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    2020版《名师导学》高考新课标化学第一轮总复习讲义:第7章第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向

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    第三节 化学平衡常数 化学反应进行的方向

    [高考备考指南]

    考纲定位

    1.了解化学平衡常数(K)的含义能利用化学平衡常数进行相关计算。

    2.能正确计算化学反应的转化率(α)

     

    3.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

     

    核心素养

    1.变化观念——能利用化学平衡常数分析化学平衡的相关问题。

    2.平衡思想——能用动态平衡的观点考察、分析化学反应分析化学平衡常数的应用。

     

    3. 模型认知——构建三段法解题模型进行化学平衡相关的计算(平衡常数、转化率)建立解决复杂化学问题的思维框架。

     

    4. 社会责任——能运用化学反应速率和化学平衡知识综合分析化学过程认识相关知识在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

     

     

       化学平衡常数

     

    (对应复习讲义第86)

    1概念

    在一定温度下当一个可逆反应达到化学平衡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K表示。

    2表达式

    对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)

    K

    实例:

     

    化学方程式

    平衡常数

    关系式

     

     

     

    N2(g)3H2(g)

     

     

    2NH3(g)

    K1

     

    N2(g)H2(g)

     

     

    NH3(g)

    K2

     

    2NH3(g)

     

     

    N2(g)3H2(g)

    K3

    K2

    (K1)

     

     

    K3

     

     

    3.意义

    (1)K值越大正反应进行的程度越大反应物的转化率越高

    (2)K只受温度影响与反应物或生成物的浓度变化无关。

    [提醒] (1)计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度不是任意时刻浓度也不能用物质的量。

    (2)化学反应方向改变或化学计量数改变化学平衡常数均改变。

     (1)平衡常数表达式中可以是物质的任一浓度。 (  )

    (2)催化剂能改变化学反应速率也能改变平衡常数。(  )

    (3)平衡常数不发生变化化学平衡一定不发生移动。(  )

    (4)对于反应:2SO2(g)O2(g)2SO3(g)升高温度K值减小ΔH>0 (  )

    (5)对于一个可逆反应化学计量数不同化学平衡常数表达式也不同。(  )

    (6)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(  )

    [提示] (1)× (2)× (3)× (4)× (5) (6)

    角度1 化学平衡常数及影响因素平衡常数的应用

    1反应物和生成物均为气态的某平衡体系平衡常数表达式为K有关该平衡体系的说法不正确的是(  )

    A升高温度该反应的平衡常数K的变化无法判断

    B增大压强W的质量分数减小

    C该反应的化学方程式为3Z(g)2W(g)X(g)2Y(g)

    D增大X气体浓度平衡向正反应方向移动

    D [根据平衡常数表达式及所有反应物和生成物均为气态知该反应的化学方程式为3Z(g)2W(g)X(g)2Y(g)C项正确;由于无法知道该反应是吸热反应还是放热反应故升高温度无法判断化学平衡常数如何变化A项正确;增大压强平衡右移W的质量分数减小B项正确;增大X的浓度平衡逆向移动D项错误。]

    2(2019·武汉模拟)已知反应A(g)B(g)C(g)D(g)的平衡常数和温度的关系如下:

     

    温度/

    700

    800

    830

    1 000

    1 200

    平衡常数

    1.7

    1.1

    1.0

    0.6

    0.4

    现有两个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器中充入1 mol A1 mol B中充入1 mol C1 mol D800 条件下开始反应。达到平衡时下列说法正确的是(  )

    A容器中的压强相等

    B容器中反应的平衡常数相同

    C该反应的正反应是放热反应

    D容器A的浓度比容器中的小

    C [由题中平衡常数与温度的关系可得该反应的正反应是放热反应C正确;由于反应体系是绝热体系则容器达到平衡时的温度比容器故其平衡常数小平衡时压强大AB错误;容器比容器温度高故平衡时A的浓度容器大于容器D错误。]

    3在体积为1 L的密闭容器中进行如下化学反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示。

     

    T/

    700

    800

    850

    1 000

    1 200

    K

    0.6

    0.9

    1.0

    1.7

    2.6

    请回答下列问题:

    (1)升高温度化学平衡向________(正反应逆反应)方向移动。

    (2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________

    Ac(CO2)c(CO)

    BK不变

    C容器中的压强不变

    Dv(H2)v(CO2)

    Ec(H2)保持不变

    (3)若某温度下平衡浓度符合下列关系:c(CO2c(H2)c(CO)·c(H2O)此时的温度为________;在此温度下若该容器中含有1 mol CO21.2 mol H20.75 mol CO1.5 mol H2O则此时反应所处的状态为________(向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中平衡状态)

    [解析] (1)由表格数据可得随着温度升高平衡常数增大说明化学平衡向正反应方向移动;(2)A达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)反之相等时也不一定处于平衡状态;B温度不变K不变;C此反应不论是否平衡压强均不改变;Dv(CO2)v(H2)表示的反应方向一致故不能判断是否达到平衡;E达到平衡时各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H2O)则计算出K1.0即此时温度为850 ;此温度下0.941.0故反应向正反应方向进行中。

    [答案] (1)正反应 (2)E (3)850  向正反应方向进行中

     

    化学平衡常数三大应用

     

     

    角度2 三段式突破化学平衡常数和转化率的计算

    4(2019·试题调研)已知T1温度下在容积为10 L的密闭容器中发生可逆反应X(g)Y(g)2Z(g)2W(s) ΔH起始时充入15 mol X15 mol Y10 min时反应达到平衡状态测得平均速率v(Z)0.12 mol·L1·min1。下列有关说法正确的是(  )

    AT1温度下该反应的平衡常数为2.56

    B平衡时再充入一定量的X平衡正向移动X的转化率增大

    CT2>T1T2K1.52则该反应的ΔH>0

    D若其他条件不变T3温度下K1.96Y的平衡转化率约为41.3%

    D [根据Z的反应速率可知平衡时c(Z)1.2 mol·L1则平衡时c(X)0.9 mol·L1c(Y)0.9 mol·L1W为固体平衡常数K1.78A项错误;平衡时再充入一定量的X平衡正向移动X的转化率减小Y的转化率增大B项错误;温度升高平衡常数减小平衡逆向移动则正反应为放热反应ΔH<0C项错误;T3温度下K1.96

           X(g)+ Y(g)2Z(g)2W(s)

    起始/(mol·L1)  1.5  1.5  0

    起始/(mol·L1)  x  x  2x

    平衡/(mol·L1)  1.5x  1.5x  2x

    平衡常数K1.96解得x0.62Y的平衡转化率为×100%41.3%D项正确。]

     

     

    化学平衡常数和转化率计算模型

     

     

    (1)一个模式——三段式

    mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)AB起始物质的量浓度分别为a mol·L1b mol·L1达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L1

          mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)

    c/(mol·L1)  a  b  0  0

    c/(mol·L1)  mx  nx  px  qx

    c/(mol·L1)  amx  bnx  px  qx

    K

    (2)掌握四个公式

    反应物的转化率=×100%×100%

    生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。产率=×100%

    一般来讲转化率越大原料利用率越高产率越大。

    混合物组分的百分含量=×100%

    某组分的体积分数=

     

     化学反应进行的方向

     

    (对应复习讲义第88)

    1自发过程

    (1)含义:在一定条件下不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。

    (2)特点

    体系趋向于从能量状态转变为能量状态(体系对外部做功或放出能量)

    在密闭条件下体系有从序转变为序的倾向性(无序体系更加稳定)

    2熵、熵变

    (1)熵是量度体系混乱程度的物理量符号为S

    (2)影响熵大小的因素

    相同条件下物质不同熵不同。

    同一物质:S(g)S(l)S(s)

    (3)熵变=生成物的总熵-反应物的总熵。

     

    3化学反应方向的判据

    放热过程中体系能量降低ΔH0具有自发进行的倾向但有些吸热反应也可以自发进行故只用焓变来判断反应方向不全面体系的混乱度增大即熵增ΔS0反应有自发进行的倾向但有些熵减的过程也可能自发进行故只用熵变来判断反应方向也不全面ΔGΔHTΔS

     (1)凡是放热反应都是自发的因为吸热反应都是非自发的。(  )

    (2)自发过程的熵一定增大非自发过程的熵一定减小。(  )

    (3)焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。(  )

    (4)放热过程有自发进行的倾向性但并不一定能自发进行吸热过程没有自发进行的倾向性但在一定条件下也可自发进行。(  )

    [提示] (1)× (2)× (3) (4)

    1(2019·南昌模拟)常温下下列反应中一定不能自发进行的是(  )

    A4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)===4Fe(OH)3(s)

    ΔH=-444.3 kJ·mol1 ΔS=-280.1 J·molK1

    B2CO(g)===2C(s石墨)O2(g) ΔH=+221.0 kJ·mol1 ΔS=-178.72 J·mol1·K1

    C2KClO3(s)===2KCl(s)3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·mol1 ΔS=+1 110 J·mol1·K1

    DNH4HCO3(s)CH3COOH(aq)===CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l) ΔH=+37.301 kJ·mol1 ΔS=+184.05 J·mol1·K1

    B [常温下T298 K若反应的ΔH=-444.3 kJ·mol1ΔS=-280.1 J·mol1·K1则有ΔHTΔS=-444.3 kJ·mol1298 K×(280.1×103kJ·mol1·K1)360.83 kJ·mol10则该反应能自发进行A正确;若反应的ΔH=+221.0 kJ·mol1ΔS=-178.72 J·mol1·K1则有ΔHTΔS=+221.0 kJ·mol1298 K×(178.72×103kJ·mol1·K1)274.26 kJ·mol10则该反应不能自发进行B错误;若反应的ΔH=-78.03 kJ·mol1ΔS=+1 110 J·mol1·K1则有ΔHTΔS=-78.03 kJ·mol1298 K×(1 110×103kJ·mol1·K1)=-408.81 kJ·mol10则该反应能自发进行C正确;若反应的ΔH=+37.301 kJ·mol1ΔS=+184.05 J·mol1·K1则有ΔHTΔS=+37.301 kJ·mol1298 K×(184.05×103kJ·mol1·K1)17.55 kJ·mol10则该反应能自发进行D正确。]

    2(2019·长郡模拟)氨催化氧化法制硝酸的原理为4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g)。在浓氨水中通入空气将炽热铂丝插入氨水中引发反应后铂丝保持红热状态至反应停止。下列说法正确的是(  )

    A该反应的ΔH>0ΔS>0

    B该反应在较高温度下才能自发进行

    C该反应中正反应的活化能小于逆反应的活化能

    D该反应中反应物的总键能大于生成物的总键能

    C [将炽热铂丝插入氨水中引发反应后铂丝保持红热状态至反应停止说明该反应为放热反应则有ΔH<0该反应的正反应为气体总分子数增大的反应则有ΔS>0A错误;由于ΔH<0ΔS0则有ΔHTΔS<0该反应在任何温度下都能自发进行B错误;该反应的ΔH<0则有ΔHEa(正反应)Ea(逆反应)<0Ea(正反应)<Ea(逆反应)C正确;该反应的ΔH<0则反应物的总键能小于生成物的总键能D错误。]


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