2021版新高考化学一轮复习第6章化学反应的速率限度与方向第3节化学反应的方向化学平衡常数教学案.doc

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1、第3节化学反应的方向化学平衡常数课标解读要点网络1.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。2能正确计算反应的平衡转化率()。3了解化学反应进行的方向判断。 化学反应进行的方向1自发过程(1)含义在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。2自发反应在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的反应称为自发反应。注意：自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常

2、温下不一定燃烧。3熵与熵变(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。(2)熵变：SS(反应产物)S(反应物)。(3)常见的熵增过程同一种物质由固态到液态再到气态：S(g)S(l)S(s)。反应后气体物质的量增加的反应。固体参加生成气体的反应，如C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)。4化学反应方向的判定(1)判据 (2)一般规律H0的反应任何温度下都能自发进行；H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当H0，S0，S0时，高温下反应能自发进行。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的

3、气体物质的系数大小。(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行。()(2)CaCO3CaOCO2高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。()(3)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。()(4)2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0，在任何温度下均能自发进行。()(5)H0，S0CA项，反应的自发进行与反应的可能发生不是一致的；B项，自发的化学反应是指不受外力作用能发生的反应，石墨转化为金刚石需在高压条件下进行，该反应不是自发的反应；D项，低温时能自发的反应为H0。2反应2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的H

4、、S应为()AH0BH0，S0，S0 DH0，S0E反应NH3(g)HCl (g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0FCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0、S0答案DF4(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO2CO2CO2N2。反应能够自发进行，则反应的H_0(填“”“0，不能实现。(

5、2)该反应为熵减反应，能自发进行说明H0。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)105时就认为反应完全，当K105时认为反应很难进行。2平衡常数的影响因素对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。(1)对于吸热反应，升高温度，K值增大。(2)对于放热反应，升高温度，K值减小。注意：即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律；平衡常数改变，平衡一定移动，温度一定改变。(1)可逆反应2A(s)B(g)2C(g)3D(g)的平衡常数为K。()(2)可逆反应的正

6、、逆两反应方向的H与K互为相反数。()(3)对于N2(g)3H2(g)2NH3H”或“(3)正反应0.1 molL1命题点1化学平衡常数及其应用1T 时可逆反应mA(g)nB(s)pC(g)的平衡常数为K，下列说法中正确的是 ()AK值越大，表明该反应越有利于C的生成，反应物的转化率越大B若缩小反应器的容积，能使平衡正向移动，则K增大CKD如果mnp，则K1答案A2(2019西安市铁一中学质检)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。常温常压下发生的反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32

7、O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2Hv逆ADA项，化学平衡常数只受温度的影响，根据表格中数据，随着温度的升高，平衡常数减小，因此正反应是放热反应，故正确；B项，Ni(s)4CO(g)Ni(CO)4(g)，化学平衡常数的表达式为K1，Ni(CO)4(g)Ni(s)4CO(g)，化学平衡常数的表达式为K2，K2 mol3L3 mol3L32105 mol3L3，故错误；C项，化学平衡常数为 L3mol38 L3mol32 L3mol3，因此温度低于80 ，故错误；D项，此时Qc L3mol31 L3mol3v逆，故正确。化学平衡常数的两大应用(1)判断可逆反应的反应热。升高温度降低温度(

8、2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应方向。(Qc与K的表达式相同)命题点2“三段式”突破K、的有关计算典例导航(2017全国卷，节选)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。(1)H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0。(填“”“(3)B(1)610 K时，CO2的平衡转化率为_，比H2S的平衡转化率_。(2)6

9、10 K时，2H2S(g)2CO2(g)2COS(g)2H2O(g)的平衡常数K与K的关系为_。(3)620 K时，化学平衡常数K约为_，比610 K时的平衡常数K_。答案(1)10%大(2)KK2(3)6.9103大“三段式”突破化学平衡的综合计算模板已知反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a molL1、b molL1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL1。 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) a b 0 0 mx nx px qx amx bnx px qx相关计算：平衡常数：K。A的平衡转化率：(A)平100%。A的物质的量分

10、数(或气体A的体积分数)：w(A)100%。v(A)。混合气体的平均密度：混。注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。4某温度下，2 L密闭容器中，使CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)中的所有物质均为气态，反应过程中部分数据见下表。反应时间n(CO2) /moln(H2)/moln(CH3OH) /moln(H2O)/mol0 min260010 min4.520 min130 min1(1)前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)_ mol/(Lmin)。(2)该温度下，该反应的平衡常数为_。(3)在相同条件下，向另一个容积为

11、2 L的密闭容器中充入CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量分别为a mol、b mol、c mol、d mol，要使两容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则d的取值范围为_。解析(1)10 min内消耗1.5 mol H2，则v(H2)0.075 mol/(Lmin)，根据系数的关系可知v(CH3OH)v(H2)0.025 mol/(Lmin)。(2)根据表格中数据并结合三段式法可知20 min时反应已达到平衡状态，平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的浓度分别为0.5 molL1、1.5 molL1、0.5 molL1和0.5 molL1，则平衡常数K L2mol2 L2m

12、ol2。(3)根据另一容器达到的平衡与原平衡为等效平衡，且起始时反应逆向进行，可知d应大于1，根据系数进行转换，可知H2O的最大量为2 mol，即d应满足的范围是1d2。答案(1)0.025(2) L2mol2(3)1d25(2019甘肃名校联考)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向2 L密闭容器中加入足量的活性炭和2.0 mol NO，发生反应C(s)2NO(g)N2(g)CO2(g)H0。在600 K时，测得反应进行到不同时间各物质的浓度如图所示。(1)1020 min内，用活性炭表示的平均反应速率为_ gmin1。600 K时，该反应的平衡常数K_，NO的平衡转化率_。(2)30

13、 min时，只改变了一个条件，该条件可能为_。(3)保持反应条件与前30 min的相同，若第30 min时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO，则此时v正_(填“大于”“小于”“等于”或“无法确定”)v逆。解析(1)由图可知1020 min内，c(NO)(0.680.5) molL10.18 molL1，n(NO)0.18 molL12 L0.36 mol，故1020 min内，n(C)0.18 mol，m(C)0.18 mol12 gmol12.16 g，故v(C)0.216 gmin1。由图可以看出，20 min至30 min内，反应处于平衡状态，NO0.5 molL1，N2

14、CO20.25 molL1，故该温度下反应的平衡常数K0.25。(NO)100%50%。(2)该反应为反应前后气体分子数不变的反应，结合30 min至50 min的曲线图，可知改变的条件是压缩容器体积(增加压强)。(3)若30 min 时向容器中同时加入1 mol N2和1 mol NO，反应的浓度商Qc0.187 5v逆。答案(1)0.2160.2550%(2)压缩容器体积(3)大于命题点3平衡常数与速率常数的关系6(2019开封一模)升高温度，绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应速率却随着温度的升高而减小。查阅资料知：2NO(g)O2(g)2NO2(g

15、)的反应历程分两步：.2NO(g)N2O2(g)(快)H10v1正k1正c2(NO)v1逆k1逆c(N2O2).N2O2(g)O2(g)2NO2(g)(慢)H263.1 kPa。(2)恒温恒容反应器，物质的量之比等于压强之比，可用分压表示组分的物质的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O535.8 kPa，其完全分解时pN2O435.8 kPa，pO217.9 kPa，设25 平衡时N2O4转化了x，则N2O4(g) 2NO2(g)平衡 35.8 kPax 2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa，解得x9.4 kPa。然后求pN2O4和pNO2最后代入Kp。答案

16、(1)大于温度升高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，气体物质的量增加，总压强提高(2)13.4(1)25 时2NO2(g)N2O4(g)的Kp为_。(2)对于N2O4(g)2NO2(g)反应达到平衡时Kp(35 )_ Kp(25 )(填“”“1一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)CO2(g)2CO(g)H173 kJmol1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题：(1)650 时CO2的平衡转化率为_。(2)t1 时平衡常数Kp_ kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)；该温度下

17、达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_。解析(1)C(s)CO2(g)2CO(g)起始 a mol 0n x mol 2x mol平衡 (ax) mol 2x mol100%40%x，故(CO2)100%25%。(2)t1时CO与CO2的体积分数相等，均为0.5，Kp0.5p。再充入等物质的量的CO和CO2时，二者的体积分数不变，平衡不移动。答案(1)25%(2)0.5p不再充入等物质的量的CO和CO2，平衡体系中二者的体积分数仍相同，平衡不移动2(2019巴蜀名校联考)已知CO(g)2H2(g)CH3OH(g)，在恒容密闭容器中以加

18、入CO和H2合成甲醇，测得起始压强p0102 kPa。CO的平衡转化率(CO)随温度的变化曲线如图所示，R点时反应的平衡常数KR_(kPa)2(用平衡分压代替平衡浓度计算，p分p总物质的量分数)，R、P两点平衡常数大小：KR_(填“”“”或“Kp。答案3(2019银川一模)T1 时，在刚性反应器中投料比为13的NO(g)与O2(g)反应，其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t时，NO(g)完全反应。t/min04080160260700p/kPa32.830.729.929.429.228.826.9(1)NO(g)与O2(g)合成的反应速率v

19、4.2102p2(NO) p(O2)(kPamin1)，t42 min时，测得体系中p(O2)22.4 kPa，则此时的v_ kPamin1(计算结果保留1位小数)。(2)若降低反应温度至T2 ，则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p(T2 )_(填“大于”“等于”或“小于”)26.9 kPa，原因是_。(已知：2NO2(g)N2O4(g)H0。某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生上述反应，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_，该反应的平衡常数Kp_Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有_(填标号)。A通入惰性气体B提高温

20、度C增加环戊烯浓度 D增加碘浓度解析设碘和环戊烯的物质的量均为1 mol，达平衡时转化的物质的量为x mol，由题意得： (g)I2(g)(g)2HI(g)初始物质的量/mol 1 1 0 0转化物质的量/mol x x x 2x平衡物质的量/mol 1x 1x x 2x平衡时，容器内气体总物质的量为(2x) mol，则有100%20%，解得x0.4。则环戊烯的转化率为100%40%；总压强为105 Pa(120%)1.2105 Pa。因此各种气体的分压为p()1.2105 Pa0.3105 Pa，p(I2)1.2105 Pa0.3105 Pa，p()1.2105 Pa0.2105 Pa，p(

21、HI)1.2105 Pa0.4105 Pa。反应的平衡常数Kp3.56104 Pa。欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。答案40%3.56104BD2(2018全国卷，T27)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO

22、(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A高温低压B低温高压 C高温高压 D低温低压 某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加C