化學平衡常數(shù) 化學反應方向

1、第 三 節(jié)化學平衡常數(shù) 化學反應進行的方向考綱考綱考情考情三年三年1515考高考指數(shù)考高考指數(shù): :1.1.理解化學平衡常數(shù)的含義理解化學平衡常數(shù)的含義, ,能夠利用化學平衡常能夠利用化學平衡常數(shù)進行簡單的計算。數(shù)進行簡單的計算。2.2.了解化學反應速率和化學平衡的調(diào)控在生活、生了解化學反應速率和化學平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用。產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用。一定溫度下一定溫度下, ,在在1 L1 L的密閉容器中發(fā)生反應的密閉容器中發(fā)生反應:C(s)+H:C(s)+H2 2O(g)O(g)CO(g)+HCO(g)+H2 2(g),(g),平衡時測得平衡時測得C C、H H2

2、 2O O、COCO、H H2 2的物質(zhì)的量都為的物質(zhì)的量都為0.1 mol0.1 mol。(1)(1)該反應的平衡常數(shù)的表達式該反應的平衡常數(shù)的表達式K=_,=_,其值為其值為_。(2)(2)該反應為吸熱反應該反應為吸熱反應, ,若升高溫度若升高溫度, ,該反應的平衡常數(shù)會該反應的平衡常數(shù)會_(_(填填“不變不變”“”“增大增大”或或“減小減小”, ,下同下同) )。若其他條件。若其他條件不變不變, ,向該密閉容器中充入向該密閉容器中充入H H2 2O(g),O(g),則該反應的平衡常數(shù)則該反應的平衡常數(shù)_。一、化學平衡常數(shù)一、化學平衡常數(shù) 22c CO c Hc H O0.10.1增大增大

3、不變不變1.1.概念概念: :在一定溫度下在一定溫度下, ,當一個可逆反應達到當一個可逆反應達到_時時, ,生生成物成物_與反應物與反應物_的比值是一個常數(shù)的比值是一個常數(shù), ,用符號用符號_表示。表示。2.2.表達式表達式: :對于反應對于反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),K=_=_。3.3.意義意義: :(1)(1)K值越大值越大, ,正反應進行的程度正反應進行的程度_,_,反應物的轉化率反應物的轉化率_。(2)(2)K只受只受_影響影響, ,與反應物或生成物的濃度變化無關。與反應物或生成物的濃度變化無關?；瘜W平衡化學平衡濃

4、度冪之積濃度冪之積濃度冪之積濃度冪之積K pqmncC cDcA cB越大越大越大越大溫度溫度(1)(1)注意注意H H2 2O O只有在氣態(tài)或非水溶劑中才能代入平衡常數(shù)表達式。只有在氣態(tài)或非水溶劑中才能代入平衡常數(shù)表達式。(2)(2)計算平衡常數(shù)利用的是物質(zhì)的平衡濃度計算平衡常數(shù)利用的是物質(zhì)的平衡濃度, ,而不是任意時刻濃而不是任意時刻濃度度, ,也不能用物質(zhì)的量。也不能用物質(zhì)的量。(3)(3)催化劑能加快化學反應速率催化劑能加快化學反應速率, ,但對化學平衡無影響但對化學平衡無影響, ,也不會也不會改變平衡常數(shù)的大小。改變平衡常數(shù)的大小。有以下自發(fā)反應或自發(fā)過程有以下自發(fā)反應或自發(fā)過程:

5、:甲烷燃燒甲烷燃燒:CH:CH4 4(g)+2O(g)+2O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)+2H(g)+2H2 2O(g)O(g) H=-802.3 kJ=-802.3 kJmolmol-1-1氫氣和氧氣反應氫氣和氧氣反應:2H:2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(l)O(l) H=-571.6 kJ=-571.6 kJmolmol-1-1鈉與水反應鈉與水反應:2Na(s)+2H:2Na(s)+2H2 2O(l)=2NaOH(aq)+HO(l)=2NaOH(aq)+H2 2(g)(g) H=-368 kJ=-368 kJmolmol-1-1二、化學

6、反應進行的方向二、化學反應進行的方向硝酸銨溶于水硝酸銨溶于水冰在常溫下融化冰在常溫下融化兩種或兩種以上互不反應的氣體通入一密閉容器中兩種或兩種以上互不反應的氣體通入一密閉容器中, ,最終會最終會混合均勻混合均勻其中通過焓判據(jù)來判斷反應可以自發(fā)進行的是其中通過焓判據(jù)來判斷反應可以自發(fā)進行的是_,_,上述上述反應或過程屬于熵增的有反應或過程屬于熵增的有_。1.1.自發(fā)過程自發(fā)過程: :(1)(1)含義含義: :在一定條件下在一定條件下, ,不需要借助外力作用就能自動進行不需要借助外力作用就能自動進行的過程。的過程。(2)(2)特點。特點。體系趨向于從體系趨向于從_狀態(tài)轉變?yōu)闋顟B(tài)轉變?yōu)開狀態(tài)狀態(tài)(

7、(體系對外部做體系對外部做功或功或_熱量熱量) )。在密閉條件下在密閉條件下, ,體系有從體系有從_轉變?yōu)檗D變?yōu)開的傾向性的傾向性( (無序體無序體系更加穩(wěn)定系更加穩(wěn)定) )。高能高能低能低能釋放釋放有序有序無序無序2.2.化學反應方向的判據(jù)?；瘜W反應方向的判據(jù)。降低降低 增加增加熵增熵增 自發(fā)自發(fā)不能不能低溫低溫高溫高溫(1)(1)反應能否自發(fā)進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響。反應能否自發(fā)進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響。(2)(2)化學反應方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學反應化學反應方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學反應自發(fā)進行的趨勢自發(fā)進行的趨勢, ,并不能說明在該條件

8、下反應一定能實際發(fā)生并不能說明在該條件下反應一定能實際發(fā)生, ,還要考慮化學反應的快慢問題。還要考慮化學反應的快慢問題?？键c一考點一 化學平衡常數(shù)及其應用化學平衡常數(shù)及其應用1.1.化學平衡常數(shù)的理解化學平衡常數(shù)的理解: :(1)(1)化學平衡常數(shù)只與溫度有關化學平衡常數(shù)只與溫度有關, ,與濃度、壓強和催化劑等均無與濃度、壓強和催化劑等均無關。關。(2)(2)在平衡常數(shù)表達式中在平衡常數(shù)表達式中: :水水(l)(l)的濃度、固體物質(zhì)的濃度均不的濃度、固體物質(zhì)的濃度均不寫寫, ,但是水蒸氣的濃度要寫。但是水蒸氣的濃度要寫。深化深化剖析剖析 （3 3）平衡常數(shù)表達式中各物質(zhì)的濃度為平衡時的濃度，其

9、書）平衡常數(shù)表達式中各物質(zhì)的濃度為平衡時的濃度，其書寫形式與化學方程式的書寫有關。寫形式與化學方程式的書寫有關。N N2 23H3H2 2 2NH 2NH3 3 Ka a，則有，則有2NH2NH3 3 N N2 23H3H2 2K1/a1/a； N N2 2 H H2 2 NH NH3 3 K 。1232a2.2.化學平衡常數(shù)的應用化學平衡常數(shù)的應用: :(1)(1)判斷、比較可逆反應進行的程度。判斷、比較可逆反應進行的程度。一般來說一般來說, ,一定溫度下的一個具體的可逆反應一定溫度下的一個具體的可逆反應: :K值值正反應進行正反應進行的程度的程度平衡時生成平衡時生成物濃度物濃度平衡時反平衡

10、時反應物濃度應物濃度反應物反應物轉化率轉化率越大越大越大越大越大越大越小越小越高越高越小越小越小越小越小越小越大越大越低越低一般地說一般地說, ,當當K10105 5時時, ,就認為反應基本進行完全了就認為反應基本進行完全了, ,當當K1010-5-5時時, ,認為反應很難進行。認為反應很難進行。(2)(2)判斷化學反應進行的方向。判斷化學反應進行的方向。對于化學反應對于化學反應aA(g)aA(g)bB(g) cC(g)bB(g) cC(g)dD(g)dD(g)的任意狀態(tài)，的任意狀態(tài)，濃度商：濃度商：Q 有：有： Q v()v(逆逆) ) Q= =K：反應處于化學平衡狀態(tài)，：反應處于化學平衡狀

11、態(tài)，v(v(正正)=v()=v(逆逆) ) Q K：反應向逆反應方向進行，：反應向逆反應方向進行，v(v(正正)v() K, ,所以平衡向逆所以平衡向逆反應方向移動。反應方向移動。 222c CO c H Oc COc H 222c CO c H Oc COc H答案答案: :(1)(1) (2)(2)吸熱吸熱(3)700(3)700(4)(4)等于等于(5)(5)不不(6)(6)逆反應方向逆反應方向 222c CO c H Oc COc H【互動探究】【互動探究】(1)(1)請寫出請寫出CO(g)+HCO(g)+H2 2O(g) COO(g) CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)

12、的的化學平衡常數(shù)表達式化學平衡常數(shù)表達式K1 1, ,它與題目中的它與題目中的K的關系如何的關系如何? ?提示提示: :K1 1= ,= ,它與它與K互為倒數(shù)關系?；榈箶?shù)關系。 222c COc Hc CO c H O(2)(2)在在(5)(5)中若不是擴大容器的體積中若不是擴大容器的體積, ,而是升高溫度而是升高溫度, ,平衡將向哪平衡將向哪個方向移動個方向移動? ?化學平衡常數(shù)如何變化化學平衡常數(shù)如何變化? ?提示提示: :因為正反應為吸熱反應因為正反應為吸熱反應, ,升高溫度平衡向吸熱反應方向即升高溫度平衡向吸熱反應方向即正反應方向移動?；瘜W平衡常數(shù)將增大。正反應方向移動?；瘜W平衡常數(shù)

13、將增大。【加固訓練】【加固訓練】在一定條件下在一定條件下, ,已達平衡的可逆反應已達平衡的可逆反應:2A(g)+B(g):2A(g)+B(g)2C(g),2C(g),下列說法中正確的是下列說法中正確的是( () )A.A.平衡時平衡時, ,此反應的平衡常數(shù)此反應的平衡常數(shù)K與各物質(zhì)的濃度有如下關系與各物質(zhì)的濃度有如下關系: :K= =B.B.改變條件后改變條件后, ,該反應的平衡常數(shù)該反應的平衡常數(shù)K一定不變一定不變C.C.如果改變壓強并加入催化劑如果改變壓強并加入催化劑, ,平衡常數(shù)會隨之變化平衡常數(shù)會隨之變化D.D.若平衡時增加若平衡時增加A A和和B B的濃度的濃度, ,則平衡常數(shù)會減小

14、則平衡常數(shù)會減小 22cCcA c B【解析】【解析】選選A A。K只隨溫度的改變而改變，除改變溫度外，改變只隨溫度的改變而改變，除改變溫度外，改變其他條件都不會引起平衡常數(shù)的改變。其他條件都不會引起平衡常數(shù)的改變?？键c二考點二 化學平衡計算的方法化學平衡計算的方法“三段式三段式” ” “三段式三段式”法是有效解答化學平衡計算題的法是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙萬能鑰匙”。解。解題時題時, ,要注意清楚條理地列出起始量、轉化量、平衡量要注意清楚條理地列出起始量、轉化量、平衡量, ,按題目按題目要求進行計算要求進行計算, ,同時還要注意單位的統(tǒng)一。同時還要注意單位的統(tǒng)一。1.1.計算步驟。

15、計算步驟。思想思想方法方法2.2.具體方法具體方法: :可按下列模式進行計算可按下列模式進行計算: :如如mA(g)+nB(g)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),pC(g)+qD(g),令令A A、B B起始物質(zhì)的量濃度分別為起始物質(zhì)的量濃度分別為amolamolL L-1-1、bmolbmolL L-1-1, ,達到平衡后消耗達到平衡后消耗A A的物質(zhì)的量濃度為的物質(zhì)的量濃度為mxmolmxmolL L-1-1。mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始起始(mol(molL L-1-1) )a ab b0 00 0變化變化(

16、mol(molL L-1-1) )mxmxnxnxpxpxqxqx平衡平衡(mol(molL L-1-1) )a-mxa-mxb-nxb-nxpxpxqxqx相關計算：相關計算：平衡常數(shù)：平衡常數(shù)：KA A的平衡轉化率：的平衡轉化率：(A)(A)平平 100%100%。A A的物質(zhì)的量分數(shù)：的物質(zhì)的量分數(shù)：w(A)w(A)混合氣體的平均密度：混合氣體的平均密度：混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：混合氣體的平均相對分子質(zhì)量： pqmnpxqxamxbnx。mxaamx100%amxbnxpxqx。mV總總混混。mMn總總總總?！靖呖季尽俊靖呖季尽坑嘘P化學平衡計算的三點注意事項有關化學平衡計算的三點

17、注意事項(1)(1)注意反應物和生成物的濃度關系注意反應物和生成物的濃度關系: :反應物反應物:c(:c(平平)=c()=c(始始)-)-c(c(變變););生成物生成物:c(:c(平平)=c()=c(始始)+c()+c(變變) )。(2)(2)利用利用 和和 計算時要注意計算時要注意m m總總應為氣體的應為氣體的質(zhì)量質(zhì)量,V,V應為反應容器的體積應為反應容器的體積,n,n總總應為氣體的物質(zhì)的量。應為氣體的物質(zhì)的量。(3)(3)起始濃度、平衡濃度不一定呈現(xiàn)化學計量數(shù)比起始濃度、平衡濃度不一定呈現(xiàn)化學計量數(shù)比, ,但物質(zhì)之間但物質(zhì)之間是按化學計量數(shù)反應和生成的是按化學計量數(shù)反應和生成的, ,故各

18、物質(zhì)的濃度變化之比一定故各物質(zhì)的濃度變化之比一定等于化學計量數(shù)比等于化學計量數(shù)比, ,這是計算的關鍵。這是計算的關鍵。mV總總混混mMn總總總總【典題通關【典題通關2 2】(2014(2014南寧模擬南寧模擬) )某溫度下某溫度下,H,H2 2(g)+CO(g)+CO2 2(g)(g) H H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)K= ,= ,該溫度下在甲、乙、丙三該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中個恒容密閉容器中, ,投入投入H H2 2(g)(g)和和COCO2 2(g),(g),其起始濃度如表所示其起始濃度如表所示: :94起始濃度起始濃度甲甲乙乙丙丙c(

19、Hc(H2 2)/mol)/molL L-1-10.0100.0100.0200.0200.0200.020c(COc(CO2 2)/mol)/molL L-1-10.0100.0100.0100.0100.0200.020下列判斷不正確的是下列判斷不正確的是( () )A.A.平衡時平衡時, ,乙中乙中COCO2 2的轉化率大于的轉化率大于60%60%B.B.平衡時平衡時, ,甲中和丙中甲中和丙中H H2 2的轉化率均是的轉化率均是60%60%C.C.平衡時平衡時, ,丙中丙中c(COc(CO2 2) )是甲中的是甲中的2 2倍倍, ,是是0.012 mol0.012 molL L-1-1D

20、.D.反應開始時反應開始時, ,丙中的反應速率最快丙中的反應速率最快, ,甲中的反應速率最慢甲中的反應速率最慢【解題探究】【解題探究】(1)(1)開始時的反應物濃度不同開始時的反應物濃度不同, ,化學平衡常數(shù)相同嗎化學平衡常數(shù)相同嗎? ?提示提示: :相同?；瘜W平衡常數(shù)只與溫度有關。溫度不變相同。化學平衡常數(shù)只與溫度有關。溫度不變, ,化學平衡化學平衡常數(shù)不變。常數(shù)不變。(2)(2)要求出反應物的轉化率要求出反應物的轉化率, ,應先求出哪些量應先求出哪些量? ?在列方程式求解在列方程式求解時最好將哪個量設為未知數(shù)時最好將哪個量設為未知數(shù)? ?提示提示: :應該先求出各物質(zhì)轉化的濃度應該先求出各

21、物質(zhì)轉化的濃度, ,可以應用三段式來進行計可以應用三段式來進行計算。在列方程式求解時最好將反應物轉化的濃度設為未知數(shù)算。在列方程式求解時最好將反應物轉化的濃度設為未知數(shù), ,一般不把轉化率設為未知數(shù)。一般不把轉化率設為未知數(shù)。【解析】【解析】選選C C。設平衡時甲中。設平衡時甲中COCO2 2的轉化濃度為的轉化濃度為xmolxmolL L-1-1, ,則則: :H H2 2(g)+(g)+COCO2 2(g) H(g) H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)起始起始(mol(molL L-1-1) 0.010 0.010) 0.010 0.010 0 0 0 0轉化轉化(mol(mo

22、lL L-1-1) x) x x x x x x x平衡平衡(mol(molL L-1-1) 0.010-x 0.010-x) 0.010-x 0.010-x x x x x根據(jù)平衡常數(shù)得根據(jù)平衡常數(shù)得: : 解得解得x=0.006,x=0.006,則甲中則甲中COCO2 2和和H H2 2的轉化率均為的轉化率均為 100%=60%100%=60%。由于乙相對甲增大了。由于乙相對甲增大了c(Hc(H2 2),),因此因此COCO2 2的轉化率增大的轉化率增大,A,A項正確。項正確。22x940.010 x ，0.0060.010設平衡時丙中設平衡時丙中COCO2 2的轉化濃度為的轉化濃度為ym

23、olymolL L-1-1, ,則則H H2 2(g)+(g)+COCO2 2(g) H(g) H2 2O(g)+CO(g)O(g)+CO(g)起始起始(mol(molL L-1-1) 0.020 0.020) 0.020 0.020 0 0 0 0轉化轉化(mol(molL L-1-1) y) y y y y y y y平衡平衡(mol(molL L-1-1) 0.020-y 0.020-y) 0.020-y 0.020-y y y y y根據(jù)平衡常數(shù)得根據(jù)平衡常數(shù)得: : 解得解得y=0.012,y=0.012,則丙中則丙中H H2 2的轉的轉化率為化率為 100%=60%,B100%=6

24、0%,B項正確。平衡時甲中項正確。平衡時甲中c(COc(CO2 2)=)=0.010 mol0.010 molL L-1-1-0.006 mol-0.006 molL L-1-1=0.004 mol=0.004 molL L-1-1, ,丙中丙中c(COc(CO2 2) )=0.020 mol=0.020 molL L-1-1-0.012 mol-0.012 molL L-1-1=0.008 mol=0.008 molL L-1-1,C,C項錯誤。項錯誤。丙中反應物濃度最大丙中反應物濃度最大, ,反應速率最快反應速率最快, ,甲中反應物濃度最小甲中反應物濃度最小, ,反反應速率最慢應速率最慢,

25、D,D項正確。項正確。22y940.020y ，0.0120.020【加固訓練】【加固訓練】1.(20131.(2013洛陽模擬洛陽模擬) )在在100100時時, ,把把0.5 mol N0.5 mol N2 2O O4 4通入體積為通入體積為5 L5 L的真空密閉容器中的真空密閉容器中, ,立即出現(xiàn)紅棕色。反應進行到立即出現(xiàn)紅棕色。反應進行到2 s2 s時時, ,NONO2 2的濃度為的濃度為0.02 mol0.02 molL L-1-1。在。在60 s60 s時時, ,體系已達平衡體系已達平衡, ,此時此時容器內(nèi)壓強為開始時的容器內(nèi)壓強為開始時的1.61.6倍。下列說法正確的是倍。下列說

26、法正確的是( () )A.A.前前2 s2 s以以N N2 2O O4 4的濃度變化表示的反應速率為的濃度變化表示的反應速率為0.01 mol0.01 molL L-1-1s s-1-1B.B.在在2 s2 s時體系內(nèi)的壓強為開始時的時體系內(nèi)的壓強為開始時的1.11.1倍倍C.C.在平衡時體系內(nèi)含在平衡時體系內(nèi)含N N2 2O O4 40.25 mol0.25 molD.D.平衡時平衡時,N,N2 2O O4 4的轉化率為的轉化率為40%40%【解析】【解析】選選B B。N N2 2O O4 4和和NONO2 2之間存在如下轉化關系之間存在如下轉化關系: :N N2 2O O4 4(g)(g)

27、 2NO2NO2 2(g)(g)起始起始(mol)(mol) 0.5 0.5 0 0反應反應(mol)(mol) 0.05 0.05 0.02 0.025 52 s2 s時時(mol)(mol) 0.5-0.05 0.5-0.05 0.02 0.025 5v(Nv(N2 2O O4 4)= =0.005 mol)= =0.005 molL L-1-1s s-1-1,A,A項錯誤項錯誤; ;氣體總的氣體總的物質(zhì)的量為物質(zhì)的量為0.5 mol-0.05 mol+0.02 mol0.5 mol-0.05 mol+0.02 molL L-1-15 L=0.55 mol5 L=0.55 mol2 s2

28、s時的壓強與開始時壓強之比為時的壓強與開始時壓強之比為p p2 s2 spp始始=0.550.5=1.11,=0.550.5=1.11,B B項正確項正確; ;0.05 mol2 s 5 L60 s60 s達到平衡時達到平衡時, ,設有設有xmol Nxmol N2 2O O4 4反應。則有反應。則有N N2 2O O4 4(g)(g) 2NO2NO2 2(g)(g)起始起始(mol)(mol) 0.5 0.5 0 0反應反應(mol)(mol) x x 2x 2x平衡平衡(mol)(mol) 0.5-x 0.5-x 2x 2x平衡時平衡時, ,氣體總的物質(zhì)的量為氣體總的物質(zhì)的量為0.5 mol-xmol+2xmol=(0.5+x)mol,0.5 mol-xmol+2xmol=(0.5+x)mol,所以有所以有 =1.6,=1.6,解得解得x=0.3,x=0.3,平衡體系中含平衡體系中含0.2 mol 0.2 mol N N2 2O O4 4,C,C項錯誤項錯誤;N;N2 2O O4 4的轉化率為的轉化率為 100%=60%,D100%=60%,D項錯誤。項錯誤。0.5xmol0.5 mol（）0.3 mol0.5 mol2.2.將將0.23 mol SO0.23 mol SO2 2和和0.11 mol0.11 m