2017高考化学——平衡常数转化率平衡图像专题讲义无答案

2017高考化学——平衡常数转化率平衡图像专题讲义无答案

高考化学——平衡常数、转化率——专题讲义 ‎ 组长审核：‎ 授课主题 化学平衡常数、转化率及反应方向的判断 教学目的 能够写出化学平衡常数的表达式；可以计算出物质的平衡转化率；‎ 教学重难点 判断反应是否达到平衡状态；反应物平衡转化率的变化判断；焓变、熵变及化学反应方向的关系 教学内容 本节知识点讲解 ‎1．化学平衡常数 ‎（1）定义 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，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用K表示。‎ ‎（2）表达式 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K=。‎ ‎（3）应用 ‎①判断反应进行的限度 K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高。K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。‎ K ‎<10−5‎ ‎10−5~105‎ ‎>105‎ 反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全 ‎②判断反应是否达到平衡状态 化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时，浓度商均为Qc=。‎ Qc>K时，反应向逆反应方向进行；‎ Qc=K时，反应处于平衡状态；‎ Qcp+q 反应物A和B的转化率均增大 m+nn+p 反应物A的转化率增大 mS(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越大，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。‎ 例题解析 考向一 化学平衡常数及影响因素 典例1 在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)+B(g)2C(g)，下列说法中正确的是 A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K= ‎ B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变 C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化 D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小 巩固练习 ‎1．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：‎ ‎2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)　K1 ΔH1<0(Ⅰ)‎ ‎2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)　K2　ΔH2<0(Ⅱ)‎ ‎（1）4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=　　　　(用K1、K2表示)。 ‎ ‎（2）为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向 2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(ClNO)=7.5×10−3 mol·L−1·min−1，则平衡后n(Cl2)=‎ ‎　　　　 mol，NO的转化率α1=　　　　。其他条件保持不变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2　　　　α1(填“>”“<”或“=”)，平衡常数K2　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小，可采取的措施是　　　　。‎ 平衡常数的几个易错点 ‎（1）正、逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。‎ ‎（2）能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质，固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入。‎ 例题解析 考向二 化学平衡常数的计算与应用 典例1 （1）在密闭容器中充入2.0 mol CO和10 mol H2O(g)，发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，800 ℃时反应达平衡，若K=1。求CO和H2O(g)的转化率。‎ ‎（2）PCl5的热分解反应如下：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)。‎ ‎①写出反应的平衡常数表达式；‎ ‎②已知某温度下，在容积为10.0 L的密闭容器中充入 2.00 mol PCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为 0.150 mol/L。计算该温度下的平衡常数。‎ ‎ ‎ 巩固练习 ‎1．在一定体积的密闭容器中，进行化学反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表：‎ T/℃‎ ‎700‎ ‎800‎ ‎830‎ ‎1 000‎ ‎1 200‎ K ‎0.6‎ ‎0.9‎ ‎1.0‎ ‎1.7‎ ‎2.6‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）该反应的化学平衡常数表达式K=　　　　。‎ ‎（2）该反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。‎ ‎（3）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 。‎ ‎（4）若830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。‎ ‎（5）830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡　　　　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。‎ ‎（6）若1 200 ℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L−1、2 mol·L−1、4 mol·L−1、4 mol·L−1，则此时上述反应的平衡移动方向为　　　　 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。‎ 例题解析 考向三 转化率的计算与比较 典例1 在容积相同的A、B两个密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2，使它们在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3并达到平衡。在反应过程中，若A容器保持体积不变，B容器保持压强不变，当 A 中的SO2的转化率为25%时，则 B 容器中SO2的转化率应是 A．25% B．>25% ‎ C．<25% D．12.5%‎ ‎1．在一密闭容器，aA(g)bB(g)达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则 A．平衡向逆反应方向移动了 B．物质A的转化率减少了 C．物质B的质量分数增加了 D．a>b 重难点考向一：焓变、熵变及化学反应方向的关系 典例1：下列反应中，一定不能自发进行的是(　　)‎ A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＝－78.03 kJ/mol　ΔS＝1 110 J/(mol·K)‎ B．CO(g)===C(石墨，s)＋1/2O2(g)　ΔH＝＋110.5 kJ/mol　ΔS＝－89.36 C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝　ΔS＝－280.1 D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝＋37.301 kJ/mol　ΔS＝184.05 J/(mol·K)‎ 归纳总结：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ‎－‎ ‎＋‎ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ‎＋‎ ‎－‎ 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ‎＋‎ ‎＋‎ 低温为正；高温为负 低温时非自发；高温时自发 ‎－‎ ‎－‎ 低温为负；高温为正 低温时自发；高温时非自发 ‎1．下列说法错误的是 A．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应 B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ C．反应NH3（g）＋HCl（g）=NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0‎ D．CaCO3（s）=CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0‎ 本知识点小结 化学平衡图象题的解题方法 化学平衡图象类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图象类型有物质的量(浓度)、速率—时间图象，含量—时间—温度(压强)图象，恒温、恒压曲线等，图象中蕴含着丰富的信息量，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。该类题型在选择题和简答题中都有涉及，能够很好地考查学生分析问题和解决问题的能力，在复习备考中应引起足够的重视。‎ ‎1．常见的化学平衡图象 以可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g) ΔH＝Q kJ·mol−1‎ ‎（1）含量—时间—温度(或压强)图：‎ ‎(曲线a用催化剂，b不用催化剂或化学计量数a＋b＝c时曲线a的压强大于b的压强)‎ ‎(T2>T1，ΔH>0) (T1p2，a＋b>c) (p1>p2，a＋bc，则p1> p2>p3，ΔH<0) (若T1>T2，则ΔH>0，a＋b>c)‎ ‎（3）速率−时间图象 根据v−t图象，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。‎ 以合成氨反应为例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。‎ 条件 c(N2)增大 c(H2)减小 c(NH3)增大 v−t图象 平衡移动方向 正反应方向移动 逆反应方向移动 逆反应方向移动 条件 c(NH3)减小 增大压强 减小压强 v−t图象 平衡移动方向 正反应方向移动 正反应方向移动 逆反应方向移动 条件 升高温度 降低温度 使用催化剂 v−t图象 平衡移动方向 逆反应方向移动 正反应方向移动 不移动 ‎（4）其他 如下图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，v(正)>v(逆)的点是3，v(正)T1，正反应是放热反应。‎ 图B表示p1c。‎ 等效平衡 ‎1．含义 ‎（1）化学平衡状态与建立平衡的条件有关，与建立平衡的途径无关。‎ ‎（2）对于同一可逆反应，在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，无论是从正反应(反应物)、逆反应(生成物)或从中间状态(既有反应物、也有生成物)开始，只要建立平衡后，平衡混合物中各组分的比例相同，或各组分在混合物中的百分含量相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。‎ ‎（3）注意只是组分的百分含量相同，包括体积百分含量、物质的量百分含量或质量百分含量，而各组分的浓度不一定相等。‎ ‎2．审题方法 ‎（1）注意反应特点：反应前后气体的物质的量是否发生变化。‎ ‎（2）分清平衡建立的条件：是恒温恒压还是恒温恒容。‎ ‎3．理解等效平衡的意义 ‎（1）对于反应前后气体物质的量有变化的反应，如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图：‎ 容易得出A与C等效，A与D不等效。因为C→D是对反应前后气体体积有变化的反应加压，平衡发生了移动。‎ 结论：对于反应前后气体物质的量有变化的反应，恒温恒压时只要起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例相同就可建立等效平衡；而恒温恒容时，则需起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，完全相同才能建立等效平衡，因为反应物物质的量的变化会引起平衡的移动。‎ ‎（2）对于反应前后气体物质的量没有变化的反应，如：H2(g)+I2(g)2HI(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图：‎ 容易得出A与C等效，A与D等效。因为C→D平衡不发生移动。对反应前后气体体积不变的反应加压，平衡不移动。‎ 结论：对于反应前后气体物质的量不变的反应，无论是恒温恒压还是恒温恒容，只要加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧，比例相同就可建立等效平衡。‎ 当堂检测 ‎ ‎1．[2019天津]常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃时，该反应的平衡常数K=2×10−5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。‎ 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；‎ 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。‎ 下列判断正确的是 A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大 B．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃‎ C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低 D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)‎ ‎2．[2019新课标Ⅰ节选]近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：‎ ‎（3）H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g) +H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。‎ ‎①H2S的平衡转化率=_______%，反应平衡常数K=________。‎ ‎②在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率_____，该反应的H_____0。（填“>”“<”或“=”）‎ ‎③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）‎ A．H2S B．CO2 C．COS D．N2‎ ‎3．[2019上海]随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。‎ 完成下列填空：‎ ‎（1）目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：‎ CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)‎ 已知H2的体积分数随温度升高而增加。‎ 若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。（选填“增大”、“减小”或“不变”）‎ v正 v逆 平衡常数K 转化率α ‎（2）相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：‎ ‎[CO2]/mol·L−1‎ ‎[H2]/mol·L−1‎ ‎[CH4]/mol·L−1‎ ‎[H2O]/mol·L−1‎ 平衡Ⅰ a b c d 平衡Ⅱ m n x y a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_________。‎ ‎4．[2019新课标全国Ⅲ节选]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题：‎ ‎（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度为323 K，NaClO2溶液浓度为5×10−3 mol·L−1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。‎ 离子 Cl−‎ c/（mol·L−1）‎ ‎8.35×10−4‎ ‎6.87×10−6‎ ‎1.5×10−4‎ ‎1.2×10−5‎ ‎3.4×10−3‎ ‎①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。增加压强，NO的转化率______（填“提高”、“不变”或“降低”）。‎ ‎②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐______（填“增大”“不变”或“减小”）。‎ ‎③由实验结果可知，脱硫反应速率______脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是___________。‎ ‎（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。‎ ‎①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均______________（填“增大”、“不变”或“减小”）。‎ ‎②反应ClO2−+22+Cl−的平衡常数K表达式为___________。‎ ‎5．下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是（ ）‎ A．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应 B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应 C．由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的化学变化 D．反应NH3（g）＋HCl（g）＝NH4Cl（s）在低温下能自发进行，说明该反应的△H＞0‎ ‎6．下列说法正确的是（ ）‎ A．反应NH4HCO3（s）=NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g）ΔH＝185.57 kJ·mol－1能自发进行，是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向 B．能自发进行的反应一定能迅速发生 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独做为判断反应能否自发进行的判据 D．CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g） △ H>0, △ S>0,不论在何种条件下都可能自发 课堂总结 家庭作业 ‎1．某温度时，N2＋3H22NH3的平衡常数K＝a，则此温度下，NH3 H2＋N2的平衡常数为 A． B． C．a D． ‎2．某恒定温度下，在一个2 L的密闭容器中充入A气体、B气体，测得其浓度为2 mol·L－1和1 mol·L－1；且发生如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(？)＋2D(？)已知“？”代表C、D状态未确定；反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，且反应前后压强比为5∶4，则下列说法中正确的是 ‎①该反应的化学平衡表达式：K＝‎ ‎②此时B的转化率为35%‎ ‎③增大该体系压强，平衡向右移动，但化学平衡常数不变 ‎④增加C的量，A、B转化率不变 A．①② B．②③ C．①④ D．③④‎ ‎3．温度为T ℃时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表。下列说法正确的是 t/s ‎0‎ ‎50‎ ‎150‎ ‎250‎ ‎350‎ n(PCl3)/mol ‎0‎ ‎0.16‎ ‎0.19‎ ‎0.20‎ ‎0.20‎ A．反应在前50 s的平均速率为v(PCl3)＝0.003 2 mol·L－1·s－1‎ B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)＝0.11 mol·L－1，则反应的ΔH＜0‎ C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2，达到平衡前v正>v逆 D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0 mol PCl5，达到平衡时，PCl5的转化率大于20%‎ ‎4．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)＋Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。一段时间后达到平衡，反应过程中测定的数据如下表：‎ t/min ‎2‎ ‎4‎ ‎7‎ ‎9‎ n(Y)/ mol ‎0.12‎ ‎0.11‎ ‎0.10‎ ‎0.10‎ 下列说法正确的是 A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝2.0×10－3 mol·L－1·min－1‎ B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前：v(逆)>v(正)‎ C．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.32 mol气体X和0.32 mol 气体Y，到达平衡时，n(Z)＝0.24 mol D．该温度下此反应的平衡常数：K＝14.4‎ ‎5．可逆反应：A(g)＋2B(g)2C(g)　ΔH＝－Q kJ· mol－1。现有甲、乙两个容积相等且不变的密闭容器，向甲容器中充入1 mol A和2 mol B，在一定条件下达到平衡时放出的热量为Q1‎ ‎ kJ；在相同条件下向乙容器中充入2 mol C，达到平衡后吸收的热量为Q2 kJ。已知Q1＝9Q2，下列叙述中正确的是 A．Q1＝Q B．平衡时甲中C的体积分数比乙中小 C．达到平衡时，甲中A的转化率为90% D．Q1＋Q2＞Q ‎6．一定温度下，在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g)，进行反应，2SO2＋O22SO3，其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。下列判断中正确的是 甲 乙 丙 丁 密闭容器体积/L ‎2‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎1‎ 起始物质的量 n(SO2)/ mol ‎0.40‎ ‎0.80‎ ‎0.80‎ ‎0.40‎ n(O2)/ mol ‎0.24‎ ‎0.24‎ ‎0.48‎ ‎0.24‎ SO2的平衡转化率%‎ ‎80‎ α1‎ α2‎ α3‎ A．甲中反应的平衡常数小于乙 B．该温度下，该反应的平衡常数K为400‎ C．SO2的平衡转化率：α1>α2＝α3 D．容器中SO3的物质的量浓度：丙＝丁<甲 ‎7．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生如下反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0。T1温度时，向密闭容器中通入N2O5气体，部分实验数据见下表：‎ 时间/s ‎0‎ ‎500‎ ‎1 000‎ ‎1 500‎ c(N2O5)/ mol·L－1‎ ‎5.00‎ ‎3.52‎ ‎2.50‎ ‎2.50‎ 下列说法正确的是 A．500 s内NO2的生成速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1‎ B．T1温度下该反应平衡时N2O5的转化率为29.6%‎ C．达到平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的1/2,则c(N2O5)<5.00 mol·L－1‎ D．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，则K1＞K2‎ ‎8．某温度下反应2A(g)B(g)＋C(g)　ΔH＜0的平衡常数K＝4。此温度下，在1 L的密闭容器中加入A，反应到某时刻测得A、B、C的物质的量浓度(mol·L－1)分别为0.4、0.6、0.6，下列说法正确的是 A．温度升高，该反应反应速率加快，平衡常数增大 B．题目所述的某时刻正、逆反应速率的大小为v(正)＞v(逆)‎ C．经10 min反应达到平衡，则该时间内反应速率v(A)为0.064 mol·L－1·min－1‎ D．平衡时，再加入与起始等量的A，达新平衡后A的转化率增大