高考化学一轮复习 化学平衡常数 化学反应进行的方向.docx

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高考化学一轮复习化学平衡常数化学反应进行的方向

第3讲　化学平衡常数　化学反应进行的方向

【2020·备考】

最新考纲：

1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。

2.能正确计算化学反应的转化率。

核心素养：

1.变化观念与平衡思想：

能从化学平衡常数的角度分析化学反应，运用化学平衡常数解决问题。

能多角度、动态地分析化学反应的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。

2.证据推理与模型认知：

知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。

能运用模型（Qc与K的关系）解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。

考点一　化学平衡常数　转化率

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

名师课堂导语化学平衡常数和转化率是高考必考点，主要考查化学平衡常数表达式；化学平衡常数和转化率的计算；特别是通过平衡压强来表示平衡常数和计算转化率是近几年高考重点，复习时应加以关注。

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＝。

（3）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）＋2（g）

NH3（g）

K2＝

2NH3（g）

N2（g）＋3H2（g）

K3＝

（1）纯液体、纯固体物质或稀溶液中水的浓度均不写，但是水蒸气的浓度要写。

在非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。

（2）平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度，其书写形式与化学方程式的书写有关。

（4）意义及影响因素

①K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大通常K>105可认为反应彻底，K<10－5认为反应不能发生。

②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

（5）应用

①判断可逆反应进行的程度。

②利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。

对于化学反应aA（g）＋bB（g）

cC（g）＋dD（g）的任意状态，浓度商：

Qc＝。

Qc＜K，反应向正反应方向进行；

Qc＝K，反应处于平衡状态；

Qc＞K，反应向逆反应方向进行。

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。

（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）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。

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}。

1.对于A（g）＋B（g）

C（g）类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，又加入一定量的A，则平衡向正反应方向移动，α（B）增大而α（A）减小。

2.对于aA（g）

bB（g）类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，又加入一定量的A，相当于增大压强。

[速查速测]

1.（易混点排查）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（√）

2.（教材改编题）（RJ选修4·P322改编）已知反应A（g）＋3B（g）

3C（g）在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为________________。

若各物质的平衡浓度分别为c（A）＝2.0mol·L－1、c（B）＝2.0mol·L－1、c（C）＝1.0mol·L－1，则K＝________。

答案　K＝　0.0625

3.（思维探究题）已知下列反应在某温度下的平衡常数：

H2（g）＋S（s）

H2S（g）　K1

S（s）＋O2（g）

SO2（g）　K2

则在该温度下反应H2（g）＋SO2（g）

O2（g）＋H2S（g）的平衡常数为________。

答案　K1/K2。

[A组　基础知识巩固]

1.（2018·潍坊质检）某温度下，在一个2L的密闭容器中，加入4molX和2molY进行如下反应：

3X（g）＋2Y（g）

4Z（s）＋2W（g），反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6molZ，则下列说法正确的是（　　）

A.该反应的化学平衡常数表达式是K＝

B.此时，Y的平衡转化率是40%

C.增大该体系的压强，化学平衡常数增大

D.增加Y，Y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物质，而物质Z是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的Y的物质的量是1.6mol×＝0.8mol，所以Y的转化率为×100%＝40%，B正确；平衡常数只与温度有关，增大压强时平衡常数不变，C错误；增加Y后平衡右移，X的转化率增大，而Y的转化率减小，D错误。

答案　B

2.某温度下，反应H2（g）＋CO2（g）

H2O（g）＋CO（g）的平衡常数K＝。

该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2（g）和CO2（g），其起始浓度如表所示：

起始浓度

甲

乙

丙

c（H2）/（mol·L－1）

0.010

0.020

0.020

c（CO2）/（mol·L－1）

0.010

0.010

0.020

下列判断不正确的是（　　）

A.平衡时，乙中CO2的转化率大于60%

B.平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%

C.平衡时，丙中c（CO2）是甲中的2倍，是0.008mol·L－1

D.反应开始时，乙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

解析　设甲容器中，平衡时氢气的变化浓度为x，则：

K＝＝，解得x＝0.0060mol·L－1，平衡时c（H2）＝c（CO2）＝0.010－x＝0.0040mol·L－1，c（H2O）＝c（CO）＝0.0060mol·L－1，α（H2）＝×100%＝60%。

因乙中H2的起始浓度大于甲，故乙平衡相当于是甲平衡正向移动的结果，乙中CO2的转化率大于60%，A项正确；丙平衡可看作是2个甲平衡合并而成的，又因H2（g）＋CO2（g）

H2O（g）＋CO（g）是平衡不受压强影响的反应，故丙平衡中物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲平衡中各物质浓度的2倍，所以B、C项正确；由于三组反应中丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，D项错误。

答案　D

3.（2018·湖南师大附中摸底）N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5（g）

4NO2（g）＋O2（g）　ΔH>0，T1温度下的部分实验数据为：

t/s

0

500

1000

1500

c（N2O5）/（mol·L－1）

5.00

3.52

2.50

2.50

下列说法不正确的是（　　）

A.500s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1

B.T1温度下的平衡常数为K1＝125，1000s时N2O5的转化率为50%

C.其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）浓度为2.98mol·L－1，则有T1

D.T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则有K1>K2

解析　500s内c（N2O5）由5.00mol·L－1降低到3.52mol·L－1，则有v（N2O5）＝＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确。

1000s时，c（N2O5）＝2.50mol·L－1，则c（NO2）＝5mol·L－1，c（O2）＝1.25mol·L－1，此时N2O5的转化率为×100%＝50%；化学平衡常数K1＝＝＝125，B正确。

T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）浓度为2.98mol·L－1>2.50mol·L－1，说明反应正向进行的程度减小，又反应ΔH>0，故有T1>T2，C错误。

该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，由于T1>T2，则有K1>K2，D正确。

答案　C

【规范答题】

化学平衡计算模板

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。

对于反应物：

n（平）＝n（始）－n（变）

对于生成物：

n（平）＝n（始）＋n（变）

则有：

（1）平衡常数：

K＝。

（2）A的平衡浓度：

c（A）平＝mol·L－1。

（3）A的转化率：

α（A）平＝×100%。

（4）A的体积分数：

φ（A）＝×100%。

（5）平衡与起始压强之比：

＝。

（6）混合气体的平均密度：

ρ混＝g·L－1。

（7）平衡时混合气体的平均摩尔质量：

M＝g·mol－1。

[B组　考试能力过关]

4.[2017·课标全国Ⅰ，28（3）]近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。

回答下列问题：

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重复试验，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.H2SB.CO2

C.COSD.N2

解析　

＝0.02，x＝0.01。

H2S的转化率为×100%＝2.5%。

K＝＝2.8×10－3。

（2）水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，H2S的转化率增大；温度升高，平衡正向移动，说明正反应是吸热反应。

（3）增大H2S浓度，平衡正向移动，CO2转化率增大，H2S转化率降低，A错误；同理，增大CO2浓度，H2S转化率增大，CO2转化率降低，B正确；增大COS浓度，平衡向逆反应方向移动，H2S转化率降低，C错误；加入不反应的N2，反应物、生成物浓度均不变，平衡不移动，H2S转化率不变，D错误。

答案　

（1）2.5　2.8×10－3　

（2）>　>　（3）B

5.（2018·课标全国Ⅱ，27）CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。

回答下列问题：

（1）CH4CO2催化重整反应为：

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）。

已知：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

有利于提高CH4平衡转化率的条件是________（填标号）。

A.高温低压B.低温高压

C.高温高压D.低温低压

某温度下，在体