高考化一輪復習化平衡常數(shù)與平衡圖像復習講義

第6頁授課主題化學平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率及反應方向的判斷教學目的能夠?qū)懗龌瘜W平衡常數(shù)的表達式；可以計算出物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率；教學重難點判斷反應是否達到平衡狀態(tài)；反應物平衡轉(zhuǎn)化率的變化判斷；焓變、熵變及化學反應方向的關(guān)系教學內(nèi)容本節(jié)知識點講解1．化學平衡常數(shù)（1）定義在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)就是該反應的化學平衡常數(shù)（簡稱平衡常數(shù)），用K表示。（2）表達式對于一般的可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K=。（3）應用①判斷反應進行的限度K值大，說明反應進行的程度大，反應物的轉(zhuǎn)化率高。K值小，說明反應進行的程度小，反應物的轉(zhuǎn)化率低。K<10?510?5~105>105反應程度很難進行反應可逆反應可接近完全②判斷反應是否達到平衡狀態(tài)化學反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意狀態(tài)時，濃度商均為Qc=。Qc>K時，反應向逆反應方向進行；Qc=K時，反應處于平衡狀態(tài)；Qc<K時，反應向正反應方向進行。③利用平衡常數(shù)判斷反應的熱效應若升高溫度，K值增大，則正反應為吸熱反應；若升高溫度，K值減小，則正反應為放熱反應。2．轉(zhuǎn)化率對于一般的化學反應：aA＋bBcC＋dD，達到平衡時反應物A的轉(zhuǎn)化率為α(A)＝×100％＝×100％［c0(A)為起始時A的濃度，c(A)為平衡時A的濃度］反應物平衡轉(zhuǎn)化率的變化判斷判斷反應物轉(zhuǎn)化率的變化時，不要把平衡正向移動與反應物轉(zhuǎn)化率提高等同起來，要視具體情況而定。常見有以下幾種情形：反應類型條件的改變反應物轉(zhuǎn)化率的變化有多種反應物的可逆反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)恒容時只增加反應物A的用量反應物A的轉(zhuǎn)化率減小，反應物B的轉(zhuǎn)化率增大同等倍數(shù)地增大（或減?。┓磻顰、B的量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m+n>p+q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大m+n<p+q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小m+n=p+q反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變只有一種反應物的可逆反應mA(g)nB(g)+pC(g)增加反應物A的用量恒溫恒壓條件下反應物轉(zhuǎn)化率不變恒溫恒容條件下m>n+p反應物A的轉(zhuǎn)化率增大m<n+p反應物A的轉(zhuǎn)化率減小m=n+p反應物A和B的轉(zhuǎn)化率不變3.化學反應進行的方向一、自發(fā)過程1．含義在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＝eq\a\vs4\al(－444.3kJ/mol)ΔS＝－280.1eq\a\vs4\al(J/mol·K)D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝＋37.301kJ/molΔS＝184.05J/(mol·K)歸納總結(jié)：焓變、熵變和溫度對化學反應方向的影響ΔHΔSΔH－TΔS反應情況－＋永遠是負值在任何溫度下過程均自發(fā)進行＋－永遠是正值在任何溫度下過程均非自發(fā)進行＋＋低溫為正；高溫為負低溫時非自發(fā)；高溫時自發(fā)－－低溫為負；高溫為正低溫時自發(fā)；高溫時非自發(fā)1．下列說法錯誤的是A．某吸熱反應能自發(fā)進行，因此該反應是熵增反應B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常溫下能自發(fā)進行，則該反應的ΔH>0C．反應NH3（g）＋HCl（g）=NH4Cl（s）在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的ΔH<0D．CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）室溫下不能自發(fā)進行，說明該反應的ΔH>0本知識點小結(jié)化學平衡圖象題的解題方法化學平衡圖象類試題是高考的熱點題型，該類試題經(jīng)常涉及到的圖象類型有物質(zhì)的量(濃度)、速率—時間圖象，含量—時間—溫度(壓強)圖象，恒溫、恒壓曲線等，圖象中蘊含著豐富的信息量，具有簡明、直觀、形象的特點，命題形式靈活，難度不大，解題的關(guān)鍵是根據(jù)反應特點，明確反應條件，認真分析圖象充分挖掘蘊含的信息，緊扣化學原理，找準切入點解決問題。該類題型在選擇題和簡答題中都有涉及，能夠很好地考查學生分析問題和解決問題的能力，在復習備考中應引起足夠的重視。1．常見的化學平衡圖象以可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)ΔH＝QkJ·mol?1（1）含量—時間—溫度(或壓強)圖：(曲線a用催化劑，b不用催化劑或化學計量數(shù)a＋b＝c時曲線a的壓強大于b的壓強)(T2>T1，ΔH>0)(T1<T2，ΔH<0)(p1>p2，a＋b>c)(p1>p2，a＋b<c)恒壓(溫)線(如圖所示)：該類圖象的縱坐標為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應物的轉(zhuǎn)化率(α)，橫坐標為溫度(T)或壓強(p)，常見類型如下所示：(若a＋b>c，則p1>p2>p3，ΔH<0)(若T1>T2，則ΔH>0，a＋b>c)（3）速率?時間圖象根據(jù)v?t圖象，可以很快地判斷出反應進行的方向，根據(jù)v正、v逆的變化情況，可以推斷出外界條件的改變情況。以合成氨反應為例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。條件c(N2)增大c(H2)減小c(NH3)增大v?t圖象平衡移動方向正反應方向移動逆反應方向移動逆反應方向移動條件c(NH3)減小增大壓強減小壓強v?t圖象平衡移動方向正反應方向移動正反應方向移動逆反應方向移動條件升高溫度降低溫度使用催化劑v?t圖象平衡移動方向逆反應方向移動正反應方向移動不移動（4）其他如下圖所示曲線，是其他條件不變時，某反應物的最大轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)的關(guān)系曲線，圖中標出的1、2、3、4四個點，v(正)>v(逆)的點是3，v(正)<v(逆)的點是1，v(正)＝v(逆)的點是2、4。2．化學平衡圖象解答原則（1）解題思路（2）解題步驟以可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)為例：（1）“定一議二”原則在化學平衡圖象中，包括縱坐標、橫坐標和曲線所表示的意義三個量，確定橫坐標所表示的量后，討論縱坐標與曲線的關(guān)系或確定縱坐標所表示的量，討論橫坐標與曲線的關(guān)系。如圖：這類圖象的分析方法是“定一議二”，當有多條曲線及兩個以上條件時，要固定其中一個條件，分析其他條件之間的關(guān)系，必要時，作一輔助線分析。（2）“先拐先平，數(shù)值大”原則在化學平衡圖象中，先出現(xiàn)拐點的反應先達到平衡，先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高(如圖A)或表示的壓強較大(如圖B)。圖A圖B圖A表示T2>T1，正反應是放熱反應。圖B表示p1<p2，A是反應物，正反應為氣體總體積縮小的反應，即a＋b>c。等效平衡1．含義（1）化學平衡狀態(tài)與建立平衡的條件有關(guān)，與建立平衡的途徑無關(guān)。（2）對于同一可逆反應，在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，無論是從正反應(反應物)、逆反應(生成物)或從中間狀態(tài)(既有反應物、也有生成物)開始，只要建立平衡后，平衡混合物中各組分的比例相同，或各組分在混合物中的百分含量相等，這樣的化學平衡互稱為等效平衡。（3）注意只是組分的百分含量相同，包括體積百分含量、物質(zhì)的量百分含量或質(zhì)量百分含量，而各組分的濃度不一定相等。2．審題方法（1）注意反應特點：反應前后氣體的物質(zhì)的量是否發(fā)生變化。（2）分清平衡建立的條件：是恒溫恒壓還是恒溫恒容。3．理解等效平衡的意義（1）對于反應前后氣體物質(zhì)的量有變化的反應，如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)等溫等壓、等溫等容下建立平衡如下圖：容易得出A與C等效，A與D不等效。因為C→D是對反應前后氣體體積有變化的反應加壓，平衡發(fā)生了移動。結(jié)論：對于反應前后氣體物質(zhì)的量有變化的反應，恒溫恒壓時只要起始加入的物質(zhì)按方程式化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè)，比例相同就可建立等效平衡；而恒溫恒容時，則需起始加入的物質(zhì)按方程式化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè)，完全相同才能建立等效平衡，因為反應物物質(zhì)的量的變化會引起平衡的移動。（2）對于反應前后氣體物質(zhì)的量沒有變化的反應，如：H2(g)+I2(g)2HI(g)等溫等壓、等溫等容下建立平衡如下圖：容易得出A與C等效，A與D等效。因為C→D平衡不發(fā)生移動。對反應前后氣體體積不變的反應加壓，平衡不移動。結(jié)論：對于反應前后氣體物質(zhì)的量不變的反應，無論是恒溫恒壓還是恒溫恒容，只要加入的物質(zhì)按方程式化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化到方程式一側(cè)，比例相同就可建立等效平衡。當堂檢測1、常溫下,將一定量的氨基甲酸銨置于密閉真空容器中(固體體積忽略不計)發(fā)生反應：H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)△H,達到平衡時測得c(CO2)=amol·L-1。溫度不變,達到平衡后壓縮容器體積至原來的一半,達到新平衡時測得c(NH3)=xmol·L-1。下列說法正確的是（）A.

混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化時表明達到平衡狀態(tài)B.

達到新平衡時，△H為原來的2倍C.

上述反應達到新平衡狀態(tài)時x=2aD.

上述反應體系中，壓縮容器體積過程中n(H2NCOONH4)不變2、NOx是大氣污染物之一，主要來源于工業(yè)煙氣及汽車尾氣等。除去NOx的方法統(tǒng)稱為脫硝，一般有干法脫硝[選擇性催化劑法(SCR)]、濕法脫硝等。請完成下列問題：(1)汽車發(fā)動機工作時會引發(fā)反應N2(g)+O2(g)

2NO(g)。2019

K

時，向固定容積的密閉容器中充入等物質(zhì)的量的N2、O2

發(fā)生上述反應，各組分體積分數(shù)(ω)的變化如圖1所示。N2

的平衡轉(zhuǎn)化率為

。(2)在密閉、固定容積的容器中，一定最NO發(fā)生分解的過程中，NO

的轉(zhuǎn)化率隨時間變化關(guān)系如圖2

所示。①反應2NO(g)N2(g)+O2(g)

△H

0

(填“>”或“<”

)。②一定溫度下，能夠說明反應2NO(g)N2(g)+O2(g)已達到化學平衡的

(填序號)。a.容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化

b.混合氣體的密度不發(fā)生變化c.NO、N2、O2

的濃度保持不變

d.2v(NO)正=v(N2)逆3、二甲醚(CH3OCH3)的十六烷值高，燃燒尾氣中污染物少，可代替柴油。在反應器中將CO2混合加氫可合成二甲醚，包括以下兩個反應：Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)①已知T℃時，在2L的恒容密閉容器中加入1molCO2和2molH2，發(fā)生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測得反應在不同時刻各組分的量如下：物質(zhì)CO2H2CH3OHH2O起始物質(zhì)的量/mol12005min時物質(zhì)的量/mol0.2平衡時物質(zhì)的量/mol0.4在0~5min內(nèi)，H2O(g)的平均反應速率v(H2O)=_______________；H2的平衡轉(zhuǎn)化率α(H2)=___________。②某科研小組計算了反應Ⅰ在溫度503K～543K間，反應壓強分別是3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa的情況下甲醇的平衡產(chǎn)率（甲醇實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量之比），結(jié)果如圖1所示。則該反應的ΔHI_____（填“>”“<”或“=”，下同）0。a~e曲線分別對應不同的壓強條件，則e對應的壓強是_________，理由是_____________________。（3）在2L恒容密閉容器中充入3molCO、3molH2，發(fā)生反應3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度、壓強的關(guān)系如圖2所示。①下列事實能說明該反應一定達到平衡的是_______（填序號）。a．CO2的濃度不再發(fā)生變化 b．3v正(CO)=v逆(CO2)c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化 d．CH3OCH3與CO2的物質(zhì)的量比為1∶1②對于氣相反應，用某組分(B)的平衡壓強(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)（記作Kp），則A點平衡常數(shù)Kp=________________。課堂總結(jié)家庭作業(yè)1、光氣（COCl2）在塑料、制革、制藥等工業(yè)中有許多用途。工業(yè)上常利用廢氣CO2通過反應：C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH>0，制取合成光氣的原料氣CO。在體積可變的恒壓(p總)密閉容器中充入1molCO2與足量的碳發(fā)生上述反應，在平衡時體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關(guān)系如圖1所示：①T℃時，在容器中若充入稀有氣體，v正______v逆（填“>”“<”或“=”），平衡______移動（填“正向”“逆向”或“不”，下同）；若充入等體積的CO2和CO，平衡________移動。②CO體積分數(shù)為40%時，CO2的轉(zhuǎn)化率為_______。③已知：氣體分壓(p分)=氣體總壓×體積分數(shù)。用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數(shù)Kp的表達式為__________；800℃時，Kp=______（用含p總的代數(shù)式表示）。（3）利用CH4的還原性，通過反應：CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH，可消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃時，分別將1.0molCH4和1.0molNO2充入2L的密閉容器中發(fā)生反應，測得NO2的轉(zhuǎn)化率α(NO2)在不同溫度、壓強下隨時間變化的關(guān)系如圖2所示。則上述反應的ΔH_____0（填“>”“<”或“=”，下同）；壓強：p1_____p2。2、鐵的單質(zhì)及化合物有著重要的用途，根據(jù)所學知識回答下列問題：（1）已知：①3Fe(s)+2O2(g)Fe3O4(s)ΔH1=?1118.4kJ/mol②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH2=?483.8kJ/mol寫出鐵與氣態(tài)水反應的熱化學方程式：________________________。（2）t℃時，在2L恒溫恒容密閉容器中，按下表所示加入物質(zhì)，反應經(jīng)過10min后，F(xiàn)e的物質(zhì)的量變?yōu)?.25mol。FeH2O(g)Fe3O4H22.0mol4.0mol1.0mol1.0mol容器中H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為________；此段時間內(nèi)H2的平均反應速率是_______________。（3）在25℃下，Ksp[Fe(OH)3]=4×10?38，向濃度為0.1mol·L?1的FeCl3溶液中逐滴加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH為5時，溶液中c(Fe3+)為_______mol·L?1。（4）高爐煉鐵的主要反應為CO(g)+Fe2O3(s)CO2(g)+Fe(s)，已知該反應在不同溫度下的平衡常數(shù)如下：溫度/℃100011501300平衡常數(shù)4.03.73.5①該反應的ΔH_____0（填“＞”或“＜”）。②該反應的平衡常數(shù)表達式是_________________；已知1150℃時，某時刻測得高爐中c(CO2)=0.365mol·L?1，c(CO)=0.1mol·L?1，此時正反應速率_______逆反應速率(填“>”“<”或“=”)。③當容器內(nèi)氣體密度恒定時，該反應_________（填“一定”“可能”或“沒有”）達到平衡狀態(tài)；在1000℃時，反應達到平衡，適當增加Fe2O3的量，CO的轉(zhuǎn)化率______（填“增大”“減小”或“不變”）。3、“低碳經(jīng)濟”備受關(guān)注，CO2的捕集、利用與封存成為科學家研究的重要課題。研究CO2與CH4，反應使之轉(zhuǎn)化為CO和H2，對減緩燃料危機、減小溫室效應具有重要的意義。（1）CH4的電子式為。（2）已知：2CO(g)+O2(g)2CO2(g)

ΔH=?566kJ·mol?12H2(g)+O2(g)2H2