北京专用高考化学一轮复习第24讲化学平衡常数化学反应的方向.ppt

,教材研读,考点突破,栏目索引,第,24,讲化学平衡常数 化学反应的方向,一、化学平衡常数和与化学平衡有关的计算,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,平衡状态,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,这个常数叫,做该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号,K,表示。,(2)表达式,对于可逆反应,m,A(g)+,n,B(g),p,C(g)+,q,D(s),K,=,。,教材研读,(3)影响因素,K,只受,温度,的影响,与反应物和生成物的浓度无关。,(4)意义,K,越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率也越大;,K,越小,正反应,进行的程度越小,反应物的转化率也越小。,2.转化率,(1)表达式,对于化学反应:,a,A(g)+,b,B(g),c,C(g)+,d,D(g),反应物A的转化率为:,(A),=,100%,。,(2)规律,1)同一反应的不同反应物的转化率可能不同,当按照,化学计量数之,比,投入反应物时,反应物的转化率相同。,2)相同条件下,增大某一反应物的浓度,可,增大,另一反应物的转,化率,而增大浓度的反应物的转化率会,减小,。,自测1,判断正误,正确的划“”,错误的划“,”。,(1)平衡常数表达式中物质的浓度,可以是任意时刻的浓度,(,),(2)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数,(,),(3)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动,(,),(4)化学平衡发生移动,平衡常数不一定发生变化,(,),(5)对于反应C(s)+H,2,O(g),CO(g)+H,2,(g),其平衡常数,K,=,(,),(6)H,2,(g)+I,2,(g),2HI(g)的平衡常数为,K,1,HI(g),H,2,(g)+,I,2,(g)的平,衡常数为,K,2,则,K,1,K,2,=1,(,),(7)化学平衡常数越大,说明正反应进行的程度越大,即该反应进行得越,完全,反应物的转化率越大;化学平衡常数越小,说明正反应进行的程度,越小,即该反应进行得越不完全,反应物的转化率就越小,(,),(8)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关;温,度越高,化学平衡常数越大,(,),自测2,若反应N,2,+3H,2,2NH,3,的化学平衡常数,K,1,=,a,则反应2NH,3,N,2,+3H,2,的化学平衡常数,K,2,和反应,N,2,+,H,2,NH,3,的化学平衡,常数,K,3,分别为多少?,答案,K,2,=,K,3,=,。,二、化学反应方向的判据,1.自发过程,(1)含义,在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程。,(2)特点,2.化学反应方向的判据,自测3,判断正误,正确的划“”,错误的划“,”。,(1)放热过程有自发进行的倾向,但并不一定能自发进行;吸热过程没有,自发进行的倾向,但在一定条件下也可自发进行,(,),(2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响(,),(3)Na与H,2,O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行,(,),自测4,下列说法正确的是,(),A.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小,B.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的,C.反应2Mg(s)+CO,2,(g),C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的,H,0,D.常温下,反应C(s)+CO,2,(g),2CO(g)不能自发进行,则该反应的,H,0,D,答案,D反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的,若,H,0,则一定能自发进行;若,H,0、,S,0,则一定不能自发进行;若,H,0、,S,0、,S,0,则反应能否自发进行和温度有关。,考点突破,考点一化学平衡常数及其应用,考点二化学平衡的计算方法,“,三段式,”,法,1.平衡常数的书写要求,(1)如果有固体或纯液体参加反应,它们的浓度不出现在平衡常数表达,式中。,(2)平衡常数表达式的书写,对于一个可逆反应,平衡常数表达式不是唯一的,它与化学方程式的书,写有关。化学方程式的书写不同,各反应物、生成物的化学计量数不,同,平衡常数表达式就不同,但意义不变,如H,2,(g)+I,2,(g),2HI(g)的平衡,常数,K,1,=,而,H,2,(g)+,I,2,(g),HI(g)的平衡常数,K,2,=,。,考点一化学平衡常数及其应用,注意,稀溶液中进行的反应,如有水参加或生成,由于水的浓度视为,常数而不出现在平衡常数表达式中。,非水溶液中进行的反应,若有水生成,则水应出现在平衡常数表达式,中。,2.影响平衡常数的因素,K,只受温度影响,当温度不变时,K,值不变;温度升高时,对于,H,0的反应,K,值变大。如果由于浓度、压强的改变而引起化学平衡的移动,但温度,恒定,则,K,值一定不变。,3.化学平衡常数的应用,(1)判断可逆反应进行程度的大小,(2)判断可逆反应是否平衡及不平衡时反应进行的方向,对于可逆反应,m,A(g)+,n,B(g),p,C(g)+,q,D(g),在一定温度下的任意时,刻:,Q,c,=,(3)判断反应的热效应,热效应,的判断,(4)计算反应物的转化率,依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓,度),从而计算反应物的转化率。,典例1,(2017北京朝阳二模,12)汽车发动机中生成NO的反应为:N,2,(g)+,O,2,(g),2NO(g),t,时,K,=0.09。,t,下在甲、乙、丙三个恒容密闭容,器中通入N,2,(g)和O,2,(g)模拟反应,起始浓度如下表所示。,起始浓度,甲,乙,丙,c,(N,2,)/molL,-1,0.46,0.46,0.92,c,(O,2,)/molL,-1,0.46,0.23,0.92,下列判断的是,(),A.起始时,反应速率:丙甲乙,B.平衡时,c,(NO):甲=丙乙,C.平衡时,N,2,的转化率:甲乙,D.平衡时,甲中,c,(N,2,)=0.4 molL,-1,B,答案,BA项,其他条件相同时,浓度越大,反应速率越快,所以起始时,反应速率为丙甲乙;B项,甲和丙容器中的平衡为等效平衡,达到平衡,时丙中NO的浓度应该为甲中的2倍;C项,甲容器相当于在乙容器的基础,上通入O,2,化学平衡向正反应方向移动,N,2,的转化率增大;D项,利用化学,平衡常数可计算出甲容器中达到平衡时,氮气的浓度减小了0.06 molL,-1,所以平衡时,甲中氮气的浓度为0.4 molL,-1,。,1-1,反应物和生成物均为气态的平衡体系,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,答案,DA项,由于不能确定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的变化;B项,增大压强,平衡向正反应方向,移动,W的质量分数减小;C项,根据平衡常数表达式及所有反应物和生,成物均为气态可知,该反应的化学方程式为3Z(g)+2W(g),X(g)+2Y(g);,D项,增大X的浓度,平衡向逆反应方向移动。,1-2,在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO,2,(g)+H,2,(g),CO(g)+H,2,O(g),其化学平衡常数,K,和温度,t,的关系如下表:,回答下列问题:,(1)该反应的化学平衡常数表达式为,K,=,。,(2)该反应为,反应(填“吸热”或“放热”)。,(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3,c,(CO,2,),c,(H,2,)=5,c,(CO),c,(H,2,O),试判断此时的温度为,。,(4)若830 时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H,2,O,反应达到平衡后,其,化学平衡常数,K,1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。,t,/,700,800,830,1 000,1 200,K,0.6,0.9,1.0,1.7,2.6,(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,移动(填“向正反应方向”“向逆反应方,向”或“不”)。,(6)若1 200 时,在某时刻体系中CO,2,、H,2,、CO、H,2,O的浓度分别为2,molL,-1,、2 molL,-1,、4 molL,-1,、4 molL,-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”)。,答案,(1),(2)吸热(3)700,(4)等于(5)不(6)逆反应方向,解析,(1)根据反应方程式CO,2,(g)+H,2,(g),CO(g)+H,2,O(g)可知该反,应的平衡常数表达式为,K,=,。,(2)根据表格中的数据可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,则正反,应为吸热反应。,(3),K,=,=0.6,所以对应的温度为700。,(4)化学平衡常数只与温度有关,所以830 时的平衡常数是1.0。,(5)该反应为气体体积不变的反应,减小压强,平衡不移动。,(6),Q,c,=,=4,而此温度下的平衡常数为2.6,所以平衡向逆反应,方向移动。,1.基本步骤,写出有关化学平衡的化学反应方程式。,确定反应物或生成物的起始加入量。,确定反应过程中各物质的变化量。,确定平衡量。,列比例式求解。,2.计算模式,反应:,m,A(g)+,n,B(g),p,C(g)+,q,D(g),令A、B起始物质的量分别为,a,mol、,b,mol,达到平衡后,A的消耗量为,mx,mol,容器容积为,V,L。,考点二化学平衡的计算方法,“,三段式,”,法,起始(mol),a,b,0 0,变化(mol),mx,nx,px,qx,平衡(mol),a,-,mx,b,-,nx,px,qx,则有:(1)平衡常数,K,=,。,(2)反应物:,n,(平)=,n,(始)-,n,(变);,生成物:,n,(平)=,n,(始)+,n,(变)。,(3)平衡时A的物质的量浓度:,c,平,(A)=,molL,-1,。,(4)A的转化率:,(A)=,100%,A、B的转化率之比为,(A),(B)=,。,m,A(g)+,n,B(g),p,C(g)+,q,D(g),(5)平衡时A的体积分数:,(A)=,100%。,(6)平衡时和开始时的压强比:,=,。,(7)混合气体的密度:,(混)=,gL,-1,。,(8)混合气体的平均摩尔质量:,=,gmol,-1,。,典例2,在容积可变的密闭容器中,2 mol N,2,和8 mol H,2,在一定条件下发,生反应,达到平衡时,H,2,的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数接近,于,(),A.5%B.10%C.15%D.20%,C,答案,C由题给数据知:参加反应的H,2,的物质的量为:8 mol,25%=,2 mol。,N,2,+3H,2,2NH,3,始态:2 mol8 mol0,变化量:,mol2 mol,mol,平衡态:,mol6 mol,mol,平衡时N,2,的体积分数为:,100%,15%,故C正确。,2-1,已知可逆反应:M(g)+N(g),P(g)+Q(g),H,0,请回答下列问,题:,(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为,c,(M)=1 molL,-1,c,(N)=2.4 molL,-1,;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为,。,(2)若反应温度升高,M的转化率,(填“增大”“减小”或“不,变”)。,(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为,c,(M)=4 molL,-1,c,(N)=,a,molL,-1,达到平衡后,c,(P)=2 molL,-1,则,a,=,。,(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为,c,(M)=,c,(N)=,b,molL,-1,达到平衡,后,M的转化率为,。,答案,(1)25%(2)增大(3)6(4)41%,解析,(1)M(g)+N(g),P(g)+Q(g),始态/molL,-1,12.400,变化/molL,-1,1,60%1,60%,因此N的转化率为,100%=25%。,(2),H,0说明该反应为吸热反应,升高温度,平衡右移,M的转化率增大。,(3)根据(1)可求出各物质的平衡浓度:,c,(M)=0.4 molL,-1,c,(N)=1.8 molL,-1,c,(P)=0.6 molL,-1,c,(Q)=0.6 molL,-1,因此化学平衡常数,K,=,=,=,。,反应达到平衡后:,c,(P)=2 molL,-1,c,(Q)=2 molL,-1,c,(M)=2 molL,-1,c,(N)=(,a,-,2)molL,-1,K,=,=,=,解得,a,=6。,(4)设M的转化率为,x,则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为:,c,(M)=,b,(1-,x,)molL,-1,c,(N)=,b,(1-,x,)molL,-1,c,(P)=,bx,molL,-1,c,(Q)=,bx,molL,-1,K,=,=,=,解得,x,41%。,2-2,SO,2,常用于制硫酸,其中一步重要的反应为2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),H,0。若向一个2 L的密闭容器中充入0.4 mol SO,2,、0.2 mol O,2,和,0.4 mol SO,3,发生上述反应。,请回答下列问题:,(1)当反应达到平衡时,各物质的浓度可能是,(填序号)。,A.,c,(SO,2,)=0.3 mol/L、,c,(O,2,)=0.15 mol/L,B.,c,(SO,3,)=0.4 mol/L,C.,c,(O,2,)=0.2 mol/L或,c,(SO,2,)=0.4 mol/L,D.,c,(SO,3,)=0.3 mol/L,(2)任选上述一种可能的情况,计算其平衡常数:,。,(3)某温度时,将4 mol SO,2,和2 mol O,2,通入2 L密闭容器中,10 min时反应,达到平衡,SO,2,的转化率为80%,则010 min内的平均反应速率,v,(O,2,)=,该温度下反应2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g)的平衡常数,K,=,。,答案,(1)AD(2),(或180),(3)0.08 mol/(Lmin)80,解析,(1)2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),起始浓度(mol/L)0.20.10.2,正向进行到底(mol/L)000.4,逆向进行到底(mol/L)0.40.20,由此可知,A、D项可能。,(2)2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),起始浓度(mol/L)0.20.10.2,转化浓度(mol/L)0.10.050.1,平衡浓度(mol/L)0.30.150.1,则,K,1,=,=,同理可得出(1)中选项D的,K,2,=,=180。,(3),v,(SO,2,)=,=0.16 mol/(Lmin),则,v,(O,2,)=0.08 mol/(Lmin)。,2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),起始浓度(mol/L)21 0,转化浓度(mol/L)1.60.81.6,平衡浓度(mol/L)0.40.21.6,则,K,=,=80。,