高考化学一轮复习考点巩固练习考向24 化学平衡常数 化学反应方向与调控（含答案解析）

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【2022浙江1月】AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是
A．ΔH和ΔS均大于零
B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零
D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
【答案】D
【详解】
强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度。体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化。固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS，取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，熵减，即ΔS＜0。综上所述，D项符合题意。故选D。
考点一 化学平衡常数的概念及应用
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 eq \a\vs4\al(K) 表示。
2．表达式
(1)对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 。
如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝ eq \f(c（CO）·c（H2）,c（H2O）) 。
[名师点拨] (1)固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不写入平衡常数表达式中，但水蒸气需写入。
(2)计算时，代入平衡常数表达式的浓度是平衡浓度。
(2)化学平衡常数是指某一个具体反应的平衡常数，当化学反应方向改变或化学计量数改变时，化学平衡常数也发生改变，例如
[实例] 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 eq \f(K1,K2) 。(用K1、K2表示)
[名师点拨] 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倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或 eq \f(1,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乘积。
3．意义与影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
4．应用
(1)判断可逆反应进行的程度
(2)判断化学反应进行的方向
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Q＝ eq \f(cc（C）·cd（D）,ca（A）·cb（B）) 。
QK，反应向 eq \a\vs4\al(逆) 反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应
5．分压平衡常数(Kp)
(1)气体的分压p(B)
相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压。符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa。
(2)分压定律
①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
②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）) 。
③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) ＝x(B)。
(3)分压平衡常数Kp(只受温度影响)
①一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压力平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：
Kp＝ eq \f(pe（C）·pf（D）,pm（A）·pn（B）) 。
②压力平衡常数Kp与总压p、气体体积分数x的关系
一定温度下，刚性密闭容器中发生气相反应：mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)。达到平衡时，令A、B、C、D的分压分别为p(A)、p(B)、p(C)、p(D)，A、B、C、D的体积分数为x(A)、x(B)、x(C)、x(D)，体系总压p＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)。
Kp＝ eq \f(pe（C）·pf（D）,pm（A）·pn（B）) ＝ eq \f([px（C）]e·[px（D）]f,[px（A）]m·[px（B）]n) ＝ eq \f(xe（C）·xf（D）,xm（A）·xn（B）) ·pe＋f－(m＋n)
当m＋n＝e＋f时，pe＋f－(m＋n)＝p0＝1，
Kp＝ eq \f(pe（C）·pf（D）,pm（A）·pn（B）) ＝ eq \f(xe（C）·xf（D）,xm（A）·xn（B）) 。
考点二 化学平衡常数(K)、转化率的相关计算
1．计算步骤
2．明确三个量——起始量、变化量、平衡量
N2 ＋ 3H2 eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(高温、高压)) 2NH3
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它们在化学方程式中化学计量数之比。转化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、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。
3．掌握四个公式
(1)反应物的转化率＝ eq \f(n（转化）,n（起始）) ×100%＝ eq \f(c（转化）,c（起始）) ×100%。
(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般地，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%。
(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%。
4．平衡转化率的分析与判断
(1)以反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例。
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，A、B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由温度或压强引起的化学平衡正向移动，反应物的转化率增大。
④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)容器容积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。
eq \a\vs4\al(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＋bn＋q A的转化率增大,mT1,升高温度,αA降低,平衡逆向移动,则正反应为 反应。
②图乙中,p1>p2,增大压强,αA升高,平衡正向移动,则正反应为 的反应。
③图丙中,a表示使用了 或 (反应前后气体分子数相等的可逆反应)。
注意:若纵坐标表示A的百分含量,则甲中正反应为吸热反应,乙中正反应为气体体积增大的反应。
2.恒温线(或恒压线)图像
控制变量,讨论条件对化学平衡的影响
已知不同温度下的转化率—压强图像或不同压强下的转化率—温度图像,推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。以反应A(g)+B(g)C(g)中反应物A的转化率(αA)为例说明。
解答这类图像题时应注意以下两点:
(1)“定一议一”原则:可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究可知,压强增大,αA增大,平衡向正反应方向移动,正反应为气体体积减小的反应;乙中任取横坐标一点作横坐标的垂直线,也能得出相应的结论。
(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应的热效应。如在甲图中作横坐标的垂直线可看出,温度越高,αA越小,则平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应;乙中任取一条压强曲线,也能分析出正反应为放热反应。
3.几种特殊图像
(1)同一时间段内,不同温度(或压强)图像
图像中的极值点未必是平衡点,但极值点之后为平衡移动趋势图
对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),下图中M点前,表示化学反应从反应物开始,则v(正)>v(逆);M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况,即升温时A%增大(C%减小),平衡逆向移动,ΔH 0。
(2)平衡图外点的意义
对横坐标作垂线,交点为平衡移动的方向
对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),下图中L曲线上所有的点都是 。
左上方E点时A%大于此压强时平衡体系中的A%,E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态,所以,E点v(正) v(逆);同理,右下方F点v(正) v(逆)。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)图①表示p2>p1,正反应为气体体积增大的反应。( )
(2)图②表示随温度升高,吸热反应的平衡常数变化。( )
(3)若图③中p2>p1,则对应可逆反应的正反应为吸热、气体体积减小的反应。( )
考点四 化学反应的方向 化学反应的调控
1．自发过程
(1)含义
不用借助外力就可以自发进行的过程。
(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．熵与熵变
(1)熵
描述体系混乱程度的物理量，符号为S。
熵值越大，体系混乱度越大。
(2)熵变
ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。
3．反应进行的方向
(1)判据
(2)规律
①ΔH_＜__0，ΔS_＞__0的反应任何温度下都能自发进行；
②ΔH_＞__0，ΔS_＜__0的反应任何温度下都不能自发进行；
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH＜0，ΔS＜0时，低温下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，高温下反应能自发进行。
3.合成氨反应条件的原理分析
(1)反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。
(2)反应特点
反应为 反应;正反应是气体体积 的反应;ΔH 0。
(3)影响因素
①增大合成氨反应速率的措施: 温度、 压强、 反应物浓度、 等。
②提高平衡混合气体中氨含量的措施: 温度、 压强、 反应物浓度等。
4.实际合成氨工业中选择的生产条件
(1)压强:工业上合成氨一般采用的压强为 。
(2)温度:一般采用的温度为 。
(3)催化剂:工业上合成氨普遍使用的是以 为主体的多成分催化剂,又称 。

1．下列反应不可能自发进行的是
A．2O3(g)=3O2(g) ΔH＜0
B．2CO(g)=2C(s)＋O2(g) ΔH＞0
C．N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g) ΔH＜0
D．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
2．大量实验事实表明，对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)p(C)＋q(D)，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度代入表达式：K＝ eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) [cp(C)表示物质C的物质的量浓度的p次方]。得到的结果是一个定值。我们把这个常数叫作该反应的化学平衡常数。这个式子叫化学平衡常数表达式。依据你的理解下列可逆反应平衡常数表达式错误的是( )
3．已知下列反应的平衡常数：
H2(g)＋S(s)H2S(g)，K1；S(s)＋O2(g)SO2(g)，K2。
则反应：H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数为( )
A．K1＋K2 B．K1－K2
C．K1×K2 D． eq \f(K1,K2)
4．将2 ml CH4(g)和5 ml H2O(g)通入一密闭容器中，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4(g)的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，下列有关平衡常数的判断正确的是( )
A．KA>KB＝KC>KD B．KAp2>p3
D．压强为p2时，T>Tm后，升高温度对反应IV的促进作用更大
5．（2022·全国·高三专题练习）在淀粉KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I-(aq)(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：
下列说法正确的是A．反应I2(aq)＋I-(aq) I (aq)的ΔH＞0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(I)减小
C．该反应的平衡常数表达式为K=
D．25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K小于689
1．（2022·湖南卷）向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A．B．气体的总物质的量：
C．a点平衡常数：D．反应速率：
2.（2020浙江卷）溶液与溶液发生反应：，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，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数
3.(1)(2020·全国卷Ⅱ节选)容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压(p)下发生反应C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137 kJ·ml－1，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)(2020·全国卷Ⅰ节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋ eq \f(1,2) O2(g) eq \(――→,\s\up7(钒催化剂)) SO3(g) ΔH＝－98 kJ·ml－1。将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________，平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
4.(1)(2020·天津等级考节选)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________。
(2)(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)
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
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________。
1．【答案】B
【详解】A．ΔH＜0，ΔS＞0，可满足ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行，故不选A；
B．ΔH＞0，ΔS＜0，不能满足ΔG=ΔH-TΔS＜0，不能自发进行，故选B；
C．ΔH＜0，ΔS＜0，温度较低时即可满足ΔH-TΔS＜0，能自发进行，故不选C；
D．ΔH＞0，ΔS＞0，温度较高时即可满足ΔH-TΔS＜0，能自发进行，故不选D。
选B。
2．【答案】A
【解析】2NO2N2O4的平衡常数表达式K＝ eq \f(c（N2O4）,c2（NO2）) ，故A错误。
3．【答案】D
【解析】H2(g)＋S(s)H2S(g)的平衡常数K1＝ eq \f(c（H2S）,c（H2）) ，S(s)＋O2(g)SO2(g)的平衡常数K2＝ eq \f(c（SO2）,c（O2）) ，反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K＝ eq \f(c（H2S）×c（O2）,c（H2）×c（SO2）) ＝ eq \f(K1,K2) 。
4．【答案】B
【解析】由图可知B、C温度相同，则平衡常数相同，即KB＝KC，压强为p1时，A到C点随着温度升高，CH4(g)的平衡转化率增大，则说明平衡正向移动，平衡常数也增大，所以KA