反应为气体分子数减少的反应，ΔS<0，A项错误；从反应方程式中气体物质的的化学计量系数来看，物质的量在减小，即熵减小，但反应能自发，则该反应是放热反应，ΔH<0，B项错误；一个吸热反应如果能自发进行，则该反应一定是熵增大反应，C项正确；该反应的气体数减小，即熵减小，但反应能自发，说明反应一定为放热反应，D项错误。
答案 C
3．已知吸热反应2CO（g）===2C（s）＋O2（g），设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是（ ）
A．低温下能自发进行
B．高温下能自发进行
C．任何温度下都能自发进行
D．任何温度下都不能自发进行
解析 已知反应2CO（g）===2C（s）＋O2（g）的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，反应任何温度下都是不能自发进行，D项正确。
答案 D
【归纳总结】
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
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
考点二 化学平衡常数 转化率
[知识梳理]
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mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），
K＝。
实例：
化学方程式
平衡常数
关系式
N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）
K1＝
K2＝
（或K1）
K3＝
N2（g）＋H2（g）
NH3（g）
K2＝
2NH3（g）
N2（g）＋3H2（g）
K3＝
（3）意义：
①K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。
②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，吸热反应，升高温度，K增大，放热反应，升高温度，K减小。
名师助学：
①计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。
②对于有纯固体和溶剂参加的反应，它们在K的表达式中不出现。
③催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。
④化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。
2．平衡转化率
对于上例反应中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，c平（A）代表A的平衡浓度}。
[题组诊断]
化学平衡常数的理解及应用
1．下列三个化学反应的平衡常数（K1、K2、K3）与温度的关系分别如下表所示：
化学反应
平衡常数
温度
973K
1173K
①Fe（s）＋CO2（g）
FeO（s）＋CO（g） ΔH1
K1
1.47
2.15
②Fe（s）＋H2O（g）
FeO（s）＋H2（g） ΔH2
K2
2.38
1.67
③CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g） ΔH3
K3
？
？
则下列说法正确的是（ ）
A．ΔH1＜0，ΔH2＞0
B．反应①②③的反应热满足关系：
ΔH2－ΔH1＝ΔH3
C．反应①②③的平衡常数满足关系：
K1·K2＝K3
D．要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动，可采取升温措施
解析 反应①温度升高，K值增大，则反应吸热，ΔH1＞0，反应②温度升高，K值减小，则反应放热，ΔH2＜0，A项错误；根据盖斯定律可得，②－①＝③，则有ΔH2－ΔH1＝ΔH3，B项正确；K1＝，K2＝，K3＝，则有K2÷K1＝K3，C项错误；根据K2÷K1＝K3，可知反应③在973K时的K值比1173K时的K值大，温度升高，K值减小，则反应放热，所以要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动，可采取降温措施，D项错误。
答案 B
2．已知：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH，有关数据如下：
T/℃
527
627
727
827
927
平衡常数K
910
42
3.2
0.39
0.12
下列说法错误的是（ ）
A．根据平衡常数随温度的变化关系，判断出ΔH<0
B．保持其他条件不变，SO2的平衡转化率α（727℃）<α（927℃）
C．增大压强、降低温度能提高SO2的转化率
D．SO3的稳定性随温度的升高而降低
解析 根据表中数据，温度升高，平衡常数K在减小，说明该反应正方向是放热反应，ΔH＜0，A项正确；平衡常数代表反应进行的程度大小，K越大，进行的程度越大，转化率越高，727℃的K＝3.2，927℃的K＝0.12，所以SO2的平衡转化率α（727℃）＞α（927℃），B项错误；2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH＜0，正方向是气体体积缩小的反应且是放热反应，所以增大压强、降低温度，都使平衡正向移动，提高了SO2的转化率，C项正确；由于能量越低越稳定，当温度升高，从外界获得了能量，稳定性变差，所以SO3的稳定性随温度的升高而降低，D项正确。
答案 B
3．（2017·江苏苏州期初调研）一定温度下，在三个体积均为2.0L的恒容密闭容器中发生如下反应：
PCl5（g）
PCl3（g）＋Cl2（g）
编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
达到平衡所需时间/s
PCl5（g）
PCl3（g）
Cl2（g）
Ⅰ
320
0.40
0.10
0.10
t1
Ⅱ
320
0.80
t2
Ⅲ
410
0.40
0.15
0.15
t3
下列说法正确的是（ ）
A．平衡常数K：
容器Ⅱ＞容器Ⅲ
B．反应到达平衡时，PCl5的转化率：
容器Ⅱ＜容器Ⅰ
C．反应到达平衡时，容器I中的平均速率为v（PCl5）＝mol·L－1·s－1
D．起始时向容器Ⅲ中充入PCl50.30mol、PCl30.45mol和Cl20.10mol，则反应将向逆反应方向进行
解析 容器Ⅰ和容器Ⅱ的温度相同，所以两容器的平衡常数相同，容器Ⅲ中温度比Ⅰ中的高，平衡时，Ⅲ生成物的量多，所以该反应为吸热反应，即高温下，K大，A项错误；容器Ⅱ相当于两个容器Ⅰ加压，平衡逆向移动，所以PCl5的转化率Ⅱ中的小，B项正确；容器Ⅰ中，生成0.1molPCl3，则反应掉0.1molPCl5，v（PCl5）＝0.1mol/2L÷t1s＝mol·L－1·s－1，C项错误；Ⅲ中，K＝＝0.045，Qc＝＝0.075，Qc>K，所以反应逆向移动，D项正确。
答案 BD
【归纳总结】
化学平衡常数三点理解两点应用
1．三点理解
（1）对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。
（2）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
（3）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化。
2．两点应用
（1）利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向
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，称为浓度商。
Qc
（2）利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应
有关化学平衡“三段式”计算
4．已知反应X（g）＋Y（g）
R（g）＋Q（g）的平衡常数与温度的关系如表所示。
830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY，反应初始4s内v（X）＝0.005mol/（L·s）。
下列说法正确的是（ ）
温度/℃
700
800
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
A.4s时容器内c（Y）＝0.76mol/L
B．830℃达平衡时，X的转化率为80%
C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动
D．1200℃时反应R（g）＋Q（g）
X（g）＋Y（g）的平衡常数K＝0.4
解析 反应初始4s内X的平均反应速率v（X）＝0.005mol/（L·s），根据速率之比等于化学计量数之比，可知v（Y）＝v（X）＝0.005mol/（L·s），则4s内Δc（Y）＝0.005mol·L－1·s－1×4s＝0.02mol/L，Y的起始浓度为＝0.4mol/L，故4s时c（Y）＝0.4mol/L－0.02mol/L＝0.38mol/L，A项错误；设平衡时A的浓度变化量为x，则：
X（g） ＋ Y（g）
R（g）＋Q（g）
开始（mol/L）:
0.1 0.400
变化（mol/L）:
xxxx
平衡（mol/L）:
0.1－x0.4－xxx
故＝1.0，解得x＝0.08，所以平衡时X的转化率为×100%＝80%，B项正确；由表格可知，温度升高，化学平衡常数减小，平衡逆向移动，C项错误；1200℃时反应X（g）＋Y（g）
R（g）＋Q（g）的平衡常数值为0.4，所以1200℃时反应R（g）＋Q（g）
X（g）＋Y（g）的平衡常数的值为＝2.5，D项错误。
答案 B
5．利用I2O5可消除CO污染，反应为I2O5（s）＋5CO（g）
5CO2（g）＋I2（s）。
不同温度下，向装有足量的I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，测得CO2的体积分数φ（CO2）随时间t变化曲线如图，下列说法正确的是（ ）
A．b点时，CO的转化率为20%
B．容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态
C．b点和d点的化学平衡常数：
Kb>Kd
D．反应开始至a点的反应速率v（CO）＝0.3mol·L－1·min－1
解析 5CO（g）＋I2O5（s）
5CO2（g）＋I2（s）
起始量/mol20
转化量/molyy
b点量/mol2－yy
根据b点时CO2的体积分数φ（CO2）＝y÷2＝0.80，得y＝1.6mol，转化率＝（变化量÷起始量）×100%＝（1.6÷2）×100%＝80%，A项错误；两边计量数相等，所以压强始终不变，不能做平衡状态的标志，B项错误；b点比d点时生成物CO2体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：
Kb＞Kd，C项正确；0到0.5min时：
5CO（g）＋I2O5（s）
5CO2（g）＋I2（s）
起始量/mol20
转化量/molxx
a点量/mol2－xx
根据a点时CO2的体积分数φ（CO2）＝x÷2＝0.30，得x＝0.6mol；则从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）＝（0.6mol÷2L）÷0.5min＝0.6mol·L－1·min－1，D项错误。
答案 C
6．（2017·江苏徐州、宿迁、连云港、淮安四市11月模拟）80℃时，NO2（g）＋SO2（g）
SO3（g）＋NO（g）。
该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入NO2和SO2，起始浓度如下表所示，其中甲经2min达平衡时，NO2的转化率为50%，下列判断不正确的是（ ）
起始浓度
甲
乙
丙
c（NO2）/mol·L－1
0.10
0.20
0.20
c（SO2）/mol·L－1
0.10
0.10
0.20
A.平衡时，乙中SO2的转化率大于50%
B．当反应平衡时，丙中c（SO2）是甲中的2倍
C．温度升至90℃，上述反应平衡常数为25/16，则正反应为吸热反应
D．其他条件不变，若起始时向容器乙中充入0.10mol·L－1NO2和0.20mol·L－1SO2，达到平衡时c（NO）与原平衡不同
解析 乙可以看作是在甲基础上再加入0.1mol·L－1NO2，平衡向正反应方向移动，SO2的转化率增大，即大于50%，A项正确；因为反应前后气体系数之和相等，丙可以看作是在甲的基础增大压强，即甲和丙为等效平衡，丙中c（SO2）是甲中的2倍，B项正确；
NO2（g）＋SO2（g）
SO3（g）＋NO（g）
0.10.100
0.1×50%0.1×50%0.1×50%0.1×50%
0.050.050.050.05
根据化学平衡常数的定义，K＝（0.05×0.05）/（0.05×0.05）＝1，升高到90℃，化学平衡常数为25/16>1，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即正反应是吸热反应，C项正确；容器乙中充入0.1mol·L－1NO2、0.2mol·L－1SO2，与乙相当，即c（NO）与原平衡相同，D项错误。
答案 D
【方法技巧】
解答化学平衡计算题的“万能钥匙”——三段式法
1．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．模板
对于反应：
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的消耗量为mx，容器容积为VL。
建立等式求解：
（1）K＝
（2）c平（A）＝（mol·L－1）。
（3）α（A）平＝×100%，α（A）∶α（B）＝∶＝。
（4）φ（A）＝×100%。
（5）＝。
【知识网络回顾】
1．250℃和1.01×105Pa时，2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g） ΔH＝＋56.76kJ/mol能自发进行，其自发进行的原因是（ ）
A．是吸热反应B．是放热反应
C．是熵减少的反应D．熵增效应大于能量效应
解析 反应能自发进行，则有ΔH－TΔS＜0，因ΔH＞0，则ΔH＜TΔS，即熵增效应大于能量效应，D项正确。
答案 D
2．反应H2（g）＋I2（g）
2HI（g）的平衡常数为K1；反应HI（g）
H2（g）＋I2（g）的平衡常数为K2，则K1、K2的关系式为（平衡常数为同温度下的测定值）（ ）
A．K1＝2K2B．K1＝K
C．K1＝D．K1＝K2
解析 K1＝c2（HI）/[c（H2）·c（I2）]，K2＝[c（H2）·c（I2）]/c（HI），K1＝。
答案 C
3．可逆反应：
2SO2＋O2
2SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2。
下列说法正确的是（K为平衡常数，Qc为浓度熵）（ ）
A．Qc不变，K变大，O2转化率增大
B．Qc不变，K变大，SO2转化率减小
C．Qc变小，K不变，O2转化率减小
D．Qc增大，K不变，SO2转化率增大
解析 当可逆反应2SO2＋O2
2SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，平衡向右进行，但O2转化率减小，浓度熵Q变小，K不变。
答案 C
4．加热N2O5依次发生的分解反应为：
①N2O5（g）
N2O3（g）＋O2（g）；②N2O3（g）
N2O（g）＋O2（g）在容积为2L的密闭容器中充入8molN2O5，加热到t℃，达到平衡状态后O2为9mol，N2O3为3.4mol，则t℃时反应①的平衡常数为（ ）
A．10.7B．8.5C．9.6D．10.2
解析 设反应②分解的N2O3物质的量为x，反应①中共生成N2O3（x＋3.4）mol，故在①反应中N2O5分解了（x＋3.4）mol，同时生成O2（x＋3.4）mol。
在②反应中生成氧气xmol，则（x＋3.4）＋x＝9，求得x＝2.8所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为c（N2O5）＝（8－2.8－3.4）÷2＝0.9（mol·L－1），c（N2O3）＝3.4÷2＝1.7（mol·L－1），c（O2）＝9÷2＝4.5（mol·L－1）；反应①的平衡常数K＝（1.7×4.5）/0.9＝8.5，B项正确。
答案B
一、选择题
1．下列叙述不正确的是（ ）
A．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行
B．在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行
C．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行
D．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行
解析 升温至一定程度，碳酸氢钠固体受热分解为碳酸钠固体、二氧化碳气体和水蒸气，符合熵判据，A项正确；既符合焓判据（ΔH<0）又符合熵判据（ΔS>0）的反应，即ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向，能自发进行，B项正确；由于H2O（l）===H2O（s） ΔH<0，因此水结冰的方向符合焓判据，能自发进行，C项错误；混乱度减小的吸热反应，既违反焓判据，又违反熵判据，因此该方向不能自发进行，D项正确。
答案 C
2．下列关于平衡常数的说法正确的是（ ）
A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度
B．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值
C．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂等无关
D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度
解析 在平衡常数表达式中，反应物及生成物浓度均为达到化学平衡时的浓度；在温度一定时，对一个确定化学计量数的可逆反应，化学平衡常数是一个恒定值，其大小只与温度有关，与其他外界条件无关，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度。
答案 D
3．1000K时，反应C（s）＋2H2（g）
CH4（g）的K＝8.28×107，当各气体物质的量浓度分别为H20.7mol·L－1、CH40.2mol·L－1时，上述平衡（ ）
A．向正反应方向移动B．向逆反应方向移动
C．达到平衡D．无法判断移动方向
解析 当各气体物质的量浓度分别为H20.7mol·L－1、CH40.2mol·L－1时Qc＝＝≈0.4、K＝8.28×107；K>Qc向正反应方向移动，A项正确。
答案 A
4．放热反应CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g）在温度t1时达到平衡，c1（CO）＝c1（H2O）＝1.0mol·L－1，其平衡常数为K1。
升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2（CO）和c2（H2O），平衡常数为K2，则（ ）
A．K2和K1的单位均为mol·L－1
B．K2>K1
C．c2（CO）＝c2（H2O）
D．c1（CO）>c2（CO）
解析 温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数为K2答案 C
5．某温度下，在一个2L的密闭容器中，加入4molA和2molB，发生反应：
3A（g）＋2B（g）
4C（s）＋2D（g），反应一段时间后达到平衡状态，测得生成1.6molC。
下列说法正确的是（ ）
A．该反应的化学平衡常数K＝
B．B的平衡转化率是40%
C．增大压强，化学平衡常数增大
D．增加B的量，B的平衡转化率增大
解析 化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时B减少的物质的量是1.6mol×0.5＝0.8mol，故B的平衡转化率为40%，B正确；化学平衡常数只与温度有关，增大压强时化学平衡常数不变，C错误；增加B的量，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，而B的转化率减小，D错误。
答案 B
6．已知：
2CrO＋2H＋
Cr2O＋H2O。
25℃时，调节初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液的pH，测定平衡时溶液中c（Cr2O）和c（H＋），获得如图所示的曲线。
下列说法不正确的是（ ）
A．平衡时，pH越小，c（Cr2O）越大
B．A点CrO的平衡转化率为50%
C．A点CrO转化为Cr2O反应的平衡常数K＝1014
D．平衡时，若溶液中c（Cr2O）＝c（CrO），则c（H＋）>2.0×10－7（mol·L－1）
解析 平衡时，pH越小，氢离子浓度越大，越有利于平衡向正反应方向进行，c（Cr2O）越大，A项正确；A点c（Cr2O）＝0.25mol/L，消耗铬酸钠的浓度是0.5mol/L，所以CrO的平衡转化率为50%，B项正确；A点c（Cr2O）＝0.25mol/
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