高中化学2023年大一轮第七章：第41讲化学平衡状态化学平衡常数.pdf

第 41讲化学平衡状态化学平衡常数【复习目标】1.会用复合判据判断反应进行的方向。2.了解化学反应的可逆性的特点。3.掌握化学平衡状态的建立及特征。4.了解平衡常数的概念及意义。考点一化学反应的方向归纳整合夯实必备知识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。2 .熠和炳变的含义(1)熠的含义度量体系混乱程度的物理量，符 号 为 S。燧值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的燃值，同一物质在不同状态下场值也不同，一般规律是S(g)S 2 S(s)。燧变的含义S=S(生成物)一S(反应物)。化学反应的A S 越大，越有利于反应自发进行。3 .判断化学反应方向的判据G=H-T S G 0 时，反应不能自发进行。r 易错辨析1 .在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向()2 .能自发进行的反应一定能迅速发生()3 .因为蛤变和炳变都与反应的自发性有关，因此婚变或炳变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据()答案 l.X 2.X 3.X专项突破提升关键能力1 .下 列 有 关 说 法 不 正 确 的 是(填 字 母)。A.C 3 H 6(g)+N H 3(g)+|0 2(g)=C 3 H 3 N(g)+3 H 2 O(g)=-5 1 5 k J m o r1 和 C3H6(g)+O2(g)=C3 H 4 0(g)+H 2 0E.反应S i O 2(s)+2 C(s)=S i(s)+2 C O(g)只能在高温下自发进行，则该反应的 ()F.反 应 B a S C)4(s)+4 C(s)=B a S +4 C 0(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的，()G.一定温度下，反应 M g C W)=M g(l)+C 1 2(g)的 A H 0，A S 0答 案 D2.已知在l O O k Pa、2 9 8.1 5 K时，石灰石发生分解反应：C a C O3(s)=C a O(s)+C O2(g)A/=+1 7 8.3 k J-m ol-1 A 5=+1 6 0.4 J-m or -K1,则 该反应(填“能”或“不能”)正向自发进行。(2)若温度能决定反应方向，则 该 反 应 正 向 自 发 进 行 的 最 低 温 度 为。答 案 不 能(2)1 I I 1.6 K解析(l)A G=A/7-7 A S=1 7 8.3 k J-m oF -2 9 8.1 5 K X 1 6 0.4 X 1 0 3 k J m or -K-1 1 3 0.5 k J.m ol-|0,所以该反应不能正向自发进行。(2)根据时，反应可正向自发进行，则有7 函 p1 1 1 1.6 K。考点二可逆反应与化学平衡建立归纳整合夯实必备知识1.可逆反应概念在同一条件下，既能向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的反应特占三同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行；c.反应物与生成物同时存在一小：反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小王1 0 0%2.化学平衡状态概念一定条件下的可逆反应中，当正反应和逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变的状态。(2)建立从正反应开始建立 从逆反应开始建立（3）平衡特点 可逆反应 化学平衡是一种动态平衡，-0 正三u逆/）_ 反应物和生成物的质量（或浓度、物质的量、体积分数）保持不变强 条件改变，平衡状态可能改变，新条件下区 建立新的平衡状态3.判断化学平衡状态的两种方法（1）动态标志：。正=0迪#0同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如 a A+b B c C+d D,曳 然=菅时，。逆（B）o反应达到平衡状态。（2）静态标志：“变量”不变在未达到平衡时不断变化、在达到平衡时不再发生变化的各种物理量（如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等），如果不再发生变化，即达到平衡状态。可简单总结为“正逆相等，变量不变”。r 易错辨析1 .反应 2 Na H C O3=Na 2 C O3+C O2 t +H2O.Na 2 c o 3+C C）2+H 2 O=2 N a H C O 3 互为可逆反应（）2 .化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度或百分含量相等（）3 .在 1 L的密闭容器中发生反应：2 NO（g）+O2（g）2 NO2（g）,当容器中气体的颜色保持不变时，说明反应已达到平衡状态（）4 .对于反应H 2（g）+L（g）2 H I（g）,当压强不变时，反应达到平衡状态（）5 .恒温恒容下进行的可逆反应：2 SO2（g）+O 2（g）2 s 0 3（g）,当SO3 的生成速率与SO2 的消耗速率相等时，反应达到平衡状态（）6 .在一定条件下，向密闭容器中充入1 mo l N2 和 3 mo i H?充分反应，生成2 mo i NH 3（）答案 l.X 2.X 3.V 4.X 5.X 6.X专项突破提升关键能力1.在密闭容器中进行反应：X2(g)+Y2(g)2Z(g),已知X2、Y2、Z 的起始浓度分别为0.1 mol-L 0.3 mol-L-1.0.2m ol-L-,在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()A.Z 为 0.3m olLrB.Y2为 0.4mol-L 1C.X2 为 O Z m olLD.Z 为 0.4mol-L-i答 案 A2.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：混合气体的压强；混合气体的密度；混合气体的总物质的量；混合气体的平均相对分子质量；混合气体的颜色；各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；某种气体的百分含量能说明2so2(g)+O2(g)2so3(g)达 到 平 衡 状 态 的 是(填 序 号，下同)。(2)能说明I2(g)+H2(g)2Hl(g)达到平衡状态的是。(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是 o(4)能说明C(s)+CO2(g)2co(g)达到平衡状态的是 o(5)能说明NH2COONH4(S)2NH3(g)+CCh(g)达到平衡状态的是。(6)能说明5CO(g)+l2O5(s)5co2(g)+L(s)达到平衡状态的是。答 案(1)(2)(3)(4)(5)(6)3.若上述题目中的(1)(4)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？(1)。(2)。(3)o (4)。答 案(I)(2)(3)(4)4.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)催化於2CO2(g)+N2(g)”C(H 2)C(H2O)0/(H+)&c(Fe3+)3 .影响因素K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。4 .平衡常数意义及应用(1)判断可逆反应进行的程度KCI O-I O-()5 105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向对于化学反应”A(g)+g(g)c C(g)+t/D(g)的任意状态，浓度商：2=L LQ K,反应向逆反应方向进行。(3)判断可逆反应的热效应升高温度-K增大-K减小-正反应为吸热反应-正反应为放热反应K增大K减小正反应为放热反应正反应为吸热反应|降低温度一r易错辨析i .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()3 .对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大()4 .一个可逆反应的正反应K歪与逆反应K连相等()5 .平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动()6 .化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度()答案 l.X 2.X 3.X 4.X 5.X 6.V专项突破提升关键能力一、化学平衡常数的含义及应用1 .0 3 是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点，0 3 可溶于水，在水中易分解，产生的 0 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。己知常温常压下发生的反应如下：反应。3 02+0 A/7 0,平衡常数为K(反应进行的程度较小)反应 0|+。3 2 02 A H 0,平衡常数为K 2(反应进行的程度较大)总反应：2 0 3 3 O2 A H C(H 2)=C(C O)H 2 O),此时的温度为；在此温度下,若该容器中含有 1 m o l 82、1.2 m o l H2 0.7 5 m o l C O、1.5 m o l H2O,则 此 时 反 应 所 处 的 状 态 为(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。答 案(1)正 反 应(2)8 50 C 向正反应方向进行中解 析(1)由表格数据可知，随着温度升高，平衡常数增大，化学平衡向正反应方向移动。(2)C(CO2)-C(H2)=C(CO)-C(H2O),则 计 算 出K=1.0,即 此 时 温 度 为 8 50 ,此温度下C(C O)C(H 2 O)_0.7 5X 1.5C(C O 2)C(H2)=1 X1.2 ”或(3)50 0 时测得反应在某时亥I H 2(g)、C O2(g)，C H 30 H(g)、山0 色)的浓度(m oL L f)分别为0.8、0.1、0.3、0.1 5,则此时。正 _ u 逆(填=或)。答 案(l)KiK 解 析 K 尸&C H 3O H)C2(H2)-C(C O),_C(C O)C(H2O)2 C(H2)C(C O2),_C(H2O)C(C H3O H)L C3(H2)-C(C O2)，K 3=K K 2。根据K 3=K-K 2,5O O 、80 0 时，反应的平衡常数分别为2.5、0.37 5;升温，K减小,平衡左移，正反应为放热反应，所以A H V 0。(3)50 0 时，&=2.5,C(CH3OHC(H2O)_ 0.3XO15Q=C3(H2)C(CO2)=0.83X0.1QO.88VK3故反应正向进行，V J.v i t i,归纳总结化学平衡常数与方程式书写形式的关系(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或1倍，则化学平衡常数变为原来的次早或:次森。(3)两方程式相加得到新的方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。真题演练明确考向1.(2020北京，10)一定温度下，反应b(g)+H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(l2):=0.11 mmol-L c(HI)=0.78 mmol-L 相同温度下，按下列4 组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是()ABCDc(l2)/(mmol-L)1.000.220.440.11c(H2)/(mmol-L*)1.000.220.440.44c(HI)/(mmolL-1)1.001.564.001.56(注：1 mmol-L =10 3 mol-L)答 案 C解析 题目中缺少以山)，无法计算K,则不能通过Q 与 K 的关系判断平衡的移动方向，但可比较4 个选项中。的大小关系，。越大，则可能逆向移动。e(A)=_L00L_=12 c 1.00X1.00,Q(B)=0.22XO.22 合4.002。=0.44*0.44182.64,。)=0.44X0.11)50.28,Q(C)的值最大，答案为C。2.2021湖南，16(1)(2)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方 法 I.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N=NHHNH键能 E/CkJ-mol-1)946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和 H2。回答下列问题:反应 2NH3(g)N2(g)+3H2(g)H=kJ-mol已知该反应的AS=198.9J-mo K r,在下列哪些温度下反应能自发进行？_(填字母)。A.25 B.125 C.225 D.325 答 案(1)+90.8(2)CD解析 根据反应热=反应物的总键能一生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)=390.8 kJ-mol-1 X 3X 2-(946 kJ-mor+436.0 kJ-moF1 X 3)=+90.8 kJ-moFo*一 .,4 .90.8 X 103 J m o l1,上._ _(2)若反应自发进行，则需 4-TAS0,产456.5 K,即温度应高于J 1 yo.y J,mOl-K(456.5-273)=183.5 C。3.2017全国卷HI,28(4)298K 时,20mL3%mol-L 1 Na3AsO3s 20mL3xmol L-112 20mL NaOH 溶液混合，发生反应：AsOF(aq)+h(aq)+2OH(aq)AsO厂(aq)+2(aq)+H2O(1)溶液中c(AsO7)与反应时间的关系如图所示。7qoE)/(osx.vr/min 下 列 可 判 断 反 应 达 到 平 衡 的 是(填 字 母)。a.溶液的pH 不再变化b.v(I)=2V(ASO Dc.c(AsO?-)/c(As()r)不再变化d.c(I)y mol-L 1fm时，。正 _ _ _ _ _IM 填“大于”“小于”或“等于”)。fm时。逆 G时。逆(填“大于”“小于”或“等于 ),理由是。若平衡时溶液的PH=1 4,则该反应的平衡常数K 为 o答 案 a c 大 于 小 于 fm时生成物浓度 较 低 厂、(x-y y4.2019全国卷 I,28(1)(2)水煤气变换 CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(l)Shibata曾做过下列实验：使 纯 缓 慢 地 通 过 处 于 721 C下的过量氧化钻C oO(s),氧化钻部分被还原为金属钻C o(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。在同一温度下用CO还原C oO(s),平衡后气体中C O 的物质的量分数为0.019 2。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为 Co(s)的倾向是CO HK填“大于”或“小于”)。(2)721 时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和 H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中小 的物质的量分数为(填字母)。A.0.50,C(H2O)1 -0.025 0Co(s)+H2O(g)(i)K=4 出)=0.025()C。+C O 2(g)(i i)_ c(CO2)_ 1-0.019 2K 2 C(CO)-0.019 25 1.08o相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故 CO还原氧化钻的倾向大于H2。第(1)问 和 第 问 的 温 度 相 同，且 KI K 2,利 用 盖 斯 定 律，由(ii)一 得 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K笔通过列“三段式”计算得出答案。课时精练一、选择题：每小题只有一个选项符合题目要求。1.(2022河南模拟)已知碳酸钙的分解CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)AHi仅在高温下自发进行；氯酸钾的分解2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)生在任何温度下都自发进行，下面有几组培变数据，其中可能正确的是()A.A/7,=-178.32 kJ-mol-A/2=-7 8.3 kJ-moP1B.Ai=+178.32 kJ-mol_1 A/2=-7 8.3 kJ moF1C.=-178.32 kJ-mol_1 A“2=+78.3 kJ-moD.AW,=+178.32 kJ-mol1 A/72=+78.3 kJ-mol1答 案 B2.一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若 X、Y、Z 的起始浓度分别为a、C2、C 3(均不为零)，达到平衡时，X,Y、Z 的浓度分别为0.1 m o ll/i、0.3 mol-L 0.08 mol-L-|,则下列判断正确的是()A.c C23:1B.平衡时，Y 和 Z 的生成速率之比为2：3C.X、Y 的转化率不相等D.a 的取值范围为O V cV。14 moiL 1答 案 D解析 平衡浓度之比为1 :3,转化浓度之比亦为1 ：3,故 ci:。2=1：3,A、C 不正确；平衡时Y 生成表示逆反应速率，Z 生成表示正反应速率且。土 成(Y)：。生 成(Z)=3：2,B 不正确；由可逆反应的特点可知0 0.14 mol-L_1,D 正确。3.在一定温度下，向 2 L 固定容积的密闭容器中通入1 mol CO?、3 mol H2,发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)A/bB.增大压强，平衡状态II不移动c.升高温度平衡状态m 向正反应方向移动D.反应n、in均为放热反应答 案 c解析 由 1 +11=10,得 K 3=K-K 2,则 a2,bb,A 项正确；II是等体反应，增大压强，平衡不移动，B 项正确；由 a2,b 可知，随温度升高，及、感 均减小，故反应H、in均为放热反应，D项正确；升温时，平衡状态n i向逆反应方向移动，c 项错误。7.某可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)H,在某温度下的平衡常数为K(KW 1),反应热为保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则 ，和 K 数值的相应变化为()A.写成 2aA(g)+2 B(g)2cC(g),从 K 均扩大了一倍B.写成 24A(g)+26B(g)2cC(g),AH扩大了一倍，K 保持不变C.写成cC(g)aA(g)+/?B(g),AH、K 变为原来的相反数D.写成cC(g)aA(g)+bB(g),”变为原来的相反数，K 变为原来的倒数答 案 D解析 A、B 项 A 扩大一倍，但平衡常数变为原来的平方；C、D 项中AH变为原来的相反数，K 变为原来的倒数。8.一定温度下，在一个容积为1 L 的密闭容器中充入1 mol H2(g)和 1 mol L(g)，发生反应H2(g)+I2(g)2H I(g),经充分反应达到平衡后，生成的HI(g)占气体体积的5 0%,该温度下，在另一个容积为2 L 的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g)|H2(g)+1l2(g)o下列判断正确的是()A.反应的平衡常数为1B.反应的平衡常数为0.5C.反应达到平衡时，出 的平衡浓度为0.25 molL iD.反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5molL答 案 B解析 反应达到平衡时，c(H2)=c(l2)=0.5 mol-L-1,c(HI)=1 molL-1,则平衡常数K尸j.(HI)12(L)i/Tj ZTs xn s=4,而反应的平衡常数K?=：、=b=0 5 A 项错误，C(H2)C(1 2)0.5 X 0.5 HI)7 KlB 项正确；设反应达平衡时c(H2)=xm o卜 二 I则平衡时c(l2)=x m o lL r,c(HI)=iX2.x2(0.5-2x)mol-L_ 1,K2=-=0.5,解得 x=0.1 2 5,故平衡时 c(HI)=0.25 moLL，C、0.5-2 xD 项错误。9.可逆反应：2SCh(g)+O2(g)2so3(g)达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的0 2,下列说法正确的是(K 为平衡常数，。为浓度商)()A.0 变小，K 不变，Ch转化率减小B.。不变，K 变大，SO2转化率减小C.。不变，K 变大，Ch转化率增大D.Q 增大，K 不变，SO2转化率增大答 案 A解析 当可逆反应2sCh(g)+O2(g)2so3(g)达到平衡状态时，保持恒温恒容向容器中加入一定量的。2,氧气的浓度增大，浓度商Q 变小，平衡向右移动，氧气转化率减小，平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，故 A 正确。二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题目要求。1 0.在容积一定的密闭容器中，置入一定量的一氧化氮和足量碳发生化学反应：C(s)+2N0(g)CO2(g)+N2(g),平 衡 时 c(NO)与 温 度T的关系如图所示，则下列说法正确的是()A.该反应的AH0B.若该反应在、72时的平衡常数分别为K、KI，则 代PBD.在不时，若反应体系处于状态D,则此时。正逆答 案 AD解 析 升高温度，NO 的浓度增大，说明平衡左移，则该反应的”(),故 A 正确；A/7K2,故 B错误；反应中气体物质的量不变，压强与温度有关，温度越高压强越大，则PCPD=PB,故 C错误；在 乃 时，若反应体系处于状态D,达到平衡时NO的浓度要减小，反应正向进行，则此时。逆，故 D正确。1 1.7 时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)+B(g)C(s)A H。i sD.在 8 0 达到平衡时,测得(CO)=0.3 m o l,则 N i(CO)4 的平衡浓度为2 m o i L 答 案 BD解析 温度升高，平衡常数减小，故该反应为放热反应，A 项错误：2 5 C时，逆反应的平衡常数 K =5 X11 04=2 X 1 0 5,B 项正确；8 0 时，若 N i(CO)4、C O 的浓度均为 0.5 m。卜L-1,则 2=c4(0=d=8 K,C 项错误；8 0 达到平衡时 若(c o)=0.3 m o l,c(CO)=l m o l-L-1,故 c N i(CO)4 =K-c 4(CO)=2 X d m o l L-=2 m o l-L r,D 项正确。1 3 .化学平衡常数K的大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数如下：2 N 0(g)N2(g)+O2(g)K=1 X I O3 02 H2(g)+C)2(g)2 H2O(1)K z=2 X 心 12 CO2(g)2 CO(g)+O2(g)M=4X 1 0-9 2以下说法正确的是()A.常温下，NO分解生成0 2 的反应的平衡常数表达式为K=C(N2C(O2)B.常温下，水分解生成0 2,此时平衡常数约为5 X 1 0-8 C.常温下，N O、H2 O、CO 2 三种化合物分解放出O 2 的倾向由大到小的顺序为N O H2 O CO 2D.以上说法都不正确答 案 C解析 K 的表达式应为K 尸或 湍 盗2)；常温下，水分解生成0 2 是 H2 和 0 2 化合生成H20的逆反应，因此其平衡常数应为七的倒数，为 5 X 1 0-8 2：由于三个反应都在常温下进行，根据 K的大小可以得出三种化合物分解放出0 2 的倾向由大到小的顺序为NOH2OCO2O1 4 .(2 0 2 2 保定模拟)将2 m o l CH g)和 5 m o l 氏0 包)通入一密闭容器中，发生反应：C H4(g)+H2O(g)CO(g)+3 H2(g)CH g)的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，下列有关平衡常数的判断正确的是()CH1 的平衡转化率 Pl/0A/B温度/七A.KAKB=KCKDB.KAKB=KCKC=KDD.KA=KBKC=KD答 案 B解析 由图可知B、C 点温度相同，则平衡常数相同，即KB=KC,压强为pi时，A 点到C点随着温度升高，C H,的平衡转化率增大，则说明平衡正向移动，平衡常数也增大，所以KAKC,同理压强为P 2 时，B 点到D点随着温度升高，CH4 的平衡转化率增大，则说明平衡正向移动，平衡常数也增大，所以KBKD,则平衡常数的大小关系为KAKB=KCKD。