资源简介

(共67张PPT)
第三节
化学平衡常数及计算
化学反应进行的方向
第七章
化学反应速率与化学平衡
课标要求 核心素养
1.能用ΔH－TΔS 说明
化学反应的方向。
2.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。 1.宏观辨识与微观探析：了解平衡图像及应用。了解
反应的自发性和熵的定义及应用。
2.变化观念与平衡思想：初步了解焓变和熵变对化学
反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应进行
的方向。
3.证据推理与模型认知：准确把握平衡的基本特征，
根据平衡常数的定义准确书写平衡常数表达式。
[目标导航]
[自主测评]
1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1)同种物质气态时熵值最大。(
)
(2)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发
性。(
)
(3)对于某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。
(
)
(4)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动。(
)
(5)反应 A(g)＋3B(g)
2C(g)达到平衡后，温度不变，增大
压强，平衡正向移动，平衡常数增大。(
)
答案：(1)√
(2)×
(3)×
错因：应该用焓变来解释。
错因：升高温度，吸热方向的化学平衡常数增大，放
热方向的化学平衡常数减小。
(4)√
(5)×
错因：化学平衡常数只受温度影响。
2.将 1 mol N2O5 置于 2 L 密闭容器中，在一定温度下发生下列
反应：①2N2O5(g)
2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)
2NO2(g)。
达到平衡时，c(O2)＝0.2 mol·L-1，c(NO2)＝0.6 mol·L-1，则此温度
下反应①的平衡常数为(
)
A.3.2
B.0.2
C.
1
180
D.
4
45
答案：B
3.25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋56.7 kJ·mol-1 能自发进行，其原因是__________________。
解析：根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据
焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自
发进行，说明熵增效应大于能量效应。
答案：熵增效应大于能量效应
t/min 21 50 80 100 120 160 220 ∞
c/(mol·L-1) 0.024 0.050 0.071 0.081 0.090 0.104 0.116 0.132
4.由γ-羟基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁内酯(
)
的反应如下：
在 25 ℃时，溶液中γ-羟基丁酸的初始浓度为 0.180 mol·L-1，
随着反应的进行，测得γ-丁内酯的浓度随时间的变化如下表所示。
请填写下列空白。
(1)在 50～80 min 内，以γ-丁内酯的浓度变化表示的反应速率
为______mol·L-1·min-1。
(2)在 120 min 时，γ-羟基丁酸的转化率为________。
(3)在 25 ℃时，该反应的平衡常数为 K＝________。
(4)为提高平衡时γ-羟基丁酸的转化率，除适当控制反应温度
外，还可采取的措施是______________________________。
答案：(1)7×10-4 (2)50% (3)2.75 (4)将γ-丁内酯移走
考点一 化学平衡常数
1.浓度商和化学平衡常数(固体或液体纯物质一般不列入浓度
商和平衡常数)
(1)对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
浓度商
(2)当该反应在一定温度下达到化学平衡时，c(A)、c(B)、c(C)
数，简称____________。
平衡常数
2.化学平衡常数的影响因素
(1)化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情
况下只受温度影响。
(2)当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达
到限度，即达到化学平衡状态。
②Fe3+(aq)＋3H2O(l)
Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表
3.化学平衡常数表达式
(1)表达式：对于反应 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，K＝
______________。
(2)应用示例：①C(s)＋H2O(g)
表达式 K＝____________。
CO(g)＋H2(g)的平衡常数
达式 K＝__________。
4.化学平衡常数的意义
越大
越大
越大
通常，K 越大，说明平衡体系中生成物所占的比例______，
正反应进行的程度______，即该反应进行得越完全，平衡时反应
物的转化率______。
考点二 化学反应进行的方向
1.自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反
应。
注意：自发反应是化学反应，水蒸气冷凝得到液态水属于自
发过程，但不是自发反应。
2.熵和熵变
(1)熵是衡量一个体系混乱程度的物理量。用符号 S 表示。
(2)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.判断化学反应进行的方向
<
>
>
＝
<
对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气
体物质的化学计量数大小；若反应后气体的化学计量数变大，则
ΔS＞0，反之，则ΔS＜0。
考点三 有关化学平衡的计算——“三段式法”
“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、转化量、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：起始量、转化量、平衡量。
(2)明确三个关系
①对于同一反应物，起始量－转化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋转化量＝平衡量。
③各物质的转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
(3)计算模式
对以下反应：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，令 A、B 起始
物质的量(mol)分别为 a、b，达到平衡后，A 的消耗量为 mx mol，
容器容积为 V L。
mA(g) ＋ nB(g)
pC(g)＋qD(g)
起始/mol
变化/mol
平衡/mol
a
mx
a－mx
b
nx
b－nx
0
px
px
0
qx
qx
则有①平衡常数：
⑦混合气体的平均摩尔质量：
⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。
一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
考向 1 化学平衡常数及应用
1.(2023 年天津模拟)某温度下，发生反应 N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强
(p)的关系如图所示。下列说法正确的是(
)
A.将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量小于92.4 kJ
B.平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C.上述反应在达到平衡后，增大压强，NH3的产率减小
D.反应建立平衡后分离出部分NH3时，浓度商Q大于平衡常数K
解析：该反应为可逆反应，加入的 1 mol N2 和 3 mol H2 不可
能完全反应生成 2 mol NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A
正确；从状态 A 到状态 B，改变的是压强，温度未发生变化，所
以平衡常数不变，K(A)＝K(B)，B 错误；该反应是反应前后气体分
子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，NH3 的产率
增大，C 错误；反应建立平衡后分离出部分 NH3 时，生成物的浓
度减小所以浓度商 Q 小于平衡常数 K，D 错误。
答案：A
2.(2023 年北京四中模拟)向一容积可变的密闭容器中充入等
物质的量的 A、B，发生反应：2A(g)＋2B(g)
3C(s)＋4D(g)。
在不同压强下，该反应平衡常数随温度变化如表所示。下列判断
正确的是(
)
平衡常数 压强/Mpa
1.0 1.5 2.0
温度/℃ 300 a b 16
516 c 64 d
800 160 f g
A.c＞a，g＞f
B.正反应是放热反应
C.2.0 MPa、800 ℃时，A 的转化率最小
D.1.5 MPa、300 ℃时，B 的转化率为 50%
解析：平衡常数只与温度相关，温度不变，K 不变，所以
g＝f，A 错误；由表格中的数据可知，平衡常数随温度升高而增大，
升温平衡正向移动，正反应是吸热反应，B 错误；因为正反应为
吸热反应，所以 800 ℃、相同压强时，A 的转化率最大，而反应
前后气体的分子数相等，所以 800 ℃时，三种压强下的 A 的转化
率都相同，C 错误；1.5 MPa、300 ℃时，平衡常数 b＝16，设平衡
时体积为 V，B 的物质的量的变化量为 x，则达平衡时，A、B、D
答案：D
K <10-5 10-5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全
[方法技巧]化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
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。
(2)判断化学反应进行的方向或平衡移动的方向。
根据浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小判断平衡移动的方向：
(3)判断可逆反应的热效应。
考向 2 化学平衡常数和平衡转化率的计算
3.(2023 年广东卷节选)配合物广泛存在于自然界，且在生产
和生活中都发挥着重要作用。
(1)R 的衍生物 L 可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用 M
表示)与 L 存在平衡：
M＋L
ML＋L
ML K1
ML2 K2
c0(M)/c0(L) S(L) S(ML) S(ML2)
0 1.00 0 0
a x <0.01 0.64
b <0.01 0.40 0.60
研究组配制了L起始浓度c0(L)＝0.02 mol·L-1、M与L起始浓
度比 c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反应平衡后测定其核磁共振氢
谱。配体 L 上的某个特征 H 在三个物种 L、ML、ML2 中的化学位
移不同，该特征 H 对应吸收峰的相对峰面积 S(体系中所有特征 H
的总峰面积计为 1)如下表。
【注】核磁共振氢谱中相对峰面积 S 之比等于吸收峰对应 H
的原子数目之比；“<0.01”表示未检测到。
①c0(M)/c0(L)＝a 时，x＝__________。
②c0(M)/c0(L)＝b 时，平衡浓度比 c平(ML2)∶c平(ML)＝
__________。
(2)研究组用吸收光谱法研究了(1)中M与L反应体系。当c0(L)＝1.0×10-5 mol·L-1时，测得平衡时各物种c平/c0(L)随c0(M)/c0(L)的变化曲线如图。c0(M)/c0(L)＝0.51时，计算M的平衡转化率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
解析：(1)①c0(M)/c0(L)＝a时，S(ML2)＋S(ML)＋S(L)＝1，且
S(ML2)＝0.64，S(ML)<0.01，得 x＝0.36。②S(ML2)相比于 S(ML)
含有两个配体，则 S(ML2)与 S(ML)的浓度比应为 S(ML2)相对峰面
积 S 的一半与 S(ML)的相对峰面积 S 之比，即
答案：(1)①0.36 ②3∶4 或 0.75 (2)98%(计算过程见解析)
4.(2021年广东卷节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060
年前实现碳中和。CH4 与 CO2 重整是 CO2 利用的研究热点之一。
该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)
b)CO2(g)＋H2(g)
2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)
d)2CO(g)
C(s)＋2H2(g) ΔH3
CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)
H2O(g)＋C(s) ΔH5
(1)反应 a、c、e 中，属于吸热反应的有______(填字母)。
(2)反应 c 的相对压力平衡常数表达式为 K ＝____________。
(3) 在图中 A 点对应温度下、原料组成为 n(CO2)∶n(CH4) ＝
1∶1、初始总压为100 kPa 的恒容密闭容器中进行反应，体系达到
平衡时 H2 的分压为 40 kPa。计算 CH4 的平衡转化率为________。
答案：(1)ac
(3)68%
[方法技巧]“四步法”突破压强平衡常数(Kp)的计算
考向 3 化学反应方向的判断
5.(2023年海口统考)CH4消除NO2的反应为：CH4(g)＋2NO2(g)
N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
A.正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.平衡时升高温度，v正增大，v逆减小
C.平衡常数 K＝
D.该反应在任何温度下都可自发进行
解析：该反应为放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活
化能，A 错误；平衡时升高温度，正逆反应速率均加快，B 错误；
由化学方程式可知平衡常数K＝
，C 错误；反
应正向气体分子数增加，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，与
温度无关，故反应在任何温度下都可自发进行，D 正确。
答案：D
6.(2023 年海口二模)一种制取晶体硅的反应为：SiHCl3(g)＋
Si(s)＋3HCl(g)
ΔH＝236.1 kJ·mol-1。下列说法正确的
H2(g)
是(
)
A.该反应在任何条件下均能自发进行
B.其他条件不变，增大压强，平衡常数 K 减小
C.恒压下，充入一定量的惰性气体，平衡向逆反应方向移动
D.总体积一定，当反应体系内混合气体的密度不再发生变化
时反应到达平衡
衡减压，平衡正向移动，C错误；由公式ρ＝ 可知，总体积一定，
解析：反应吸热，ΔH＞0，反应正向气体分子数增大，ΔS＞0，
故高温时ΔH－TΔS＜0，反应自发，A 错误；其他条件不变，增
大压强，平衡逆向移动，但温度不变，平衡常数 K 不变，B 错误；
恒压下，充入一定量的惰性气体，容器体积增大，相当于对原平
当反应体系内混合气体的密度不再发生变化时，混合气体的总质
量不变，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，D 正确。
答案：D
[归纳提升]
1.反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，复
合判据ΔH－TΔS<0 的反应不一定能够实际发生，只是指出了在该
条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况
－ ＋ 永远是负值 在任何温度下均自发进行
＋ － 永远是正值 在任何温度下均非自发进行
＋ ＋ 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
2.焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响。
1.(2022 年江苏卷)用尿素水解生成的 NH3 催化还原 NO，
是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋
4NO(g)
4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是(
)
A.上述反应ΔS<0
C.上述反应中消耗 1 mol NH3，转移电子的数目为 2×6.02×
1023
D.实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气
对空气的污染程度越小
反应的平衡常数K＝
解析：由化学方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的
反应，即熵增的反应，反应ΔS＞0，A 错误；由化学方程式可知，
，B正确；由化学方程式
可知，反应每消耗 4 mol 氨气，转移 12 mol 电子，则反应中消耗
1 mol氨气，转移电子的数目为3 mol×6.02×1023 mol-1＝3×
6.02×1023，C 错误；实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水
解生成的氨气的量也越多，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程
度增大，D 错误。
答案：B
2.(2021 年河北卷)室温下，某溶液初始时仅溶有 M 和 N 且浓
度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N＝X＋Y；②M＋N＝X
＋Z，反应①的速率可表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可表示为
v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随
时间变化情况如图，下列说法错误的是(
)
A.0～30 min 时间段内，Y 的平均反应速率为 6.67×
10-8 mol·L-1·min-1
B.反应开始后，体系中 Y 和 Z 的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底，反应结束时 62.5%的 M 转化为 Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
的 M 转化为 Z，C 正确；由以上分析可知，在相同的时间内生成 Z 较
多、生成 Y 较少，因此，反应①的化学反应速率较小，在同一体系中，
活化能较小的化学反应速率较快，故反应①的活化能比反应②的活化
能大，D 正确。
答案：A
该温度下，刚性密闭容器中放入 NH4HCO3 和 Na2CO3 固体，
)
平衡后以上 3 种固体均大量存在。下列说法错误的是(
A.反应 2 的平衡常数为 4×106 Pa2
B.通入 NH3，再次平衡后，总压强增大
C.平衡后总压强为 4.36×105 Pa
D.缩小体积，再次平衡后总压强不变
答案：B
4.(2022年江苏卷)乙醇 水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)===2CO2(g)＋6H2(g)　ΔH＝＋173.3 kJ·mol-1，
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol-1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
解析：根据已知条件可知反应①的热效应更大，温度升高的
时候对反应①影响更大一些，即 CO2 的选择性增大，同时 CO 的
选择性减小，根据 CO 的选择性的定义可知，曲线③代表 CO2 的
选择性，曲线①代表 CO 的选择性，曲线②代表 H2 的产率，A 错
误；升高温度，平衡时CO的选择性减小，B错误；两种物质参加
反应，增大一种物质的浓度，会降低该物质的平衡转化率，C 错
误；加入 CaO(s)与水反应放热，对反应①影响较大，可以增大 H2
的产率，或者选用对反应①影响较大的高效催化剂，也可以增大
H2 的产率，D 正确。
答案：D

展开更多......

收起↑