最新高考化学一轮复习【讲通练透】 第26讲 化学平衡常数及转化率 反应方向及调控（讲通）

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第26讲 化学平衡常数及转化率 反应方向及调控
目录
考情分析
网络构建
考点一 化学平衡常数的含义与应用
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 化学平衡常数
知识点2 化学平衡常数的应用
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查化学平衡常数的含义
考向2 考查化学平衡常数的应用
考点二 有关化学平衡的计算
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 三段式计算模式
知识点2 有关化学平衡计算方法和技巧
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查平衡常数的计算
考向2 考查转化率的计算
考点三 化学反应的方向及调控
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 化学反应的方向
知识点2 化学反应的调控
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查化学反应方向的判定
考向2 考查化学反应的调控
真题感悟
考点一 化学平衡常数的含义与应用
知识点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________与反应物________的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
（1）Kc的一般表达式（以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例）
Kc＝________________
【易错提醒】①固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中，但水蒸气要写入。
②计算时，代入平衡常数表达式的浓度是平衡浓度。
（2）Kp的一般表达式（以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例）
Kp＝eq \f(pcC·pdD,paA·pbB)[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数或体积分数×总压强]。
【名师提醒】a.分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋……＝p
b.气体的分压之比等于其物质的量之比：eq \f(pB,pD)＝eq \f(nB,nD)。
c.某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：eq \f(pB,p)＝eq \f(nB,n)＝φ(B)。
（3）化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系
①正、逆反应的平衡常数互为________。
②若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或eq \f(1,n)次幂。
③两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的________。
④关于H2O的浓度问题a.稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能代入平衡常数表达式。如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝eq \f(c(HCl)·c(NH3·H2O),c(NH4Cl))。b.H2O的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。
⑤代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。
⑥同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。
3．意义及影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大，当K>________时，反应可接近完全。
(2)对于同反应，K只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关，温度升高，ΔH<0，K值________，ΔH>0，K值________。
(3)对于不同的反应，K除受温度影响外，还与反应物本身的性质有关。
4.速率常数与平衡常数的关系
（1）两者的关系：对于基元反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，
v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常数K＝ eq \f(cc（C）·cd（D）,ca（A）·cb（B）) ＝ eq \f(k正·v逆,k逆·v正) ，反应达到平衡时
v正＝v逆，故K＝ eq \f(k正,k逆) 。
（2）两者的区别：①反应速率常数通过量化化学反应速率，来表示反应的快慢；其影响因素包括温度和反应物性质等。②平衡常数属于平衡程度的标志，表示反应进行的最大限度；平衡常数只受温度的影响，而与反应物的浓度无关。
知识点2 化学平衡常数的应用
1.判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
【特别提醒】K值大小与反应程度的关系
2.判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，浓度商Qc＝eq \f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(Qcv逆,Qc＝K：反应处于化学平衡状态，v正＝v逆,Qc>K：反应向逆反应方向进行，v正3.判断可逆反应的热效应
（1）eq \a\vs4\al(升高温度)：eq \a\vs4\al(K 值增大→正反应为吸热反应)；eq \a\vs4\al(K 值减小→正反应为放热反应)。
（2）eq \a\vs4\al(降低温度)：eq \a\vs4\al(K 值增大→正反应为放热反应)；eq \a\vs4\al(K 值减小→正反应为吸热反应)。
4.计算平衡体系中的相关量
根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。
【特别提醒】(1)计算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)固体和纯液体的浓度视为恒定常数，不出现在平衡常数表达式中。
如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g),达到平衡后的K＝eq \f(c(CO)·c(H2),c(H2O))。
(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)一般K>105时，认为该反应基本进行完全；K<10－5时，一般认为该反应很难进行；而K在10－5～105反应被认为是典型的可逆反应。
考向1 考查化学平衡常数的含义
例1．（2023·江苏南京·统考模拟预测）磷及其化合物有着广泛的运用。白磷的结构为，溶于CS2，易自燃。其氧化物有P4O6、P4O10。两种氧化物中均只有一种化学环境的P原子。P4与KOH溶液共热可制备PH3。白磷与Cl2反应可生成PCl3和PCl5。固态PCl5中含有PCl、PCl两种离子。Ca(H2PO4)2是磷肥的有效成分。反应PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) △H。下列有关该反应的说法正确的是
A．△H＜0
B．平衡常数K=
C．其他条件一定，平衡时升高温度，v(正)减小，v(逆)增大
D．其他条件一定，增大的比值，PCl3的转化率降低
【变式训练】（2023·海南海口·海南华侨中学校考模拟预测）温度为T℃时，向某密闭容器中分别加入足量活性炭和1 ml ，发生反应： ，并达到平衡。下列说法正确的是
A．使用催化剂，可以改变该反应的和活化能
B．粉碎活性炭固体，正反应速率增大，平衡正向移动
C．降低压强，平衡正向移动，平衡常数K增大
D．恒压下，充入稀有气体，利于提高的转化率
考向2 考查化学平衡常数的应用
例2．（2023·天津·校联考模拟预测）某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是
A．将1ml和3ml置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量小于92.4kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数
C．上述反应在达到平衡后，增大压强，的产率减小
D．反应建立平衡后分离出部分时，浓度商Q大于平衡常数K
【变式训练】（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）向一容积可变密闭容器中充入等物质的量的A、B，发生反应：2A(g)+2B(g)3C(s)+4D(g)在不同压强下，该反应平衡常数随温度变化如表所示。下列判断正确的是
c＞a，g＞f
B．正反应是放热反应
C．2.0MPa、800℃时，A的转化率最小
D．1.5MPa、300℃时，B的转化率为50%
考点二 有关化学平衡的计算
知识点1 三段式计算模式
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
1．分析三个量：起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．计算方法：三段式法
化学平衡计算模式：对以下反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a ml/L、b ml/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx ml/L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量(ml/L) a b 0 0
变化量(ml/L) mx nx px qx
平衡量(ml/L) a－mx b－nx px qx
则有①平衡常数：K＝eq \f(\f(px,V)p·\f(qx,V)q,\f(a－mx,V)m·\f(b－nx,V)n)。
②A的平衡浓度：c(A)＝eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
③A的转化率：α(A)＝eq \f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq \f(mx,a)∶eq \f(nx,b)＝eq \f(mb,na)。
④A的体积分数：φ(A)＝eq \f(a－mx,a＋b＋p＋q－m－nx)×100%。
⑤平衡压强与起始压强之比：eq \f(p平,p始)＝eq \f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。
⑥混合气体的平均密度eq \x\t(ρ)(混)＝eq \f(a·MA＋b·MB,V) g·L－1。
⑦混合气体的平均摩尔质量eq \x\t(M)＝eq \f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx) g·ml－1。
⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq \f(实际产量,理论产量)×100%。
知识点2 有关化学平衡计算方法和技巧
1．化学平衡常数的计算
(1)根据化学平衡常数表达式计算
(2)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝ eq \r(n,K) 。
③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之________。
④水溶液中进行的反应，必须拆成离子方程式再计算平衡常数。
2．转化率的计算
转化率(α)＝ eq \f(反应物转化的物质的量（或质量、浓度）,反应物起始的物质的量（或质量、浓度）) ×100%
3．常用的气体定律
恒温、恒容时： eq \f(p1,p2) ＝ eq \f(n1,n2) 恒温、恒压时： eq \f(V1,V2) ＝ eq \f(n1,n2)
4.压强平衡常数的计算技巧
（1）步骤
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；
第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；
第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。
例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq \f(p2NH3,pN2·p3H2)。
（2）计算Kp的答题模板
计算Kp的两套模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为例]
模板1：N2(g) ＋ 3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)
n(始) 1 ml 3 ml 0
Δn 0.5 ml 1.5 ml 1 ml
n(平) 0.5 ml 1.5 ml 1 ml
p(X) eq \f(0.5,3)p0 eq \f(1.5,3)p0 eq \f(1,3)p0
Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3))
模板2：刚性反应器中
N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g)
p(始) p0 3p0 0
Δp p′ 3p′ 2p′
p(平) p0－p′ 3p0－3p′ 2p′
Kp＝eq \f(（2p′）2,（p0－p′）（3p0－3p′）3)
5.转化率大小变化分析技巧
判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：
考向1 考查平衡常数的计算
例1．（2023·上海·统考模拟预测）在密闭容器中发生反应：，往密闭容器中以的比例通入两种反应物，其中15 min后A在四温度下的转化率如下表所示，且，则下列说法正确的是
A．该反应是吸热反应
B．T温度时()，A的转化率是70%
C．温度下，在15 min后继续进行反应，A的转化率变大
D．温度反应15 min后，若 ml·L，则温度时的平衡常数是4.5
【变式训练】（2023·重庆沙坪坝·重庆南开中学校考模拟预测）一定温度下，将足量加入含有催化剂的2L恒容密闭容器，发生下面两个反应：
反应1：
反应2：
测得平衡时容器中气体总压为33kPa，且。
下列说法不正确的是
A．
B．平衡时，
C．该条件下，
D．维持其他条件不变，将容器体积压缩为1L，再次达到平衡后，
考向2 考查转化率的计算
例2．（2023·河北衡水·衡水市第二中学校考三模）工业上利用硫(S)与为原料制备，在500℃以上发生反应： 。在2L密闭容器中充入1ml和4ml，发生上述反应，测得平衡体系中硫蒸气的体积分数和温度的关系如表所示：
下列说法错误的是
A．在580℃达到平衡时，的转化率为70%
B．该反应660℃的平衡常数
C．上述反应的正反应为吸热反应
D．起始充入1ml和2ml，620℃平衡时
【变式训练】（2023·重庆·校联考三模）时，存在如下平衡：。该反应正、逆反应速率与的浓度关系为：，(是速率常数)，且与的关系如图所示，下列说法正确的是

A．图中表示的是线Ⅱ
B．时，往刚性容器中充入一定量，平衡后测得为，则平衡时
C．时，该反应的平衡常数
D．时向恒容密闭容器中充入，某时刻，则此时的转化率为
考点三 化学反应的方向及调控
知识点1 化学反应的方向
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.自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3.判断化学反应方向的依据
（1）焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
（2）熵变与反应方向
①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a．熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量，用符号S表示。
同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
b．熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越________，越有利于反应自发进行。
（3）综合判断反应方向的依据
①ΔH－TΔS________0，反应能自发进行。
②ΔH－TΔS________0，反应达到平衡状态。
③ΔH－TΔS________0，反应不能自发进行。
知识点2 化学反应的调控
1．控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
2．控制反应条件的基本措施
(1)控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。
(2)提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
3．工业合成氨的条件选择
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应是气体体积减小的反应；③ΔH<0。
(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
(4)综合考虑——选择适宜的生产条件
①温度：400～500℃
②压强：10～30 MPa
③投料比：eq \f(n（N2）,n（H2）)＝eq \f(1,2.8)
④以铁触媒作催化剂
⑤采用循环操作提高原料利用率
考向1 考查化学反应方向的判定
例1．（2023·海南海口·统考模拟预测）消除的反应为： 。下列说法正确的是
A．正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．平衡时升高温度，v正增大，v逆减小
C．平衡常数
D．该反应在任何温度下都可自发进行
【变式训练】（2023·海南海口·海南中学校考二模）一种制取晶体硅的反应为：SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g) =236.1 kJ·ml-1。下列说法正确的是
A．该反应在任何条件下均能自发进行
B．其他条件不变，增大压强，平衡常数K减小
C．恒压下，充入一定量的惰性气体，平衡向逆反应方向移动
D．总体积一定，当反应体系内混合气体的密度不再发生变化时反应到达平衡
考向2 考查化学反应的调控
例2.（2023·海南·海南中学校联考一模）已知：，平衡体系的总质量m(总)与总物质的量n(总)之比在不同温度下随压强的变化曲线如图所示。下列说法正确的是

A．温度：
B．反应速率：
C．平衡常数：
D．欲测定的相对分子质量，宜在高温低压下进行
【变式训练】（2023·上海徐汇·统考一模）不符合硫酸工业生产实际的是
A．沸腾炉中加入碾碎的硫铁矿
B．接触室中的反应条件为高温高压
C．催化氧化时通过热交换器充分利用能量
D．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3
1．（2023·广东·统考高考真题）催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应。反应历程(下图)中，M为中间产物。其它条件相同时，下列说法不正确的是

A．使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行B．反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大
C．使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡D．使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
2．（2023·湖南·统考高考真题）向一恒容密闭容器中加入和一定量的，发生反应：。的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A．
B．反应速率：
C．点a、b、c对应的平衡常数：
D．反应温度为，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
3．（2022·天津·统考高考真题）向恒温恒容密闭容器中通入2ml 和1ml ，反应达到平衡后，再通入一定量，达到新平衡时，下列有关判断错误的是
A．的平衡浓度增大B．反应平衡常数增大
C．正向反应速率增大D．的转化总量增大
4．（2022·重庆·统考高考真题）两种酸式碳酸盐的分解反应如下。某温度平衡时总压强分别为p1和p2。
反应1：NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) p1=3.6×104Pa
反应2：2NaHCO3(s) Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g) p2=4×103Pa
该温度下，刚性密闭容器中放入NH4HCO3和Na2CO3固体，平衡后以上3种固体均大量存在。下列说法错误的是
A．反应2的平衡常数为4×106Pa2B．通入NH3，再次平衡后，总压强增大
C．平衡后总压强为4.36×105PaD．缩小体积，再次平衡后总压强不变
考点要求
考题统计
考情分析
化学平衡常数
2023湖南卷13题，3分
2022河北卷16题，4分
2021全囯乙卷28题，8分
分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，主要考查化学平衡常数、转化率的计算、化学反应的熵变及反应进行的方向、化工生产中条件的选择等。
2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查反应转化率、平衡常数的计算，压强平衡常数及速率常数的相关计算；结合反应速率及焓变考查化工生产条件的选择。
(1)选择题：考查化学平衡的表达式、反应进行的方向，结合化学平衡图像、图表考查化学平衡相关浓度、转化率等的计算。
(2)非选择题：常常与基本理论、工业生产相联系，通过图像或表格提供信息，考查转化率、浓度平衡常数、压强平衡常数、速率常数等相关的判断和计算，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择；
3.根据高考命题特点和规律，复习时要注意以下几个方面：
(1)对化学平衡常数的理解；
(2)利用三段式对化学平衡进行相关计算；
(3)平衡原理在化工生产中的综合应用。
化学平衡的有关计算
2023全囯乙卷28题，8分
2022辽宁卷12题，3分
2021河北卷16题，3分
反应方向及调控
2023山东卷14题，4分
2022河北卷13题，4分
2021浙江6月卷17题，2分
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
越大
越大
越小
越高
越小
越小
越小
越大
越低
K
<10－5
10－5～105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应接近完全
压强Mpa
平衡常数
温度/℃
1.0
1.5
2.0
300
a
b
16
516
c
64
d
800
160
f
g
反应类型
条件的改变
反应物转化率的变化
有多种反应物的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
恒容时只增加反应物A的用量
反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大
同等倍数地增大反应物A、B的量
恒温恒压条件下
反应物转化率不变
恒温恒容条件下
m＋n＞p＋q
反应物A和B的转化率均增大
m＋n＜p＋q
反应物A和B的转化率均减小
m＋n＝p＋q
反应物A和B的转化率均不变
只有一种反应物的可逆反应：mA(g)
nB(g)＋pC(g)
增加反应物A的用量
恒温恒压条件下
反应物转化率不变
恒温恒容条件下
m＞n＋p
反应物A的转化率增大
m＜n＋p
反应物A的转化率减小
m＝n＋p
反应物A的转化率不变
温度
转化率
10%
70%
70%
60%
温度/℃
560
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640
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