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2024版新教材高考化学全程一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡第24讲化学平衡常数化学反应的方向课件
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这是一份2024版新教材高考化学全程一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡第24讲化学平衡常数化学反应的方向课件，共60页。PPT课件主要包含了化学平衡，浓度幂之积，答案D，答案A，56×105，答案C，答案B，反应Ⅰ，无需借助外力，混乱程度等内容，欢迎下载使用。
复 习 目 标1．了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确计算化学反应的转化率(α)。
考点一 化学平衡常数必备知识整理1.化学平衡常数及表达式(1)概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到____________时，生成物____________与反应物____________的比值是一个常数，用符号____表示。
2．意义及影响因素特别提醒一般地，当K＞105时，反应基本完全了。
3.主要应用(1)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡
(2)判断可逆反应的反应热
[正误判断] (1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( )(2)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大( )
× 平衡常数表达式中，必须是各物质的平衡浓度
× 平衡常数只与温度有关
× 固体或纯液体浓度为常数，不出现在平衡常数的表达式中
(5)升高温度，平衡常数K一定增大( )(6)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( )(7)一定温度下，2SO2＋O2⇌2SO3与2SO3⇌O2＋2SO2的平衡常数互为相反数( )
× 升温，对于吸热反应，平衡常数增大，对于放热反应，平衡常数减小
× 平衡常数发生改变，温度一定改变，所以化学平衡一定发生移动
× 一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆它们互为倒数关系
解析：固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强，平衡逆向移动，B项错误；升温，该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。
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ⅡC．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡD．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
解析：使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ的发生，增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故C错误；反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。
题组二 化学平衡常数的计算与应用3．已知COS氢解：H2(g)＋COS(g)⇌H2S(g)＋CO(g) ΔH＝＋6.2 kJ·ml－1。COS(g)氢解反应的平衡常数K与温度T的关系如图。
(1)能表示COS(g)氢解反应的直线为________(填“x”“y”或“z”)。(2)某温度下向刚性容器中通入m ml COS(g)和n ml H2(g)发生氢解反应。已知COS(g)的平衡转化率为α，则该温度下氢解反应的平衡常数K＝_________________(用m、n、α等符号表示)。
4．减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0，向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示。(1)为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有_______________________________(写出两种即可)。(2)此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K＝___________。
降低温度或增大压强或使用高效催化剂
新 情 境 新 高 考O3的消毒原理O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点，O3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，能杀灭新冠肺炎病毒。已知常温常压下发生的反应如下：反应①O3⇌O2＋[O] ΔH>0平衡常数为K1(反应进行程度较小)反应②[O]＋O3⇌2O2 ΔH<0平衡常数为K2(反应进行程度较大)总反应：2O3⇌3O2 ΔH<0平衡常数为K3
[问题探究](1)你能比较K1和K2的大小吗？(2)降低压强，总反应平衡向哪个方向移动？此时K3如何变化？
提示：反应进行程度越大，平衡常数越大。故K2大于K1。
提示：降低压强，平衡向正反应方向移动。但平衡常数只与温度有关，故降低压强K3不变。
(3)升高温度，K1、K2、K3如何变化？(4)K3与K1、K2有何数量关系？
提示：放热反应，升高温度K值减小，吸热反应，升高温度K值增大。因此，升高温度K2、K3减小，K1增大。
提示： 由盖斯定律可知，反应①＋②可得总反应，则K＝K1·K2。
考点二 化学平衡常数和转化率的有关计算必备知识整理1.三段式计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、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：即起始量、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。
则下列说法中错误的是( )A．图甲中w2＞1B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50%D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大
2．相同温度下，分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应：X2(g)＋3Y2(g)⇌2XY3(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，实验测得反应的有关数据如下表。下列叙述正确的是( )A．对于上述反应，①②中反应的平衡常数K的数值不同B．①中：从开始至10 min内的平均反应速率v(X2)＝0.1 ml·L－1·min－1C．②中：X2的平衡转化率小于10%D．b>0.1a
解析：①②中反应温度相同，平衡常数K的数值相同，A项错误；①中反应放热0.1a kJ，说明10 min内X2反应了0.1 ml，物质的量浓度改变量为0.1 ml·L－1，所以其平均速率为v(X2)＝0.01 ml·L－1·min－1，B项错误；据容器①中数据，可算出X2的平衡转化率为10%，容器②是恒温恒压，容器①是恒温恒容，容器②相当于在容器①的基础上加压，平衡右移，所以X2的转化率大于10%，容器②放出的热量比容器①多，C项错误、D项正确。
题组二 竞争反应、连续反应平衡常数的计算3．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)⇌N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) ⇌N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 ml N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 ml，N2O3为3.4 ml。则t ℃时反应①的平衡常数为( )A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2
4．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) ⇌CH4(g)＋2H2O(g)反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)⇌C2H4(g)＋4H2O(g)为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 ml CO2和4 ml H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝___________(只列算式不计算)。
题组三 压强平衡常数5．将2 ml CO2和6 ml H2充入密闭容器中发生反应CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，压强为0.1 MPa和5.0 MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。b点对应的平衡常数Kp＝________(Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
解析：压强增大，反应向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，所以b点所在的曲线表示压强为0.1 MPa。
[思维建模] 压强平衡常数(Kp)的计算流程
7．2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程如下：反应Ⅰ：2NO(g)⇌N2O2(g)(快) ΔH1<0v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；反应Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)(慢)ΔH2<0 v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝____________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应Ⅰ的活化能EⅠ________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。(2)已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数________k2逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
考点三 化学反应的方向必备知识整理一、反应进行的方向1．自发反应(1)含义在温度和压强一定的条件下____________就能自发进行的反应称为自发反应。(2)特点①体系趋向于从________状态转变为________状态(体系对外部________或________热量)。②在密闭条件下，体系有从________自发地转变为________的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵和熵变(1)熵是量度体系________的物理量，符号为S。(2)影响熵大小的因素：①相同条件下，物质不同熵不同。②同一物质：S(g)________S(l)________S(s)。(3)熵变(ΔS)＝________的总熵－________的总熵。
3．反应进行的方向(1)判据
(2)一般规律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，________对反应的方向起决定性作用。当ΔH＜0，ΔS＜0时________下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，________下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后气体物质的化学计量数的大小。
[正误判断] (1)能自发进行的反应，一定是放热反应( )(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大( )(3)在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大( )(4)熵增的反应一定能自发进行( )(5)一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热( )(6)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同( )
二、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。
三、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。
如：以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件①反应原理：N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
对点题组训练题组一 化学反应方向的判断1．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
2．已知反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，该反应自发进行的条件是( )A．低温自发B．高温自发C．任意温度下都能自发进行D．一定非自发
题组二 化学反应方向的应用3．(双选)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的反应在任何温度时均能自发进行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<0D．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
解析：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正确；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。
4．氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。下列有关合成氨反应的说法正确的是( )A．反应的ΔS>0B．反应的ΔH＝E(N—N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)C．反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
解析：在合成氨反应中，生成物气体分子数小于反应物气体分子数，所以反应的ΔS＜0，A不正确；反应的ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)，B不正确；由合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，可建立如下关系式：N2～3H2～6e－，则反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2 ml×6.02×1023 ml－1＝2×6.02×1023，C正确；合成氨反应为放热的可逆反应，高温可加快反应速率，但会使平衡逆向移动，不能提高H2的平衡转化率，使用催化剂只能改变反应速率，但不能改变H2的平衡转化率，也就不能提高H2的平衡转化率，D不正确。
2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－746.5 kJ·ml－1
(2)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的NOx含量，某研究所的科研人员探究了T1 ℃时等质量的三种催化剂对CO还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如图1所示。①如果不考虑催化剂价格，则使用催化剂______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是________。②若容器容积为2 L，开始时加入0.5 ml NO、0.5 ml CO，在催化剂Ⅰ的作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)在该温度下的平衡常数K＝________。
③在图2坐标系中画出使用催化剂Ⅰ(其他条件相同)时，25 s时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。
6．氢能是一种公认的高热值清洁能源，目前世界各国正致力于将高污染高排放的碳能源过渡成清洁高效低排放的氢能源。(1)我国氢气的主要来源是焦炉气制氢，所制得的氢气含有较多的CO和H2S，中温干法脱硫是用氧化铁将硫元素转化为硫化铁。干法脱硫反应的化学方程式为____________________________。
Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O
解析：根据题干可知，该反应为氧化铁与H2S反应，生成硫化铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O。
(2)我国科研人员用木屑水蒸气气化制取氢燃料，在一定条件下，反应器中存在如下反应：ⅰ.CO2(g)＋C(s)===2CO (g) ΔH1ⅱ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2ⅲ.C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH3ⅳ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH4ⅴ.CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH5①ΔH5＝_________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3或ΔH4的式子表示)。
2ΔH2－ΔH1－ΔH3
解析：根据盖斯定律2×ⅱ－ⅰ－ⅲ＝2×ⅳ－ⅲ＋ⅰ＝ⅱ＋ⅳ－ⅲ，则ΔH5＝2ΔH2－ΔH1－ΔH3＝2ΔH4－ΔH3＋ΔH1＝ΔH2＋ΔH4－ΔH3。
CaO作为CO2的吸收剂，使产气中CO2分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2的方向移动
③从产氢率的角度考虑，最佳操作温度是__________。④随着反应的进行，发现CaO的吸收能力逐渐降低，原因是____________________________________________________________。
解析：③根据表格可知750 ℃时，产氢率最高。④CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙，附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收。
CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收
(3)将氢气储存于液体燃料中，可以解决氢气的安全高效存储和运输问题。由于甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低等优点，是理想的液体储氢平台分子。我国学者构建一种双功能结构的催化剂，反应过程中，在催化剂的表面同时活化水和甲醇。如图是甲醇脱氢转化的反应历程(TS表示过渡态)。根据图像判断甲醇脱氢反应中断裂的化学键是______________，该反应的ΔH________( 填“大于”“等于”或“小于”)0。
解析：甲醇的结构简式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是O—H和C—H；该反应的相对能量降低，反应放热。
②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 ml。此时，整个体系_______(填“吸收”或“放出”)热量________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
2．[2022·湖北卷]硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：2NaHS(s)＋CS2(l)===Na2CS3(s)＋H2S(g)。下列说法正确的是( )A．Na2CS3不能被氧化B．Na2CS3溶液显碱性C．该制备反应是熵减过程D．CS2的热稳定性比CO2的高
解析：Na2CS3中的S为－2价，能被氧化，A项错误；由Na2CO3溶液为碱性可以推测Na2CS3溶液也为碱性，B项正确； 该反应由固体和液体生成固体和气体，是熵增过程，C项错误；S原子半径比O原子大，C===S键比C===O键的键能小，故CS2的热稳定性比CO2的低，D项错误。
3．[2022·全国乙卷]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：(1)已知下列反应的热化学方程式：①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94 kJ·ml－1③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·ml－1计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·ml－1。
解析：根据盖斯定律可知，反应④＝(①＋②)÷3－③，即ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2)÷3－ΔH3＝＋170 kJ·ml－1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是_______________________________________，缺点是________。(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________ kPa。
高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2SAr混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率______________，理由是______________________________________________________________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为________ kPa·s－1。
H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高
4．[2023·浙江1月]二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋247 kJ·ml－1，K1Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·ml－1，K2请回答：(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是________。A．低温低压 B．低温高压C．高温低压 D．高温高压(2)反应CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·ml－1，K＝________(用K1，K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时，CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，反应经如图1流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是________。A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用B．过程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移C．过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 ml CO2需吸收的能量更多②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因_________________________________________________________。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图2，请在图3中画出400～1 000 ℃之间R的变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。
②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：下列说法不正确的是________。A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率B．温度越低，含氢产物中H2O占比越高C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小D．改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大
复 习 目 标1．了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确计算化学反应的转化率(α)。
考点一 化学平衡常数必备知识整理1.化学平衡常数及表达式(1)概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到____________时，生成物____________与反应物____________的比值是一个常数，用符号____表示。
2．意义及影响因素特别提醒一般地，当K＞105时，反应基本完全了。
3.主要应用(1)判断可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡
(2)判断可逆反应的反应热
[正误判断] (1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( )(2)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大( )
× 平衡常数表达式中，必须是各物质的平衡浓度
× 平衡常数只与温度有关
× 固体或纯液体浓度为常数，不出现在平衡常数的表达式中
(5)升高温度，平衡常数K一定增大( )(6)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( )(7)一定温度下，2SO2＋O2⇌2SO3与2SO3⇌O2＋2SO2的平衡常数互为相反数( )
× 升温，对于吸热反应，平衡常数增大，对于放热反应，平衡常数减小
× 平衡常数发生改变，温度一定改变，所以化学平衡一定发生移动
× 一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆它们互为倒数关系
解析：固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强，平衡逆向移动，B项错误；升温，该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。
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ⅡC．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡD．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
解析：使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ的发生，增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故C错误；反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。
题组二 化学平衡常数的计算与应用3．已知COS氢解：H2(g)＋COS(g)⇌H2S(g)＋CO(g) ΔH＝＋6.2 kJ·ml－1。COS(g)氢解反应的平衡常数K与温度T的关系如图。
(1)能表示COS(g)氢解反应的直线为________(填“x”“y”或“z”)。(2)某温度下向刚性容器中通入m ml COS(g)和n ml H2(g)发生氢解反应。已知COS(g)的平衡转化率为α，则该温度下氢解反应的平衡常数K＝_________________(用m、n、α等符号表示)。
4．减少汽车尾气污染的原理为2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0，向恒温恒容密闭容器中充入NO和CO，用传感器测得的数据如下表所示。(1)为了提高尾气处理的效果，可采取的措施有_______________________________(写出两种即可)。(2)此条件下达到平衡时，计算该反应的平衡常数K＝___________。
降低温度或增大压强或使用高效催化剂
新 情 境 新 高 考O3的消毒原理O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点，O3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，能杀灭新冠肺炎病毒。已知常温常压下发生的反应如下：反应①O3⇌O2＋[O] ΔH>0平衡常数为K1(反应进行程度较小)反应②[O]＋O3⇌2O2 ΔH<0平衡常数为K2(反应进行程度较大)总反应：2O3⇌3O2 ΔH<0平衡常数为K3
[问题探究](1)你能比较K1和K2的大小吗？(2)降低压强，总反应平衡向哪个方向移动？此时K3如何变化？
提示：反应进行程度越大，平衡常数越大。故K2大于K1。
提示：降低压强，平衡向正反应方向移动。但平衡常数只与温度有关，故降低压强K3不变。
(3)升高温度，K1、K2、K3如何变化？(4)K3与K1、K2有何数量关系？
提示：放热反应，升高温度K值减小，吸热反应，升高温度K值增大。因此，升高温度K2、K3减小，K1增大。
提示： 由盖斯定律可知，反应①＋②可得总反应，则K＝K1·K2。
考点二 化学平衡常数和转化率的有关计算必备知识整理1.三段式计算“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、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：即起始量、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。
则下列说法中错误的是( )A．图甲中w2＞1B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50%D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大
2．相同温度下，分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应：X2(g)＋3Y2(g)⇌2XY3(g) ΔH＝－a kJ·ml－1，实验测得反应的有关数据如下表。下列叙述正确的是( )A．对于上述反应，①②中反应的平衡常数K的数值不同B．①中：从开始至10 min内的平均反应速率v(X2)＝0.1 ml·L－1·min－1C．②中：X2的平衡转化率小于10%D．b>0.1a
解析：①②中反应温度相同，平衡常数K的数值相同，A项错误；①中反应放热0.1a kJ，说明10 min内X2反应了0.1 ml，物质的量浓度改变量为0.1 ml·L－1，所以其平均速率为v(X2)＝0.01 ml·L－1·min－1，B项错误；据容器①中数据，可算出X2的平衡转化率为10%，容器②是恒温恒压，容器①是恒温恒容，容器②相当于在容器①的基础上加压，平衡右移，所以X2的转化率大于10%，容器②放出的热量比容器①多，C项错误、D项正确。
题组二 竞争反应、连续反应平衡常数的计算3．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)⇌N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) ⇌N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 ml N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 ml，N2O3为3.4 ml。则t ℃时反应①的平衡常数为( )A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2
4．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) ⇌CH4(g)＋2H2O(g)反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)⇌C2H4(g)＋4H2O(g)为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 ml CO2和4 ml H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝___________(只列算式不计算)。
题组三 压强平衡常数5．将2 ml CO2和6 ml H2充入密闭容器中发生反应CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，压强为0.1 MPa和5.0 MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。b点对应的平衡常数Kp＝________(Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
解析：压强增大，反应向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大，所以b点所在的曲线表示压强为0.1 MPa。
[思维建模] 压强平衡常数(Kp)的计算流程
7．2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)的反应历程如下：反应Ⅰ：2NO(g)⇌N2O2(g)(快) ΔH1<0v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；反应Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)(慢)ΔH2<0 v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g) ⇌2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝____________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应Ⅰ的活化能EⅠ________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。(2)已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数________k2逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
考点三 化学反应的方向必备知识整理一、反应进行的方向1．自发反应(1)含义在温度和压强一定的条件下____________就能自发进行的反应称为自发反应。(2)特点①体系趋向于从________状态转变为________状态(体系对外部________或________热量)。②在密闭条件下，体系有从________自发地转变为________的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵和熵变(1)熵是量度体系________的物理量，符号为S。(2)影响熵大小的因素：①相同条件下，物质不同熵不同。②同一物质：S(g)________S(l)________S(s)。(3)熵变(ΔS)＝________的总熵－________的总熵。
3．反应进行的方向(1)判据
(2)一般规律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，________对反应的方向起决定性作用。当ΔH＜0，ΔS＜0时________下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，________下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后气体物质的化学计量数的大小。
[正误判断] (1)能自发进行的反应，一定是放热反应( )(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大( )(3)在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大( )(4)熵增的反应一定能自发进行( )(5)一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热( )(6)用焓判据或熵判据判断同一反应进行的方向其结果相同( )
二、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。
三、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。
如：以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件①反应原理：N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。
③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
对点题组训练题组一 化学反应方向的判断1．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
2．已知反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，该反应自发进行的条件是( )A．低温自发B．高温自发C．任意温度下都能自发进行D．一定非自发
题组二 化学反应方向的应用3．(双选)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的反应在任何温度时均能自发进行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<0D．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
解析：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正确；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。
4．氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。下列有关合成氨反应的说法正确的是( )A．反应的ΔS>0B．反应的ΔH＝E(N—N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)C．反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率
解析：在合成氨反应中，生成物气体分子数小于反应物气体分子数，所以反应的ΔS＜0，A不正确；反应的ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)(E表示键能)，B不正确；由合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，可建立如下关系式：N2～3H2～6e－，则反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2 ml×6.02×1023 ml－1＝2×6.02×1023，C正确；合成氨反应为放热的可逆反应，高温可加快反应速率，但会使平衡逆向移动，不能提高H2的平衡转化率，使用催化剂只能改变反应速率，但不能改变H2的平衡转化率，也就不能提高H2的平衡转化率，D不正确。
2CO(g)＋2NO(g)⇌2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－746.5 kJ·ml－1
(2)使用高效催化剂可大大减少汽车尾气排放出的NOx含量，某研究所的科研人员探究了T1 ℃时等质量的三种催化剂对CO还原NO的催化效果(其他条件相同)，所得结果如图1所示。①如果不考虑催化剂价格，则使用催化剂______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)最好；A、B两状态下，生成CO2的速率大小关系是________。②若容器容积为2 L，开始时加入0.5 ml NO、0.5 ml CO，在催化剂Ⅰ的作用下达到如图1所示平衡，则反应2NO(g)＋2CO(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)在该温度下的平衡常数K＝________。
③在图2坐标系中画出使用催化剂Ⅰ(其他条件相同)时，25 s时容器内反应的脱氮率(NO转化率)与温度的关系图。
6．氢能是一种公认的高热值清洁能源，目前世界各国正致力于将高污染高排放的碳能源过渡成清洁高效低排放的氢能源。(1)我国氢气的主要来源是焦炉气制氢，所制得的氢气含有较多的CO和H2S，中温干法脱硫是用氧化铁将硫元素转化为硫化铁。干法脱硫反应的化学方程式为____________________________。
Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O
解析：根据题干可知，该反应为氧化铁与H2S反应，生成硫化铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O3＋3H2S===Fe2S3＋3H2O。
(2)我国科研人员用木屑水蒸气气化制取氢燃料，在一定条件下，反应器中存在如下反应：ⅰ.CO2(g)＋C(s)===2CO (g) ΔH1ⅱ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2ⅲ.C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH3ⅳ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH4ⅴ.CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH5①ΔH5＝_________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3或ΔH4的式子表示)。
2ΔH2－ΔH1－ΔH3
解析：根据盖斯定律2×ⅱ－ⅰ－ⅲ＝2×ⅳ－ⅲ＋ⅰ＝ⅱ＋ⅳ－ⅲ，则ΔH5＝2ΔH2－ΔH1－ΔH3＝2ΔH4－ΔH3＋ΔH1＝ΔH2＋ΔH4－ΔH3。
CaO作为CO2的吸收剂，使产气中CO2分压降低，从而使水煤气变换反应平衡向生成H2的方向移动
③从产氢率的角度考虑，最佳操作温度是__________。④随着反应的进行，发现CaO的吸收能力逐渐降低，原因是____________________________________________________________。
解析：③根据表格可知750 ℃时，产氢率最高。④CaO与二氧化碳反应生成碳酸钙，附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收。
CaO吸收CO2产生的CaCO3附着在CaO的表面，阻止了CaO对CO2的进一步吸收
(3)将氢气储存于液体燃料中，可以解决氢气的安全高效存储和运输问题。由于甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低等优点，是理想的液体储氢平台分子。我国学者构建一种双功能结构的催化剂，反应过程中，在催化剂的表面同时活化水和甲醇。如图是甲醇脱氢转化的反应历程(TS表示过渡态)。根据图像判断甲醇脱氢反应中断裂的化学键是______________，该反应的ΔH________( 填“大于”“等于”或“小于”)0。
解析：甲醇的结构简式为CH3OH，脱氢反应中断裂的化学键是O—H和C—H；该反应的相对能量降低，反应放热。
②反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 ml。此时，整个体系_______(填“吸收”或“放出”)热量________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
2．[2022·湖北卷]硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：2NaHS(s)＋CS2(l)===Na2CS3(s)＋H2S(g)。下列说法正确的是( )A．Na2CS3不能被氧化B．Na2CS3溶液显碱性C．该制备反应是熵减过程D．CS2的热稳定性比CO2的高
解析：Na2CS3中的S为－2价，能被氧化，A项错误；由Na2CO3溶液为碱性可以推测Na2CS3溶液也为碱性，B项正确； 该反应由固体和液体生成固体和气体，是熵增过程，C项错误；S原子半径比O原子大，C===S键比C===O键的键能小，故CS2的热稳定性比CO2的低，D项错误。
3．[2022·全国乙卷]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：(1)已知下列反应的热化学方程式：①2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－1 036 kJ·ml－1②4H2S(g)＋2SO2(g)===3S2(g)＋4H2O(g) ΔH2＝94 kJ·ml－1③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·ml－1计算H2S热分解反应④2H2S(g)===S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝________ kJ·ml－1。
解析：根据盖斯定律可知，反应④＝(①＋②)÷3－③，即ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2)÷3－ΔH3＝＋170 kJ·ml－1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是_______________________________________，缺点是________。(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________ kPa。
高温热分解能够获得H2，H2可作燃料，且副产物少
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2SAr混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率______________，理由是______________________________________________________________________________________________________________________。②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线________，计算其在0～0.1 s之间，H2S分压的平均变化率为________ kPa·s－1。
H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应，恒压条件下，不断充入Ar，导致H2S的分压降低，相当于减压，平衡正向移动，H2S的平衡转化率升高
4．[2023·浙江1月]二十大报告提出，要积极稳妥推进碳达峰、碳中和，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋247 kJ·ml－1，K1Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ·ml－1，K2请回答：(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是________。A．低温低压 B．低温高压C．高温低压 D．高温高压(2)反应CH4(g)＋3CO2(g)⇌4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·ml－1，K＝________(用K1，K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时，CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，反应经如图1流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是________。A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用B．过程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移C．过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 ml CO2需吸收的能量更多②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因_________________________________________________________。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图2，请在图3中画出400～1 000 ℃之间R的变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。
②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表：下列说法不正确的是________。A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率B．温度越低，含氢产物中H2O占比越高C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小D．改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大
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