还剩24页未读，
继续阅读
第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向 高考化学一轮复习学案人教版
展开
这是一份第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向 高考化学一轮复习学案人教版，共26页。学案主要包含了加固训练—拔高等内容，欢迎下载使用。
考点一 化学平衡常数的含义和应用(命题指数★★★★★)
1．化学平衡常数：
(1)含义：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，简称平衡常数，用符号K表示。
(2)表达式：对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)平衡常数的表达式为K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 。
(3)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的完全程度。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
②K值越大，说明反应进行的程度越完全，反应物转化率越大；反之，反应进行的程度就越不完全，转化率就越小。一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了。
③对只有固体、水参加或生成的反应来说，固体和纯液体的浓度视为“1”。
④K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。
2．化学平衡常数的应用：
(1)判断反应进行的程度
(2)计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。
利用“三段式”法，可以计算化学平衡常数，及利用化学平衡常数计算投料量、转化率等。
(3)判断反应的热效应
(4)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Qc(浓度商)＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 表示，则：
当Qc＝K时，v正＝v逆，反应处于平衡状态；
当Qc当Qc>K时，v正＜v逆，反应向逆反应方向进行。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)平衡常数改变，化学平衡一定移动；化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。( )
提示：×。平衡常数只受温度影响，平衡移动K值不一定改变；平衡常数改变，温度一定变化，平衡一定移动。
(2)K值随温度升高而增大，说明正反应吸热。( )
提示：√。升高温度，平衡向吸热方向移动，K值增大。
(3)可逆反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)在一定温度下的平衡常数K的表达式为K＝ eq \f(c2（CO）,c（C）·c（CO2）) 。( )
提示：×。固体或纯液体的浓度可看作“1”而不必出现在平衡常数表达式中，应为K＝ eq \f(c2（CO）,c（CO2）) 。
(4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K，反应 eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)NH3(g)的平衡常数为K′，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为K″，若K＝a，则K′＝ eq \r(a) ，K″＝ eq \f(1,a) 。( )
提示：√，写出表达式K＝ eq \f(c2（NH3）,c（N2）·c3（H2）) ，K′＝ eq \f(c（NH3）,c\a\vs4\al(\f(1,2))（N2）·c\a\vs4\al(\f(3,2))（H2）) ，则K′＝ eq \r(a) ，K″＝ eq \f(1,a) 。
2．人体血液中的血红蛋白(Hb)可与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。若肺中吸入CO会发生反应CO＋HbO2O2＋HbCO，37 ℃时，该反应的平衡常数K＝220；HbCO浓度达到HbO2浓度的0.02倍时，会使人智力受损。
(1)结合平衡常数分析，煤气(CO)中毒导致患者缺氧的原因？
(2)轻微煤气中毒患者需进入高压氧舱进行吸氧治疗，结合平衡移动原理，分析原因。
(3)若39 ℃时，平衡常数K＝200，则该反应的正反应是吸热反应还是放热反应？
提示：(1)37 ℃时，K＝220，反应正向进行程度较大，血红蛋白结合O2较少，导致患者缺氧。
(2)高压氧舱中氧气浓度较高，可使平衡逆向移动，促进血红蛋白与O2结合，恢复输氧能力。
(3)该反应的平衡常数随温度升高而减小，正反应是放热反应。
3．已知Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH＝a kJ·ml－1，平衡常数为K；测得在不同温度下，K值如下：
(1)若500 ℃时进行上述反应，CO2起始浓度为2 ml·L－1，CO的平衡浓度为________。
(2)方程式中的a________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)700 ℃上述反应达到平衡，要使得该平衡向右移动，其他条件不变时，可以采取的措施有________(填序号)。
A．缩小反应器体积
B．通入CO2
C．升高温度到900 ℃
D．使用合适的催化剂
【解析】(1)设500 ℃时CO的平衡浓度为x ml·L－1，则
Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)
起始： 2 0
变化： x x
平衡： 2－x x
则K＝ eq \f(c（CO）,c（CO2）) ＝ eq \f(x,2－x) ＝1，解得x＝1。
故CO的平衡浓度为1 ml·L－1。
(2)由表格中数据可知，温度越高K值越大，推知温度升高平衡向正反应方向移动，故此反应的正反应为吸热反应，即a大于0。
(3)A项缩小反应器体积，平衡不移动，错误；B项通入CO2，平衡向右移动，正确；C项升高温度时，平衡向右移动，正确；D项使用催化剂不会使平衡发生移动，错误。
答案：(1)1 ml·L－1 (2)大于 (3)BC
命题角度1：平衡常数的概念辨析
【典例1】(2021·运城模拟)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)，若其化学平衡常数K和温度t的关系如表。下列叙述不正确的是( )
A．上述反应的正反应是吸热反应
B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝ eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）·c（Y）)
C．若在1 L的密闭容器中通入X和Y各0.3 ml，5 min后温度升高到800 ℃，此时测得X为0.1 ml，该反应达到平衡状态
D．混合气体的密度保持不变可作为该反应达到平衡的标志之一
【解析】选B。由图表分析，随温度升高，平衡常数增大，说明平衡正向进行，正反应为吸热反应，故A正确；气相物质为主的反应，固态，纯液体浓度视为常数，不列入平衡常数表达式，K应为 eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）) ，故B错误；若在1 L的密闭容器中通入X和Y各0.3 ml，5 min后温度升高到800 ℃，此时测得X为0.1 ml，
2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)
起始(ml) 0.3 0 0
平衡(ml) 0.1 0.1 0.1
所以Qc＝ eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）) ＝ eq \f(0.1×0.1,0.12) ＝1＝K，则此时该反应达到平衡状态，故C正确；混合气体密度ρ＝ eq \f(m,V) ，反应前后气体质量发生改变，所以密度改变，则混合气体的密度保持不变可作为该反应达到平衡的标志之一，故D正确。
命题角度2：化学平衡常数的应用
【典例2】(2019·全国Ⅲ卷节选)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
Deacn发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________________________________。
【解析】根据题中示意图可以看出随着温度的升高，HCl的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，所以温度越高，反应进行的程度越小，K值越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同条件下进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越大，HCl的转化率越低；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越小，HCl的转化率越高。即三条曲线中，最上面一条是c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的变化曲线。将400 ℃时的数据代入可得：K＝ eq \f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) 。由示意图可以看出进料浓度比过高或过低对反应都不利，过高会造成HCl利用率降低，过低会有大量氧气剩余，分离氧气能耗过高。
答案：大于 eq \f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
1．平衡常数只与温度有关：
升高温度→K值增大→正反应为吸热反应
→K值减小→正反应为放热反应
降低温度→K值增大→正反应为放热反应
→K值减小→正反应为吸热反应
2．未知方程式③(K3)与已知方程式①(K1)和②(K2)的关系：
若③＝2×①，则K3＝K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ；
若③＝ eq \f(1,2) ×①，则K3＝ eq \r(K1) ；
若③＝－①，则K3＝1/K1；
若③＝①＋②，则K3＝K1×K2；
若③＝①－②，则K3＝K1/K2。
命题点1：平衡常数的概念辨析(基础性考点)
1．(2021·潮州模拟)某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2为( )
A．2 500 B．50 C．0.02 D．0.002
【解析】选C。某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝ eq \f(c2（C）,c2（A）·c（B）) ＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2＝ eq \f(c2（A）·c（B）,c2（C）) ＝ eq \f(1,K1) ＝ eq \f(1,50) ＝0.02。
2．(2021·合肥模拟)对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．平衡常数表达式为K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（C）·c（H2O）)
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．升高体系温度，平衡常数K减小
D．增加C(s)的量，平衡正向移动
【解析】选B。A.K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，且纯固体不能代入K的表达式中，K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（H2O）) ，故A错误；B.K与温度有关，增大体系压强，平衡常数K不发生变化，故B正确；C.为吸热反应，升高温度，吸热反应的平衡常数K增大，故C错误；D.C为固体，增加C(s)的量，平衡不移动，故D错误。
命题点2：平衡常数的应用(应用性考点)
3．(2021·荔湾区模拟)臭氧是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。臭氧可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生如下反应①：O3O2＋[O] ΔH＞0平衡常数为Ka，反应②：[O]＋O32O2 ΔH＜0平衡常数为Kb，总反应：2O33O2 ΔH＜0平衡常数为K。下列说法错误的是( )
A．降低温度，K减小 B．K＝Ka·Kb
C．适当升温，可提高消毒效率 D．压强增大，Kb不变
【解析】选A。由于总反应ΔH＜0，为放热反应，降低温度，放热反应的K增大，故A错误；总反应＝反应①＋反应②，K＝Ka·Kb，故B正确；反应①ΔH＞0，为吸热反应，反应②ΔH＜0为放热反应，适当升温，反应①正移，反应②逆移，则[O]含量增加，可提高消毒效率，故C正确；平衡常数只与温度有关，故D正确。
【加固训练—拔高】
1．已知反应nA(g)An(g)的平衡常数为K，则 eq \f(1,2) An(g) eq \f(1,2) nA(g)的平衡常数是( )
A．K B．K eq \a\vs4\al(－\f(1,2))
C．K2 D．K－2
【解析】选B。对于同一可逆反应，相同温度下，正、逆两个方向的平衡常数互为倒数，已知反应nA(g)An(g)的平衡常数为K，则有An(g)nA(g)的平衡常数为 eq \f(1,K) ，又同一可逆反应，平衡常数与系数成对应幂次方关系，所以 eq \f(1,2) An(g) eq \f(1,2) nA(g)的平衡常数为 eq \r(\f(1,K)) ＝K eq \a\vs4\al(－\f(1,2)) 。
2．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是( )
A．使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
【解析】选A。催化剂具有选择性，选择适合反应Ⅰ的催化剂以加快反应Ⅰ的速率，抑制反应Ⅱ的发生，从而增大氧化炉中NO的含量，故A正确；由表中平衡常数数据可知，相同温度时，反应Ⅱ的进行程度远大于反应Ⅰ，所以通过改变氧化炉的温度只能促进反应Ⅱ而抑制反应Ⅰ的发生，故B错误；反应Ⅰ和Ⅱ正向均是气体体积增大的反应，增大压强或减小压强对反应Ⅰ和Ⅱ的影响相同，不可能通过改变压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的目的，故C错误；根据500 ℃、700 ℃时反应Ⅲ的平衡常数K数值可知，反应Ⅲ正向是放热反应，温度过高会抑制反应Ⅲ的发生，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降温处理，D错误。
3．已知化学反应①：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，其平衡常数为K1；化学反应②：Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)，其平衡常数为K2。在温度973 K和1 173 K情况下，K1、K2的值分别如表所示：
(1)通过表格中的数值可以推断：反应①是______(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)现有反应③：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，请你写出该反应的平衡常数K3的数学表达式：K3＝__________。
(3)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系式________。根据此关系式及表中数据，也能推断出反应③是__________(填“吸热”或“放热”)反应。
【解析】(1)由表中数据可知，温度升高，①的平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应吸热；(2)依据反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)，根据平衡常数的概念，该反应的平衡常数K3的数学表达式：K3＝ eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）·c（CO2）) ；(3)已知：①Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)；②Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)；利用盖斯定律将①－②可得：
③H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)；则K3＝ eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）·c（CO2）) ＝ eq \f(c（CO）,c（CO2）) × eq \f(c（H2O）,c（H2）) ＝ eq \f(K1,K2) ；依据图表平衡常数数据分析，温度升高 eq \f(K1,K2) 增大，说明平衡正向进行，反应是吸热反应。
答案：(1)吸热 (2) eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）c（CO2）) (3) eq \f(K1,K2) 吸热
考点二 化学平衡常数和转化率的有关计算(命题指数★★★★★)
1．化学平衡相关计算：
化学平衡的计算需要应用三段式：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始量 1 3 0
转化量 a b c
平衡量 1－a 3－b c
①反应物的平衡量＝起始量－转化量
②生成物的平衡量＝起始量＋转化量
③各物质转化浓度之比等于化学计量数之比。转化浓度是联系化学方程式、起始浓度、平衡浓度、转化率、化学反应速率的桥梁，因此抓住转化浓度是解题的关键。
2．转化率相关计算：
(1)转化率＝ eq \f(反应物的转化浓度,反应物的起始浓度) ×100%＝ eq \f(反应物的转化物质的量,反应物的起始物质的量) ×100%＝
eq \f(气体反应物转化的体积,气体反应物起始体积) ×100%。
(2)生成物的产率＝ eq \f(实际产量,理论产量) ×100%
(3)平衡时混合物组分的百分含量＝ eq \f(平衡量,平衡时各物质的总量) ×100%
(4)某组分的体积分数＝ eq \f(某组分的物质的量,混合气体总的物质的量) ×100%
3．平衡常数和转化率计算注意事项：
(1)代入平衡常数K表达式的各浓度一定是某一温度下各反应物和生成物的平衡浓度。
(2)①在同一条件下，平衡转化率是最大的转化率。
②产率＝ eq \f(实际产量,理论产量) ×100%，“产率”不一定是平衡状态下的。
③催化剂可以提高产率，但是不能提高平衡转化率。
④平衡时混合物组分的百分含量＝ eq \f(某组分的平衡量,平衡时各物质的总量) ×100%。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)一定条件下，平衡转化率是反应的最大转化率。( )
提示：√。平衡状态即化学反应限度，转化率是最大值。
(2)平衡常数K和浓度商Qc表达式一样，表示的含义也一样。( )
提示：×。K和Qc表达式一样，但Qc可以代表任意时刻的浓度关系，而K只能代表平衡状态下的浓度关系。
(3)某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2也是50。( )
提示：×。对反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝ eq \f(c2（C）,c2（A）·c（B）) ，而同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2＝ eq \f(c2（A）·c（B）,c2（C）) ＝ eq \f(1,K1) ＝0.02。
(4)在1 100 ℃时，一定容积的密闭容器中发生反应：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝a kJ·ml－1(a>0)，该温度下K＝0.263，达到化学平衡状态时，若c(CO)＝0.100 ml·L－1，则c(CO2)＝0.263 ml·L－1。( )
提示：×。平衡常数K＝ eq \f(c（CO2）,c（CO）) ＝0.263，故达到平衡时，若c(CO)＝0.100 ml·L－1，则c(CO2)＝0.026 3 ml·L－1。
2．已知可逆反应CO＋H2O(g)CO2＋H2，达到平衡时，K＝ eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）) ，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。
(1)830 K时，若起始时：c(CO)＝2 ml·L－1，c(H2O)＝3 ml·L－1，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为________；K值为________。
(2)830 K时，若只将起始时，c(H2O)改为6 ml·L－1，则水蒸气的转化率为________。
(3)若830 K时，起始浓度c(CO)＝a ml·L－1，c(H2O)＝b ml·L－1，H2的平衡浓度c(H2)＝c ml·L－1，
①a、b、c之间的关系式是_____________________________________________。
②当a＝b时，a＝________。
【解析】(1)
CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) 2 3 0 0
转化浓度(ml·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2
平衡浓度(ml·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2
K＝ eq \f(1.2×1.2,0.8×1.8) ＝1，α(H2O)＝ eq \f(1.2,3) ×100%＝40%。
(2)设水蒸气的转化浓度为x ml·L－1
CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) 2 6 0 0
转化浓度(ml·L－1) x x x x
平衡浓度(ml·L－1) 2－x 6－x x x
K＝ eq \f(x·x,（2－x）·（6－x）) ＝1，x＝1.5，α(H2O)＝ eq \f(1.5,6) ×100%＝25%。
(3) CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) a b 0 0
转化浓度(ml·L－1) c c c c
平衡浓度(ml·L－1) a－c b－c c c
则 eq \f(c2,（a－c）（b－c）) ＝1。当b＝a时，代入上式，可得a＝2c。
答案：(1)40% 1 (2)25% (3)① eq \f(c2,（a－c）（b－c）) ＝1 ②2c
命题角度1：平衡常数的计算
【典例1】(2020·山东等级考节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3
一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a ml，CO为b ml，此时H2O(g)的浓度为__________ml·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为______________________________。
【解析】假设反应Ⅱ中，CO反应了x ml，则Ⅱ生成的CH3OH为x ml，Ⅰ生成的CH3OH为(a－x)ml，Ⅲ生成CO为(b＋x)ml，根据反应Ⅰ：CO eq \(2（g）,\s\d4(a－x)) ＋3H eq \(2（g）,\s\d4(3（a－x）)) CH eq \(3OH（g）,\s\d4(a－x)) ＋H eq \(2O（g）,\s\d4(a－x)) ，反应Ⅱ： eq \(CO（g）,\s\d4(x)) ＋2H eq \(2（g）,\s\d4(2x)) CH eq \(3OH（g）,\s\d4(x)) ，反应Ⅲ：CO eq \(2（g）,\s\d4(b＋x)) ＋H eq \(2（g）,\s\d4(b＋x)) eq \(CO（g）,\s\d4(b＋x)) ＋H eq \(2O（g）,\s\d4(b＋x)) ，所以平衡时水的物质的量为(a－x)ml＋(b＋x)ml＝(a＋b)ml，浓度为 eq \f(（a＋b）ml,V L) ＝ eq \f(a＋b,V) ml·L－1；平衡时CO2的物质的量为1 ml－(a－x) ml－(b＋x) ml＝(1－a－b) ml，H2的物质的量为3 ml－3(a－x) ml－2x－(b＋x) ml＝(3－3a－b) ml，CO的物质的量为b ml，水的物质的量为(a＋b) ml，则反应Ⅲ的平衡常数为 eq \f(\f(b,V)×\f(a＋b,V),\f(1－a－b,V)×\f(3－3a－b,V)) ＝ eq \f(b×（a＋b）,（1－a－b）×（3－3a－b）) 。
答案： eq \f(a＋b,V) eq \f(b（a＋b）,（1－a－b）（3－3a－b）)
命题角度2：平衡常数和转化率的计算
【典例2】(2019·全国卷Ⅱ节选)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
(1)已知：(g)===(g)＋H2(g)
ΔH1＝100.3 kJ·ml－1 ①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)ΔH2＝－11.0 kJ·ml－1 ②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③
ΔH3＝________kJ·ml－1
(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
【解析】(1)反应①＋②可得反应③：则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝ 100.3 kJ·ml －1＋(－11.0 kJ·ml －1)＝89.3 kJ·ml－1。
(2)设起始加入反应物的物质的量都为1 ml，
(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)
起始(ml) 1 1 0 0
转化(ml) x x x 2x
平衡(ml) 1－x 1－x x 2x
反应后气体的总物质的量为2＋x，平衡由压强之比等于气体物质的量之比知： eq \f(2＋x,2) ＝1.2，x＝0.4，环戊烯的转化率为 eq \f(0.4,1) ×100%＝40%；反应后的气体的总压强为1.2×105 Pa，、I2、、HI的分压分别为 eq \f(1,4) ×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、 eq \f(1,4) ×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、 eq \f(1,6) ×1.2×105 Pa＝0.2×105 Pa、 eq \f(1,3) ×1.2×105 Pa＝0.4×105 Pa，Kp＝ eq \f(（0.2×105）×（0.4×105）2,（0.3×105）×（0.3×105）) Pa≈3.56×104 Pa；达到平衡后，通入惰性气体对平衡没有影响，环戊烯的平衡转化率不变，A错误；反应③是吸热反应，提高温度平衡向正反应方向移动，环戊烯的平衡转化率增大，B正确；增加环戊烯浓度，环戊烯的平衡转化率减小，C错误；增加碘浓度平衡向正反应方向移动，环戊烯的平衡转化率增大，D正确。
答案：(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD
1．化学平衡常数相关计算：
对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(ml)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/ml a b 0 0
变化/ml mx nx px qx
平衡/ml a－mx b－nx px qx
建立等式求解：①c平(A)＝ eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
②K＝ eq \f(（\f(px,V)）p·（\f(qx,V)）q,（\f(a－mx,V)）m·（\f(b－nx,V)）n)
③α(A)＝ eq \f(mx,a) ×100%。
④φ(A)＝ eq \f(a－mx,a＋b＋（p＋q－m－n）x) ×100%
⑤ eq \f(p（平）,p（始）) ＝ eq \f(a＋b＋（p＋q－m－n）x,a＋b)
⑥ρ(混)＝ eq \f(aM（A）＋bM（B）,V) g·L－1。
⑦相对平均摩尔质量：M＝ eq \f(a·M（A）＋bM（B）,a＋b＋（p＋q－m－n）x) g·ml－1
2．平衡转化率的分析和判断方法：
(1)反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。
②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a＋b＝c＋d A、B的转化率不变,a＋b＞c＋d A、B的转化率增大,a＋b＜c＋d A、B的转化率减小))
(2)反应mA(g)nB(g)＋qC(g)的转化率分析在T、V不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(m＝n＋q A的转化率不变,m＞n＋q A的转化率增大,m＜n＋q A的转化率减小))
命题点1：平衡常数的计算(基础性考点)
1．(2021·南昌模拟)已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应NO(g) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO＞H2O＞CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
【解析】选C。NO分解反应NO(g) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)的平衡常数K＝ eq \f(\r(c（N2）·c（O2）),c（NO）) ＝ eq \r(\f(1,[\f(c2（NO）,c（N2）·c（O2）)])) ＝ eq \r(\f(1,K1)) ＝ eq \r(\f(1,10－30)) ＝1015，故A错误；化学平衡常数表示化学反应进行的程度，但不表示反应难易程度，故B错误；化学平衡常数K的数值越大，化学反应进行的程度越大，常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的化学平衡常数K的数值逐渐减小，则化学反应进行倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2，故C正确；②是放热反应，①③是吸热反应，升高温度平衡向吸热方向移动，所以升高温度②平衡常数减小、①③平衡常数增大，故D错误。
2．(2021·邢台模拟)将1 ml N2O5置于2 L密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：
①2N2O5(g)2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)2NO2(g)。达到平衡时，c(O2)＝0.2 ml·L－1，c(NO2)＝0.6 ml·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为( )
A．3.2 B．0.2 C． eq \f(1,180) D． eq \f(4,45)
【解析】选B。N2O5分解得到N2O4部分转化为NO2(g)，平衡时c(O2)＝0.2 ml·L－1，c(NO2)＝0.6 ml·L－1，则：平衡时c(N2O4)＝2c(O2)－ eq \f(1,2) c(NO2)＝0.2 ml·L－1×2－ eq \f(1,2) ×0.6 ml·L－1＝0.1 ml·L－1，平衡时c(N2O5)＝ eq \f(1 ml,2 L) －2c(O2)＝0.5 ml·L－1－0.2 ml·L－1×2＝0.1 ml·L－1，故反应①的平衡常数K＝ eq \f(c2（N2O4）×c（O2）,c2（N2O5）) ＝ eq \f(0.12×0.2,0.12) ＝0.2。
命题点2：平衡转化率计算(综合性考点)
3．在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：2NO2(g)N2O4(g)，达到平衡时，再向容器内通入一定量的NO2(g)，重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的转化率( )
A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断
【解析】选B。恒温恒容下，到达平衡时再向容器内通入一定量的NO2(g)，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，N2O4(g)的体积分数增大，NO2的体积分数减小，NO2的转化率增大，故选B。
4．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c(H2)＝0.5 ml·L－1，c(HI)＝4 ml·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为( )
A．9 B．16 C．20 D．25
【解析】选C。平衡时c(HI)＝4 ml·L－1，HI分解生成的H2的浓度为0.5 ml·L－1。NH4I分解生成的HI的浓度为4 ml·L－1＋2×0.5 ml·L－1＝5 ml·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为5 ml·L－1，所以反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5×4＝20。
考点三 化学反应方向的判断(命题指数★★★)
1．自发过程和自发反应：
(1)自发过程。
①含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。
②特点：
A．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)。
B．在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。
③非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。
(2)自发反应。
①含义：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应，称为自发反应。
②非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
2．化学反应方向的判断：
(1)焓判据。
①放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。
②局限性：放热反应有利于反应自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，例如：在25 ℃和101 kPa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1。
(2)熵和熵判据。
①熵：用来量度体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·ml－1·K－1。体系混乱程度越大，熵值越大。
同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
②熵变(ΔS)：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
③熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零。
④熵判据：
A．体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
B．局限性：熵增有利于反应自发进行，但有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。如：NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) ΔS＜0。
(3)复合判据。
研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化(ΔG、单位：kJ·ml－1)：ΔG＝ΔH－TΔS(注意：T的单位是“K”，不是“℃”)。
①ΔG<0，反应能自发进行；
②ΔG＝0，反应达到平衡状态；
③ΔG>0，反应不能自发进行。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。( )
提示：×。某些自发反应需要在一定条件下才能发生，非自发反应具备了一定条件也能发生。
(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行。( )
提示：√。该反应符合自发反应条件。
(3)吸热反应不可以自发进行。( )
提示：×。吸热的熵增反应可以自发进行。
(4)同种物质气态时熵值最大。( )
提示：√。同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(5)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。( )
提示：×。应该用焓判据来解释。
2．工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是金属铝冶炼时，却是用电解熔融氧化铝的方法。
已知：25 ℃(298 K)时，反应2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)中，ΔH＝2171 kJ·ml－1，ΔS＝635.5 J·ml－1·K－1。
(1)室温下能否自发进行？该反应的最适宜温度是多少？
(2)为什么不选择此种方法冶炼铝？
提示：(1)室温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝2 171 kJ·ml－1－298 K×635.5×10－3 kJ·ml－1·K－1≈1 982 kJ·ml－1。因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，为使反应能自发进行，假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化，当ΔG＜0时，2 171×1 000－T×635.5＜0，T>3 416 K。
(2)当T＞3 416 K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。因此，不使用焦炭还原氧化铝制备金属铝。
命题角度1：化学反应方向的判断
【典例1】(2020·江苏高考)反应SiCl4(g)＋2H2(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应ΔH＞0、ΔS＜0
B．该反应的平衡常数K＝ eq \f(c4（HCl）,c（SiCl4）×c2（H2）)
C．高温下反应每生成1 ml Si需消耗2×22.4 L H2
D．用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)
【解析】选B。A项，以H2为还原剂的反应属于吸热反应，ΔH>0，该反应中气体的物质的量增多，则ΔS>0，错误；B项，平衡常数表达式中，不写入固体物质，用生成物浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，正确；C项，没有指明H2在标准状况下的体积，错误；D项，1 ml Si中含有2 ml Si—Si键，没有写入计算表达式中，错误。
命题角度2：化学反应方向的应用
【典例2】(2019·天津高考节选)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。
将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为
①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3
(1)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是________________________________。
(2)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正>v逆
b．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
【解析】(1)根据图示分析，当ΔG＝0时，反应①温度是1 000 ℃，所以能自发进行的最低温度是1 000 ℃。相同温度下反应②比反应①的ΔG小，是因为反应①是吸热反应，ΔH>0。
(2)根据图2分析，B点反应没有达到平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，a正确；E点的温度高于A点，E点的反应速率大，b错误；反应在480～520 ℃时转化率最高，该温度段是适宜的温度，c正确。
答案：(1)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小 (2)a、c
1．吉布斯自由能的应用：
可以用ΔG＝ΔH－TΔS的数值判断反应能否自发进行。
ΔG＝ΔH－TΔS eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(＜0反应能自发进行,＝0反应处于平衡状态,＞0反应不能自发进行))
2．ΔH、ΔS与反应的自发性：
命题点1：化学反应方向的判断(基础性考点)
1．(2021·平顶山模拟)下列说法正确的是( )
A．固体的溶解过程与熵变无关
B．常温下，冰融化成水是自发的，说明水的混乱度大于冰
C．放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
【解析】选B。固体的溶解过程，混乱度增大，则熵变增大，故A错误；冰融化为水吸热、且混乱度增大，则ΔH＞0、ΔS＞0，故B正确；ΔH＜0，ΔS＜0的反应在高温下是非自发进行的反应，ΔH＞0，ΔS＞0高温下是自发进行的反应，故C错误；反应自发进行由焓变、熵变、温度共同决定，故D错误。
2．(2021年河北适应性测试)下列说法正确的是( )
A．氕、氘和氚互称同素异形体
B．对于ΔH>0自发进行的化学反应，有ΔS>0
C．对于相同质量的水而言，其体积V的相对大小有：V(g)>V(l)>V(s)
D．两原子形成化学键时要有电子得失或电子偏移
【解析】选B。氕、氘和氚的质子数相同，中子数不同，互称同位素，故A错误；ΔH－TΔS<0时反应自发，若ΔH>0，则有ΔS>0，故B正确；由于氢键的存在，冰的密度小于液态水，对于相同质量的水而言，其体积V的相对大小有：V(g)>V(s)>V(l)，故C错误；相同原子之间通过共用电子对形成的共价键，没有电子得失或电子偏移，故D错误。
命题点2：化学反应方向的应用(应用性考点)
3．(2021·石家庄模拟)研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是( )
A．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
B．在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应方向
C．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0
D．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0
【解析】选D。根据ΔG＝ΔH－TΔS，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应都有ΔG＜0，即在任何温度下均能发生，故A错误；催化剂只能改变反应速率，不改变反应进行的方向，故B错误；反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)中有气体生成，即ΔS＞0，由于室温下不能自发进行，所以ΔG＝ΔH－TΔS＞0，即该反应的ΔH＞0，故C错误；反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)中有气体生成，即ΔS＞0，该分解反应是吸热反应，即ΔH＞0，故D正确。
【加固训练—拔高】
1．(2021·盐城模拟)下列反应均可在室温下自发进行，其中ΔH＞0，ΔS＞0的是( )
A．(NH4)2CO3(s)===NH3(g)＋NH4HCO3(s)
B．Mg(s)＋2HCl(aq)===MgCl2(aq)＋H2(g)
C．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)
D.Al(OH)3(s)＋3HNO3(aq)===Al(NO3)3(aq)＋3H2O(l)
【解析】选A。A为分解反应，属于吸热反应，ΔH＞0，且常温下自发进行，生成气体，ΔS＞0，故A选；B为金属与酸的反应为放热反应，ΔH＜0，故B不选；C为放热的氧化还原反应，ΔH＜0，且ΔS＜0，故C不选；D为中和反应，为放热反应，ΔH＜0，故D不选。
2．(2021·资阳模拟)下列有关化学反应方向的描述中正确的是( )
A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
B．知道了某过程有自发性之后，可预测反应过程发生的快慢
C．CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0，该反应能否自发进行与温度无关
D．冰融化为水的过程中：ΔH＜0，ΔS＞0
【解析】选A。ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，则某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应，故A正确；自发反应的反应速率不一定大，知道了某过程有自发性，不能说明该反应一定发生，也不能说明该反应速率快慢，故B错误；由化学计量数可知ΔS＞0，又ΔH＞0，则该反应在高温下才能自发进行，所以能否自发进行与温度有关，故C错误；同一物质固态的能量小于液态，液态的熵大于固态，所以冰融化为水的过程中ΔH＞0，ΔS＞0，故D错误。
3．(2021·佛山模拟)关于反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)，下列说法错误的是( )
A．焓变ΔH＜0
B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化
C．由熵变ΔS＜0可知，该反应可自发进行
D．选用合适的催化剂，有可能使反应在相同条件下以较快的速率进行
【解析】选C。反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)为放热反应，则ΔH＜0，故A正确；原电池的原理利用的是自发的氧化还原反应，该反应可以设计成原电池，实现能量的转化，故B正确；反应能自发进行的判断依据是ΔH－TΔS＜0，则由熵变和焓变共同决定，由熵变ΔS＜0不能得出该反应可自发进行，故C错误；选用合适的催化剂，可以改变反应的活化能，加快反应速率，故D正确。
1．(2020·浙江7月选考)5 mL 0.1 ml·L－1KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝ eq \f(c2（Fe2＋）,c2（Fe3＋）·c2（I－）)
【解析】选D。加入苯振荡，苯将I2萃取到苯层，水溶液中c(I2)减小，平衡正向移动，A正确；将5 mL 0.1 ml·L－1KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1FeCl3溶液混合，参与反应的Fe3＋与I－物质的量之比为1∶1，反应后I－一定过量，经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，说明水溶液中仍含有Fe3＋，即Fe3＋没有完全消耗，表明该化学反应存在限度，B正确；加入FeSO4固体溶于水电离出Fe2＋，c(Fe2＋)增大，平衡逆向移动，C正确；该反应的平衡常数K＝ eq \f(c2（Fe2＋）·c（I2）,c2（Fe3＋）·c2（I－）) ，D错误。
2．(2019·江苏高考改编)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D. 380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 ml·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＝2 000
【解析】选B。A项，实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率，虚线表示相同条件下随温度变化的NO的平衡转化率，随着温度升高，由虚线知，NO的平衡转化率减小，即温度升高，2NO ＋ O2===2NO2的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0，错误；B项，与X点相同温度下，NO的转化率没有达到最大，所以反应没有达到平衡，如果延长时间，使反应达到平衡，则可以提高NO的转化率，正确；C项，Y点处，反应已达平衡，通入O2时，平衡正向移动，NO的转化率会提高，错误；D项，设起始时c(NO)＝a ml·L－1，则：
2NO ＋O2 === 2NO2
起始c(ml·L－1) a 5×10－4 0
平衡c(ml·L－1) 0.5a (5×10－4－0.25a) 0.5a
转化c(ml·L－1) 0.5a 0.25a 0.5a
K＝ eq \f(（0.5a）2,（0.5a）2×（5×10－4－0.25a）) ＝ eq \f(1,5×10－4－0.25a)
当0.25a＝0时，K＝2 000，但0.25a>0，所以K>2 000，错误。
3．(2020·全国Ⅲ卷节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域，反应如下2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。
(1)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________________________________、
______________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH__________0(填“大于”或“小于”)。
(2)根据图中点A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝__________(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
【解析】(1)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，且温度升高时二者变化趋势相同(即均增大或均减小)，而生成的n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，且温度升高时二者变化趋势相同(即均增大或均减小)，所以根据390 K平衡时各物质的物质的量分数之间的关系可知：c、a分别表示的是CO2和H2，b、d分别表示H2O与C2H4，所以表示C2H4、CO2变化的曲线分别是d和c；由图可知升高温度CO2和H2的物质的量分数增大，即平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理可知该反应为放热反应，即ΔH小于0。(2) 根据图中点A(440 K，0.39)可知此时H2和H2O的物质的量分数均为0.39，即二者分压均为0.039 MPa，由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，而且二者反应过程中也是按照物质的量1∶3的比例生成或者消耗，所以二者的物质的量之比一直为1∶3，即p(H2)＝3p(CO2)，而p(C2H4)＝ eq \f(1,4) p(H2O)＝ eq \f(1,4) ×0.039 MPa，故Kp＝ eq \f(p（C2H4）×p4（H2O）,p2（CO2）×p6（H2）) ＝ eq \f(\f(0.039,4)×0.0394,0.0132×0.0396) ＝ eq \f(9,4) × eq \f(1,0.0393) 或 eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×（\f(0.39,3)）2) × eq \f(1,0.13) 。
答案：(1)d c 小于
(2) eq \f(9,4) × eq \f(1,0.0393) (或 eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×（\f(0.39,3)）2) × eq \f(1,0.13) 等)
【加固训练—拔高】
1．(2020·天津等级考节选)利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机物，可实现资源的再利用。用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)。
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0
某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L－1和3a ml·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为__________。
【解析】运用三段式法：
CO2(g) ＋ 3H2(g)CH3OH(g) ＋ H2O(g)
eq \(\s\up7(起始浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) a 3a 0 0
eq \(\s\up7(转化浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) ab 3ab ab ab
eq \(\s\up7(平衡浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) a(1－b) 3a(1－b) ab ab
该温度下反应平衡常数的值K＝ eq \f(ab×ab,a（1－b）×[3a（1－b）]3) ＝ eq \f(b2,27a2（1－b）4) 。
答案： eq \f(b2,27a2（1－b）4)
2．(2019·天津高考节选)氮、磷、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、镆(Mc)为元素周期表中原子序数依次增大的同族元素。在1 L真空密闭容器中加入a ml PH4I
固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①
4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②
2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③
达平衡时，体系中n(HI)＝b ml，n(I2)＝c ml，n(H2)＝d ml，则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
【解析】2HIH2＋I2，因反应达到平衡时，n(I2)＝c ml，即该反应生成n(H2)＝c ml，反应消耗n(HI)＝2c ml，则PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c) ml；在反应4PH3P4＋6H2中，生成n(H2)＝(d－c) ml，该反应消耗的n(PH3)＝ eq \f(2,3) (d－c) ml，在反应PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)达到平衡时，n(HI)＝b ml，n(PH3)＝(b＋2c) ml－ eq \f(2,3) (d－c) ml，该反应的化学平衡常数K＝b×[(b＋2c)－ eq \f(2,3) (d－c)]＝(b＋ eq \f(8c－2d,3) )×b。
答案：(b＋ eq \f(8c－2d,3) )b
1．必记1个表达式——化学平衡常数表达式：
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 。
2．牢记影响化学平衡常数的1个因素——温度：
化学平衡常数仅与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关。
3．掌握平衡常数K的应用：
(1)判断反应进行的程度；
(2)判断反应进行的方向；
(3)判断反应的热效应；
(4)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。温度/℃
500
700
900
K
1.00
1.47
2.40
t°C
700
800
900
1 000
1 200
K
0.6
1.0
1.3
1.8
2.7
温度
(K)
化学平衡常数
反应Ⅰ
4NH3＋5O2→
4NO＋6H2O
反应Ⅱ
4NH3＋3O2→
2N2＋6H2O
反应Ⅲ：
2NO＋O2→
2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
温度
973 K
1 173 K
K1
1.47
2.15
K2
2.33
1.67
类型
ΔH
ΔS
反应的自发性
1
＜0
＞0
ΔG＜0，反应一定能自发进行
2
＞0
＜0
ΔG＞0，反应一定不能自发进行
3
＜0
＜0
反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，故低温自发
4
＞0
＞0
反应能否自发进行与温度有关，一般高温时熵变影响为主，故较高温度自发
考点一 化学平衡常数的含义和应用(命题指数★★★★★)
1．化学平衡常数：
(1)含义：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，简称平衡常数，用符号K表示。
(2)表达式：对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)平衡常数的表达式为K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 。
(3)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的完全程度。可以说，化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
②K值越大，说明反应进行的程度越完全，反应物转化率越大；反之，反应进行的程度就越不完全，转化率就越小。一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了。
③对只有固体、水参加或生成的反应来说，固体和纯液体的浓度视为“1”。
④K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。
2．化学平衡常数的应用：
(1)判断反应进行的程度
(2)计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。
利用“三段式”法，可以计算化学平衡常数，及利用化学平衡常数计算投料量、转化率等。
(3)判断反应的热效应
(4)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Qc(浓度商)＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 表示，则：
当Qc＝K时，v正＝v逆，反应处于平衡状态；
当Qc
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)平衡常数改变，化学平衡一定移动；化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。( )
提示：×。平衡常数只受温度影响，平衡移动K值不一定改变；平衡常数改变，温度一定变化，平衡一定移动。
(2)K值随温度升高而增大，说明正反应吸热。( )
提示：√。升高温度，平衡向吸热方向移动，K值增大。
(3)可逆反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)在一定温度下的平衡常数K的表达式为K＝ eq \f(c2（CO）,c（C）·c（CO2）) 。( )
提示：×。固体或纯液体的浓度可看作“1”而不必出现在平衡常数表达式中，应为K＝ eq \f(c2（CO）,c（CO2）) 。
(4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K，反应 eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)NH3(g)的平衡常数为K′，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为K″，若K＝a，则K′＝ eq \r(a) ，K″＝ eq \f(1,a) 。( )
提示：√，写出表达式K＝ eq \f(c2（NH3）,c（N2）·c3（H2）) ，K′＝ eq \f(c（NH3）,c\a\vs4\al(\f(1,2))（N2）·c\a\vs4\al(\f(3,2))（H2）) ，则K′＝ eq \r(a) ，K″＝ eq \f(1,a) 。
2．人体血液中的血红蛋白(Hb)可与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。若肺中吸入CO会发生反应CO＋HbO2O2＋HbCO，37 ℃时，该反应的平衡常数K＝220；HbCO浓度达到HbO2浓度的0.02倍时，会使人智力受损。
(1)结合平衡常数分析，煤气(CO)中毒导致患者缺氧的原因？
(2)轻微煤气中毒患者需进入高压氧舱进行吸氧治疗，结合平衡移动原理，分析原因。
(3)若39 ℃时，平衡常数K＝200，则该反应的正反应是吸热反应还是放热反应？
提示：(1)37 ℃时，K＝220，反应正向进行程度较大，血红蛋白结合O2较少，导致患者缺氧。
(2)高压氧舱中氧气浓度较高，可使平衡逆向移动，促进血红蛋白与O2结合，恢复输氧能力。
(3)该反应的平衡常数随温度升高而减小，正反应是放热反应。
3．已知Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH＝a kJ·ml－1，平衡常数为K；测得在不同温度下，K值如下：
(1)若500 ℃时进行上述反应，CO2起始浓度为2 ml·L－1，CO的平衡浓度为________。
(2)方程式中的a________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)700 ℃上述反应达到平衡，要使得该平衡向右移动，其他条件不变时，可以采取的措施有________(填序号)。
A．缩小反应器体积
B．通入CO2
C．升高温度到900 ℃
D．使用合适的催化剂
【解析】(1)设500 ℃时CO的平衡浓度为x ml·L－1，则
Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)
起始： 2 0
变化： x x
平衡： 2－x x
则K＝ eq \f(c（CO）,c（CO2）) ＝ eq \f(x,2－x) ＝1，解得x＝1。
故CO的平衡浓度为1 ml·L－1。
(2)由表格中数据可知，温度越高K值越大，推知温度升高平衡向正反应方向移动，故此反应的正反应为吸热反应，即a大于0。
(3)A项缩小反应器体积，平衡不移动，错误；B项通入CO2，平衡向右移动，正确；C项升高温度时，平衡向右移动，正确；D项使用催化剂不会使平衡发生移动，错误。
答案：(1)1 ml·L－1 (2)大于 (3)BC
命题角度1：平衡常数的概念辨析
【典例1】(2021·运城模拟)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)，若其化学平衡常数K和温度t的关系如表。下列叙述不正确的是( )
A．上述反应的正反应是吸热反应
B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝ eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）·c（Y）)
C．若在1 L的密闭容器中通入X和Y各0.3 ml，5 min后温度升高到800 ℃，此时测得X为0.1 ml，该反应达到平衡状态
D．混合气体的密度保持不变可作为该反应达到平衡的标志之一
【解析】选B。由图表分析，随温度升高，平衡常数增大，说明平衡正向进行，正反应为吸热反应，故A正确；气相物质为主的反应，固态，纯液体浓度视为常数，不列入平衡常数表达式，K应为 eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）) ，故B错误；若在1 L的密闭容器中通入X和Y各0.3 ml，5 min后温度升高到800 ℃，此时测得X为0.1 ml，
2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)
起始(ml) 0.3 0 0
平衡(ml) 0.1 0.1 0.1
所以Qc＝ eq \f(c（Z）·c（W）,c2（X）) ＝ eq \f(0.1×0.1,0.12) ＝1＝K，则此时该反应达到平衡状态，故C正确；混合气体密度ρ＝ eq \f(m,V) ，反应前后气体质量发生改变，所以密度改变，则混合气体的密度保持不变可作为该反应达到平衡的标志之一，故D正确。
命题角度2：化学平衡常数的应用
【典例2】(2019·全国Ⅲ卷节选)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
Deacn发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________________________________。
【解析】根据题中示意图可以看出随着温度的升高，HCl的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，所以温度越高，反应进行的程度越小，K值越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同条件下进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越大，HCl的转化率越低；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越小，HCl的转化率越高。即三条曲线中，最上面一条是c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的变化曲线。将400 ℃时的数据代入可得：K＝ eq \f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) 。由示意图可以看出进料浓度比过高或过低对反应都不利，过高会造成HCl利用率降低，过低会有大量氧气剩余，分离氧气能耗过高。
答案：大于 eq \f(（0.42）2×（0.42）2,（1－0.84）4×（1－0.21）c0) O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
1．平衡常数只与温度有关：
升高温度→K值增大→正反应为吸热反应
→K值减小→正反应为放热反应
降低温度→K值增大→正反应为放热反应
→K值减小→正反应为吸热反应
2．未知方程式③(K3)与已知方程式①(K1)和②(K2)的关系：
若③＝2×①，则K3＝K eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ；
若③＝ eq \f(1,2) ×①，则K3＝ eq \r(K1) ；
若③＝－①，则K3＝1/K1；
若③＝①＋②，则K3＝K1×K2；
若③＝①－②，则K3＝K1/K2。
命题点1：平衡常数的概念辨析(基础性考点)
1．(2021·潮州模拟)某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2为( )
A．2 500 B．50 C．0.02 D．0.002
【解析】选C。某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝ eq \f(c2（C）,c2（A）·c（B）) ＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2＝ eq \f(c2（A）·c（B）,c2（C）) ＝ eq \f(1,K1) ＝ eq \f(1,50) ＝0.02。
2．(2021·合肥模拟)对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．平衡常数表达式为K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（C）·c（H2O）)
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．升高体系温度，平衡常数K减小
D．增加C(s)的量，平衡正向移动
【解析】选B。A.K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，且纯固体不能代入K的表达式中，K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（H2O）) ，故A错误；B.K与温度有关，增大体系压强，平衡常数K不发生变化，故B正确；C.为吸热反应，升高温度，吸热反应的平衡常数K增大，故C错误；D.C为固体，增加C(s)的量，平衡不移动，故D错误。
命题点2：平衡常数的应用(应用性考点)
3．(2021·荔湾区模拟)臭氧是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。臭氧可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生如下反应①：O3O2＋[O] ΔH＞0平衡常数为Ka，反应②：[O]＋O32O2 ΔH＜0平衡常数为Kb，总反应：2O33O2 ΔH＜0平衡常数为K。下列说法错误的是( )
A．降低温度，K减小 B．K＝Ka·Kb
C．适当升温，可提高消毒效率 D．压强增大，Kb不变
【解析】选A。由于总反应ΔH＜0，为放热反应，降低温度，放热反应的K增大，故A错误；总反应＝反应①＋反应②，K＝Ka·Kb，故B正确；反应①ΔH＞0，为吸热反应，反应②ΔH＜0为放热反应，适当升温，反应①正移，反应②逆移，则[O]含量增加，可提高消毒效率，故C正确；平衡常数只与温度有关，故D正确。
【加固训练—拔高】
1．已知反应nA(g)An(g)的平衡常数为K，则 eq \f(1,2) An(g) eq \f(1,2) nA(g)的平衡常数是( )
A．K B．K eq \a\vs4\al(－\f(1,2))
C．K2 D．K－2
【解析】选B。对于同一可逆反应，相同温度下，正、逆两个方向的平衡常数互为倒数，已知反应nA(g)An(g)的平衡常数为K，则有An(g)nA(g)的平衡常数为 eq \f(1,K) ，又同一可逆反应，平衡常数与系数成对应幂次方关系，所以 eq \f(1,2) An(g) eq \f(1,2) nA(g)的平衡常数为 eq \r(\f(1,K)) ＝K eq \a\vs4\al(－\f(1,2)) 。
2．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是( )
A．使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
【解析】选A。催化剂具有选择性，选择适合反应Ⅰ的催化剂以加快反应Ⅰ的速率，抑制反应Ⅱ的发生，从而增大氧化炉中NO的含量，故A正确；由表中平衡常数数据可知，相同温度时，反应Ⅱ的进行程度远大于反应Ⅰ，所以通过改变氧化炉的温度只能促进反应Ⅱ而抑制反应Ⅰ的发生，故B错误；反应Ⅰ和Ⅱ正向均是气体体积增大的反应，增大压强或减小压强对反应Ⅰ和Ⅱ的影响相同，不可能通过改变压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的目的，故C错误；根据500 ℃、700 ℃时反应Ⅲ的平衡常数K数值可知，反应Ⅲ正向是放热反应，温度过高会抑制反应Ⅲ的发生，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降温处理，D错误。
3．已知化学反应①：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，其平衡常数为K1；化学反应②：Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)，其平衡常数为K2。在温度973 K和1 173 K情况下，K1、K2的值分别如表所示：
(1)通过表格中的数值可以推断：反应①是______(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)现有反应③：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，请你写出该反应的平衡常数K3的数学表达式：K3＝__________。
(3)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系式________。根据此关系式及表中数据，也能推断出反应③是__________(填“吸热”或“放热”)反应。
【解析】(1)由表中数据可知，温度升高，①的平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应吸热；(2)依据反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)，根据平衡常数的概念，该反应的平衡常数K3的数学表达式：K3＝ eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）·c（CO2）) ；(3)已知：①Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)；②Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g)；利用盖斯定律将①－②可得：
③H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)；则K3＝ eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）·c（CO2）) ＝ eq \f(c（CO）,c（CO2）) × eq \f(c（H2O）,c（H2）) ＝ eq \f(K1,K2) ；依据图表平衡常数数据分析，温度升高 eq \f(K1,K2) 增大，说明平衡正向进行，反应是吸热反应。
答案：(1)吸热 (2) eq \f(c（CO）·c（H2O）,c（H2）c（CO2）) (3) eq \f(K1,K2) 吸热
考点二 化学平衡常数和转化率的有关计算(命题指数★★★★★)
1．化学平衡相关计算：
化学平衡的计算需要应用三段式：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始量 1 3 0
转化量 a b c
平衡量 1－a 3－b c
①反应物的平衡量＝起始量－转化量
②生成物的平衡量＝起始量＋转化量
③各物质转化浓度之比等于化学计量数之比。转化浓度是联系化学方程式、起始浓度、平衡浓度、转化率、化学反应速率的桥梁，因此抓住转化浓度是解题的关键。
2．转化率相关计算：
(1)转化率＝ eq \f(反应物的转化浓度,反应物的起始浓度) ×100%＝ eq \f(反应物的转化物质的量,反应物的起始物质的量) ×100%＝
eq \f(气体反应物转化的体积,气体反应物起始体积) ×100%。
(2)生成物的产率＝ eq \f(实际产量,理论产量) ×100%
(3)平衡时混合物组分的百分含量＝ eq \f(平衡量,平衡时各物质的总量) ×100%
(4)某组分的体积分数＝ eq \f(某组分的物质的量,混合气体总的物质的量) ×100%
3．平衡常数和转化率计算注意事项：
(1)代入平衡常数K表达式的各浓度一定是某一温度下各反应物和生成物的平衡浓度。
(2)①在同一条件下，平衡转化率是最大的转化率。
②产率＝ eq \f(实际产量,理论产量) ×100%，“产率”不一定是平衡状态下的。
③催化剂可以提高产率，但是不能提高平衡转化率。
④平衡时混合物组分的百分含量＝ eq \f(某组分的平衡量,平衡时各物质的总量) ×100%。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)一定条件下，平衡转化率是反应的最大转化率。( )
提示：√。平衡状态即化学反应限度，转化率是最大值。
(2)平衡常数K和浓度商Qc表达式一样，表示的含义也一样。( )
提示：×。K和Qc表达式一样，但Qc可以代表任意时刻的浓度关系，而K只能代表平衡状态下的浓度关系。
(3)某温度下，反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝50，在同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2也是50。( )
提示：×。对反应2A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数K1＝ eq \f(c2（C）,c2（A）·c（B）) ，而同一温度下，反应2C(g)2A(g)＋B(g)的平衡常数K2＝ eq \f(c2（A）·c（B）,c2（C）) ＝ eq \f(1,K1) ＝0.02。
(4)在1 100 ℃时，一定容积的密闭容器中发生反应：FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝a kJ·ml－1(a>0)，该温度下K＝0.263，达到化学平衡状态时，若c(CO)＝0.100 ml·L－1，则c(CO2)＝0.263 ml·L－1。( )
提示：×。平衡常数K＝ eq \f(c（CO2）,c（CO）) ＝0.263，故达到平衡时，若c(CO)＝0.100 ml·L－1，则c(CO2)＝0.026 3 ml·L－1。
2．已知可逆反应CO＋H2O(g)CO2＋H2，达到平衡时，K＝ eq \f(c（CO2）·c（H2）,c（CO）·c（H2O）) ，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。
(1)830 K时，若起始时：c(CO)＝2 ml·L－1，c(H2O)＝3 ml·L－1，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为________；K值为________。
(2)830 K时，若只将起始时，c(H2O)改为6 ml·L－1，则水蒸气的转化率为________。
(3)若830 K时，起始浓度c(CO)＝a ml·L－1，c(H2O)＝b ml·L－1，H2的平衡浓度c(H2)＝c ml·L－1，
①a、b、c之间的关系式是_____________________________________________。
②当a＝b时，a＝________。
【解析】(1)
CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) 2 3 0 0
转化浓度(ml·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2
平衡浓度(ml·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2
K＝ eq \f(1.2×1.2,0.8×1.8) ＝1，α(H2O)＝ eq \f(1.2,3) ×100%＝40%。
(2)设水蒸气的转化浓度为x ml·L－1
CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) 2 6 0 0
转化浓度(ml·L－1) x x x x
平衡浓度(ml·L－1) 2－x 6－x x x
K＝ eq \f(x·x,（2－x）·（6－x）) ＝1，x＝1.5，α(H2O)＝ eq \f(1.5,6) ×100%＝25%。
(3) CO＋H2O(g) CO2＋H2
起始浓度(ml·L－1) a b 0 0
转化浓度(ml·L－1) c c c c
平衡浓度(ml·L－1) a－c b－c c c
则 eq \f(c2,（a－c）（b－c）) ＝1。当b＝a时，代入上式，可得a＝2c。
答案：(1)40% 1 (2)25% (3)① eq \f(c2,（a－c）（b－c）) ＝1 ②2c
命题角度1：平衡常数的计算
【典例1】(2020·山东等级考节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3
一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a ml，CO为b ml，此时H2O(g)的浓度为__________ml·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为______________________________。
【解析】假设反应Ⅱ中，CO反应了x ml，则Ⅱ生成的CH3OH为x ml，Ⅰ生成的CH3OH为(a－x)ml，Ⅲ生成CO为(b＋x)ml，根据反应Ⅰ：CO eq \(2（g）,\s\d4(a－x)) ＋3H eq \(2（g）,\s\d4(3（a－x）)) CH eq \(3OH（g）,\s\d4(a－x)) ＋H eq \(2O（g）,\s\d4(a－x)) ，反应Ⅱ： eq \(CO（g）,\s\d4(x)) ＋2H eq \(2（g）,\s\d4(2x)) CH eq \(3OH（g）,\s\d4(x)) ，反应Ⅲ：CO eq \(2（g）,\s\d4(b＋x)) ＋H eq \(2（g）,\s\d4(b＋x)) eq \(CO（g）,\s\d4(b＋x)) ＋H eq \(2O（g）,\s\d4(b＋x)) ，所以平衡时水的物质的量为(a－x)ml＋(b＋x)ml＝(a＋b)ml，浓度为 eq \f(（a＋b）ml,V L) ＝ eq \f(a＋b,V) ml·L－1；平衡时CO2的物质的量为1 ml－(a－x) ml－(b＋x) ml＝(1－a－b) ml，H2的物质的量为3 ml－3(a－x) ml－2x－(b＋x) ml＝(3－3a－b) ml，CO的物质的量为b ml，水的物质的量为(a＋b) ml，则反应Ⅲ的平衡常数为 eq \f(\f(b,V)×\f(a＋b,V),\f(1－a－b,V)×\f(3－3a－b,V)) ＝ eq \f(b×（a＋b）,（1－a－b）×（3－3a－b）) 。
答案： eq \f(a＋b,V) eq \f(b（a＋b）,（1－a－b）（3－3a－b）)
命题角度2：平衡常数和转化率的计算
【典例2】(2019·全国卷Ⅱ节选)环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
(1)已知：(g)===(g)＋H2(g)
ΔH1＝100.3 kJ·ml－1 ①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)ΔH2＝－11.0 kJ·ml－1 ②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)③
ΔH3＝________kJ·ml－1
(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
【解析】(1)反应①＋②可得反应③：则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝ 100.3 kJ·ml －1＋(－11.0 kJ·ml －1)＝89.3 kJ·ml－1。
(2)设起始加入反应物的物质的量都为1 ml，
(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)
起始(ml) 1 1 0 0
转化(ml) x x x 2x
平衡(ml) 1－x 1－x x 2x
反应后气体的总物质的量为2＋x，平衡由压强之比等于气体物质的量之比知： eq \f(2＋x,2) ＝1.2，x＝0.4，环戊烯的转化率为 eq \f(0.4,1) ×100%＝40%；反应后的气体的总压强为1.2×105 Pa，、I2、、HI的分压分别为 eq \f(1,4) ×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、 eq \f(1,4) ×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、 eq \f(1,6) ×1.2×105 Pa＝0.2×105 Pa、 eq \f(1,3) ×1.2×105 Pa＝0.4×105 Pa，Kp＝ eq \f(（0.2×105）×（0.4×105）2,（0.3×105）×（0.3×105）) Pa≈3.56×104 Pa；达到平衡后，通入惰性气体对平衡没有影响，环戊烯的平衡转化率不变，A错误；反应③是吸热反应，提高温度平衡向正反应方向移动，环戊烯的平衡转化率增大，B正确；增加环戊烯浓度，环戊烯的平衡转化率减小，C错误；增加碘浓度平衡向正反应方向移动，环戊烯的平衡转化率增大，D正确。
答案：(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD
1．化学平衡常数相关计算：
对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(ml)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/ml a b 0 0
变化/ml mx nx px qx
平衡/ml a－mx b－nx px qx
建立等式求解：①c平(A)＝ eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
②K＝ eq \f(（\f(px,V)）p·（\f(qx,V)）q,（\f(a－mx,V)）m·（\f(b－nx,V)）n)
③α(A)＝ eq \f(mx,a) ×100%。
④φ(A)＝ eq \f(a－mx,a＋b＋（p＋q－m－n）x) ×100%
⑤ eq \f(p（平）,p（始）) ＝ eq \f(a＋b＋（p＋q－m－n）x,a＋b)
⑥ρ(混)＝ eq \f(aM（A）＋bM（B）,V) g·L－1。
⑦相对平均摩尔质量：M＝ eq \f(a·M（A）＋bM（B）,a＋b＋（p＋q－m－n）x) g·ml－1
2．平衡转化率的分析和判断方法：
(1)反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。
②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a＋b＝c＋d A、B的转化率不变,a＋b＞c＋d A、B的转化率增大,a＋b＜c＋d A、B的转化率减小))
(2)反应mA(g)nB(g)＋qC(g)的转化率分析在T、V不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(m＝n＋q A的转化率不变,m＞n＋q A的转化率增大,m＜n＋q A的转化率减小))
命题点1：平衡常数的计算(基础性考点)
1．(2021·南昌模拟)已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应NO(g) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO＞H2O＞CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
【解析】选C。NO分解反应NO(g) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g)的平衡常数K＝ eq \f(\r(c（N2）·c（O2）),c（NO）) ＝ eq \r(\f(1,[\f(c2（NO）,c（N2）·c（O2）)])) ＝ eq \r(\f(1,K1)) ＝ eq \r(\f(1,10－30)) ＝1015，故A错误；化学平衡常数表示化学反应进行的程度，但不表示反应难易程度，故B错误；化学平衡常数K的数值越大，化学反应进行的程度越大，常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的化学平衡常数K的数值逐渐减小，则化学反应进行倾向由大到小的顺序为NO＞H2O＞CO2，故C正确；②是放热反应，①③是吸热反应，升高温度平衡向吸热方向移动，所以升高温度②平衡常数减小、①③平衡常数增大，故D错误。
2．(2021·邢台模拟)将1 ml N2O5置于2 L密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：
①2N2O5(g)2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)2NO2(g)。达到平衡时，c(O2)＝0.2 ml·L－1，c(NO2)＝0.6 ml·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为( )
A．3.2 B．0.2 C． eq \f(1,180) D． eq \f(4,45)
【解析】选B。N2O5分解得到N2O4部分转化为NO2(g)，平衡时c(O2)＝0.2 ml·L－1，c(NO2)＝0.6 ml·L－1，则：平衡时c(N2O4)＝2c(O2)－ eq \f(1,2) c(NO2)＝0.2 ml·L－1×2－ eq \f(1,2) ×0.6 ml·L－1＝0.1 ml·L－1，平衡时c(N2O5)＝ eq \f(1 ml,2 L) －2c(O2)＝0.5 ml·L－1－0.2 ml·L－1×2＝0.1 ml·L－1，故反应①的平衡常数K＝ eq \f(c2（N2O4）×c（O2）,c2（N2O5）) ＝ eq \f(0.12×0.2,0.12) ＝0.2。
命题点2：平衡转化率计算(综合性考点)
3．在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：2NO2(g)N2O4(g)，达到平衡时，再向容器内通入一定量的NO2(g)，重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的转化率( )
A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断
【解析】选B。恒温恒容下，到达平衡时再向容器内通入一定量的NO2(g)，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，N2O4(g)的体积分数增大，NO2的体积分数减小，NO2的转化率增大，故选B。
4．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c(H2)＝0.5 ml·L－1，c(HI)＝4 ml·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为( )
A．9 B．16 C．20 D．25
【解析】选C。平衡时c(HI)＝4 ml·L－1，HI分解生成的H2的浓度为0.5 ml·L－1。NH4I分解生成的HI的浓度为4 ml·L－1＋2×0.5 ml·L－1＝5 ml·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为5 ml·L－1，所以反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5×4＝20。
考点三 化学反应方向的判断(命题指数★★★)
1．自发过程和自发反应：
(1)自发过程。
①含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。
②特点：
A．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)。
B．在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。
③非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。
(2)自发反应。
①含义：在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应，称为自发反应。
②非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
2．化学反应方向的判断：
(1)焓判据。
①放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。
②局限性：放热反应有利于反应自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，例如：在25 ℃和101 kPa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·ml－1。
(2)熵和熵判据。
①熵：用来量度体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·ml－1·K－1。体系混乱程度越大，熵值越大。
同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
②熵变(ΔS)：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
③熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变大于零。
④熵判据：
A．体系有自发地向混乱度增大(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
B．局限性：熵增有利于反应自发进行，但有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。如：NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) ΔS＜0。
(3)复合判据。
研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是体系自由能变化(ΔG、单位：kJ·ml－1)：ΔG＝ΔH－TΔS(注意：T的单位是“K”，不是“℃”)。
①ΔG<0，反应能自发进行；
②ΔG＝0，反应达到平衡状态；
③ΔG>0，反应不能自发进行。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。( )
提示：×。某些自发反应需要在一定条件下才能发生，非自发反应具备了一定条件也能发生。
(2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行。( )
提示：√。该反应符合自发反应条件。
(3)吸热反应不可以自发进行。( )
提示：×。吸热的熵增反应可以自发进行。
(4)同种物质气态时熵值最大。( )
提示：√。同一种物质，不同状态，熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(5)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。( )
提示：×。应该用焓判据来解释。
2．工业上可以用焦炭还原氧化铁得到金属铁，但是金属铝冶炼时，却是用电解熔融氧化铝的方法。
已知：25 ℃(298 K)时，反应2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)中，ΔH＝2171 kJ·ml－1，ΔS＝635.5 J·ml－1·K－1。
(1)室温下能否自发进行？该反应的最适宜温度是多少？
(2)为什么不选择此种方法冶炼铝？
提示：(1)室温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝2 171 kJ·ml－1－298 K×635.5×10－3 kJ·ml－1·K－1≈1 982 kJ·ml－1。因此室温下反应不能自发进行。该反应为吸热的熵增加反应，为使反应能自发进行，假设反应焓变与反应熵变不随温度变化而变化，当ΔG＜0时，2 171×1 000－T×635.5＜0，T>3 416 K。
(2)当T＞3 416 K时，该反应才能自发进行，而这么高的温度在工业生产中一般是很难满足的。因此，不使用焦炭还原氧化铝制备金属铝。
命题角度1：化学反应方向的判断
【典例1】(2020·江苏高考)反应SiCl4(g)＋2H2(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应ΔH＞0、ΔS＜0
B．该反应的平衡常数K＝ eq \f(c4（HCl）,c（SiCl4）×c2（H2）)
C．高温下反应每生成1 ml Si需消耗2×22.4 L H2
D．用E表示键能，该反应ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)
【解析】选B。A项，以H2为还原剂的反应属于吸热反应，ΔH>0，该反应中气体的物质的量增多，则ΔS>0，错误；B项，平衡常数表达式中，不写入固体物质，用生成物浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，正确；C项，没有指明H2在标准状况下的体积，错误；D项，1 ml Si中含有2 ml Si—Si键，没有写入计算表达式中，错误。
命题角度2：化学反应方向的应用
【典例2】(2019·天津高考节选)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。
将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为
①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)ΔH3
(1)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是________________________________。
(2)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正>v逆
b．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
【解析】(1)根据图示分析，当ΔG＝0时，反应①温度是1 000 ℃，所以能自发进行的最低温度是1 000 ℃。相同温度下反应②比反应①的ΔG小，是因为反应①是吸热反应，ΔH>0。
(2)根据图2分析，B点反应没有达到平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，a正确；E点的温度高于A点，E点的反应速率大，b错误；反应在480～520 ℃时转化率最高，该温度段是适宜的温度，c正确。
答案：(1)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小 (2)a、c
1．吉布斯自由能的应用：
可以用ΔG＝ΔH－TΔS的数值判断反应能否自发进行。
ΔG＝ΔH－TΔS eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(＜0反应能自发进行,＝0反应处于平衡状态,＞0反应不能自发进行))
2．ΔH、ΔS与反应的自发性：
命题点1：化学反应方向的判断(基础性考点)
1．(2021·平顶山模拟)下列说法正确的是( )
A．固体的溶解过程与熵变无关
B．常温下，冰融化成水是自发的，说明水的混乱度大于冰
C．放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
【解析】选B。固体的溶解过程，混乱度增大，则熵变增大，故A错误；冰融化为水吸热、且混乱度增大，则ΔH＞0、ΔS＞0，故B正确；ΔH＜0，ΔS＜0的反应在高温下是非自发进行的反应，ΔH＞0，ΔS＞0高温下是自发进行的反应，故C错误；反应自发进行由焓变、熵变、温度共同决定，故D错误。
2．(2021年河北适应性测试)下列说法正确的是( )
A．氕、氘和氚互称同素异形体
B．对于ΔH>0自发进行的化学反应，有ΔS>0
C．对于相同质量的水而言，其体积V的相对大小有：V(g)>V(l)>V(s)
D．两原子形成化学键时要有电子得失或电子偏移
【解析】选B。氕、氘和氚的质子数相同，中子数不同，互称同位素，故A错误；ΔH－TΔS<0时反应自发，若ΔH>0，则有ΔS>0，故B正确；由于氢键的存在，冰的密度小于液态水，对于相同质量的水而言，其体积V的相对大小有：V(g)>V(s)>V(l)，故C错误；相同原子之间通过共用电子对形成的共价键，没有电子得失或电子偏移，故D错误。
命题点2：化学反应方向的应用(应用性考点)
3．(2021·石家庄模拟)研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是( )
A．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
B．在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应方向
C．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0
D．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0
【解析】选D。根据ΔG＝ΔH－TΔS，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应都有ΔG＜0，即在任何温度下均能发生，故A错误；催化剂只能改变反应速率，不改变反应进行的方向，故B错误；反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)中有气体生成，即ΔS＞0，由于室温下不能自发进行，所以ΔG＝ΔH－TΔS＞0，即该反应的ΔH＞0，故C错误；反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)中有气体生成，即ΔS＞0，该分解反应是吸热反应，即ΔH＞0，故D正确。
【加固训练—拔高】
1．(2021·盐城模拟)下列反应均可在室温下自发进行，其中ΔH＞0，ΔS＞0的是( )
A．(NH4)2CO3(s)===NH3(g)＋NH4HCO3(s)
B．Mg(s)＋2HCl(aq)===MgCl2(aq)＋H2(g)
C．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)
D.Al(OH)3(s)＋3HNO3(aq)===Al(NO3)3(aq)＋3H2O(l)
【解析】选A。A为分解反应，属于吸热反应，ΔH＞0，且常温下自发进行，生成气体，ΔS＞0，故A选；B为金属与酸的反应为放热反应，ΔH＜0，故B不选；C为放热的氧化还原反应，ΔH＜0，且ΔS＜0，故C不选；D为中和反应，为放热反应，ΔH＜0，故D不选。
2．(2021·资阳模拟)下列有关化学反应方向的描述中正确的是( )
A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
B．知道了某过程有自发性之后，可预测反应过程发生的快慢
C．CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0，该反应能否自发进行与温度无关
D．冰融化为水的过程中：ΔH＜0，ΔS＞0
【解析】选A。ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，则某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应，故A正确；自发反应的反应速率不一定大，知道了某过程有自发性，不能说明该反应一定发生，也不能说明该反应速率快慢，故B错误；由化学计量数可知ΔS＞0，又ΔH＞0，则该反应在高温下才能自发进行，所以能否自发进行与温度有关，故C错误；同一物质固态的能量小于液态，液态的熵大于固态，所以冰融化为水的过程中ΔH＞0，ΔS＞0，故D错误。
3．(2021·佛山模拟)关于反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)，下列说法错误的是( )
A．焓变ΔH＜0
B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化
C．由熵变ΔS＜0可知，该反应可自发进行
D．选用合适的催化剂，有可能使反应在相同条件下以较快的速率进行
【解析】选C。反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)为放热反应，则ΔH＜0，故A正确；原电池的原理利用的是自发的氧化还原反应，该反应可以设计成原电池，实现能量的转化，故B正确；反应能自发进行的判断依据是ΔH－TΔS＜0，则由熵变和焓变共同决定，由熵变ΔS＜0不能得出该反应可自发进行，故C错误；选用合适的催化剂，可以改变反应的活化能，加快反应速率，故D正确。
1．(2020·浙江7月选考)5 mL 0.1 ml·L－1KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝ eq \f(c2（Fe2＋）,c2（Fe3＋）·c2（I－）)
【解析】选D。加入苯振荡，苯将I2萃取到苯层，水溶液中c(I2)减小，平衡正向移动，A正确；将5 mL 0.1 ml·L－1KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1FeCl3溶液混合，参与反应的Fe3＋与I－物质的量之比为1∶1，反应后I－一定过量，经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，说明水溶液中仍含有Fe3＋，即Fe3＋没有完全消耗，表明该化学反应存在限度，B正确；加入FeSO4固体溶于水电离出Fe2＋，c(Fe2＋)增大，平衡逆向移动，C正确；该反应的平衡常数K＝ eq \f(c2（Fe2＋）·c（I2）,c2（Fe3＋）·c2（I－）) ，D错误。
2．(2019·江苏高考改编)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A．反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D. 380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 ml·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＝2 000
【解析】选B。A项，实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率，虚线表示相同条件下随温度变化的NO的平衡转化率，随着温度升高，由虚线知，NO的平衡转化率减小，即温度升高，2NO ＋ O2===2NO2的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0，错误；B项，与X点相同温度下，NO的转化率没有达到最大，所以反应没有达到平衡，如果延长时间，使反应达到平衡，则可以提高NO的转化率，正确；C项，Y点处，反应已达平衡，通入O2时，平衡正向移动，NO的转化率会提高，错误；D项，设起始时c(NO)＝a ml·L－1，则：
2NO ＋O2 === 2NO2
起始c(ml·L－1) a 5×10－4 0
平衡c(ml·L－1) 0.5a (5×10－4－0.25a) 0.5a
转化c(ml·L－1) 0.5a 0.25a 0.5a
K＝ eq \f(（0.5a）2,（0.5a）2×（5×10－4－0.25a）) ＝ eq \f(1,5×10－4－0.25a)
当0.25a＝0时，K＝2 000，但0.25a>0，所以K>2 000，错误。
3．(2020·全国Ⅲ卷节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域，反应如下2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。
(1)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________________________________、
______________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH__________0(填“大于”或“小于”)。
(2)根据图中点A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝__________(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
【解析】(1)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，且温度升高时二者变化趋势相同(即均增大或均减小)，而生成的n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，且温度升高时二者变化趋势相同(即均增大或均减小)，所以根据390 K平衡时各物质的物质的量分数之间的关系可知：c、a分别表示的是CO2和H2，b、d分别表示H2O与C2H4，所以表示C2H4、CO2变化的曲线分别是d和c；由图可知升高温度CO2和H2的物质的量分数增大，即平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理可知该反应为放热反应，即ΔH小于0。(2) 根据图中点A(440 K，0.39)可知此时H2和H2O的物质的量分数均为0.39，即二者分压均为0.039 MPa，由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，而且二者反应过程中也是按照物质的量1∶3的比例生成或者消耗，所以二者的物质的量之比一直为1∶3，即p(H2)＝3p(CO2)，而p(C2H4)＝ eq \f(1,4) p(H2O)＝ eq \f(1,4) ×0.039 MPa，故Kp＝ eq \f(p（C2H4）×p4（H2O）,p2（CO2）×p6（H2）) ＝ eq \f(\f(0.039,4)×0.0394,0.0132×0.0396) ＝ eq \f(9,4) × eq \f(1,0.0393) 或 eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×（\f(0.39,3)）2) × eq \f(1,0.13) 。
答案：(1)d c 小于
(2) eq \f(9,4) × eq \f(1,0.0393) (或 eq \f(0.394×\f(0.39,4),0.396×（\f(0.39,3)）2) × eq \f(1,0.13) 等)
【加固训练—拔高】
1．(2020·天津等级考节选)利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机物，可实现资源的再利用。用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)。
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0
某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a ml·L－1和3a ml·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为__________。
【解析】运用三段式法：
CO2(g) ＋ 3H2(g)CH3OH(g) ＋ H2O(g)
eq \(\s\up7(起始浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) a 3a 0 0
eq \(\s\up7(转化浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) ab 3ab ab ab
eq \(\s\up7(平衡浓度/),\s\d5(ml·L－1：)) a(1－b) 3a(1－b) ab ab
该温度下反应平衡常数的值K＝ eq \f(ab×ab,a（1－b）×[3a（1－b）]3) ＝ eq \f(b2,27a2（1－b）4) 。
答案： eq \f(b2,27a2（1－b）4)
2．(2019·天津高考节选)氮、磷、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、镆(Mc)为元素周期表中原子序数依次增大的同族元素。在1 L真空密闭容器中加入a ml PH4I
固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①
4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②
2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③
达平衡时，体系中n(HI)＝b ml，n(I2)＝c ml，n(H2)＝d ml，则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
【解析】2HIH2＋I2，因反应达到平衡时，n(I2)＝c ml，即该反应生成n(H2)＝c ml，反应消耗n(HI)＝2c ml，则PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c) ml；在反应4PH3P4＋6H2中，生成n(H2)＝(d－c) ml，该反应消耗的n(PH3)＝ eq \f(2,3) (d－c) ml，在反应PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)达到平衡时，n(HI)＝b ml，n(PH3)＝(b＋2c) ml－ eq \f(2,3) (d－c) ml，该反应的化学平衡常数K＝b×[(b＋2c)－ eq \f(2,3) (d－c)]＝(b＋ eq \f(8c－2d,3) )×b。
答案：(b＋ eq \f(8c－2d,3) )b
1．必记1个表达式——化学平衡常数表达式：
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 。
2．牢记影响化学平衡常数的1个因素——温度：
化学平衡常数仅与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关。
3．掌握平衡常数K的应用：
(1)判断反应进行的程度；
(2)判断反应进行的方向；
(3)判断反应的热效应；
(4)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。温度/℃
500
700
900
K
1.00
1.47
2.40
t°C
700
800
900
1 000
1 200
K
0.6
1.0
1.3
1.8
2.7
温度
(K)
化学平衡常数
反应Ⅰ
4NH3＋5O2→
4NO＋6H2O
反应Ⅱ
4NH3＋3O2→
2N2＋6H2O
反应Ⅲ：
2NO＋O2→
2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
温度
973 K
1 173 K
K1
1.47
2.15
K2
2.33
1.67
类型
ΔH
ΔS
反应的自发性
1
＜0
＞0
ΔG＜0，反应一定能自发进行
2
＞0
＜0
ΔG＞0，反应一定不能自发进行
3
＜0
＜0
反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，故低温自发
4
＞0
＞0
反应能否自发进行与温度有关，一般高温时熵变影响为主，故较高温度自发
相关学案
高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案新人教版： 这是一份高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案新人教版，共26页。学案主要包含了加固训练—拔高等内容，欢迎下载使用。
高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案： 这是一份高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第三讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案，文件包含湖南师大附中数学附中3次pdf、湖南师大附中数学答案附中3次pdf等2份试卷配套教学资源，其中试卷共14页， 欢迎下载使用。
人教版高考化学一轮复习第8章化学反应速率和化学平衡第2节第2课时化学平衡常数化学反应进行的方向学案含答案： 这是一份人教版高考化学一轮复习第8章化学反应速率和化学平衡第2节第2课时化学平衡常数化学反应进行的方向学案含答案
