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第三節
化學平衡常數及計算
化學反應進行的方向
第七章
化學反應速率與化學平衡
課標要求 核心素養
1.能用ΔH－TΔS 說明
化學反應的方向。
2.了解化學平衡常數
(K)的含義，能利用化
學平衡常數進行相關
計算。 1.宏觀辨識與微觀探析：了解平衡圖像及應用。了解
反應的自發性和熵的定義及應用。
2.變化觀念與平衡思想：初步了解焓變和熵變對化學
反應方向的影響，能用焓變和熵變說明化學反應進行
的方向。
3.證據推理與模型認知：準確把握平衡的基本特征，
根據平衡常數的定義準確書寫平衡常數表達式。
[目標導航]
[自主測評]
1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。
(1)同種物質氣態時熵值最大。(
)
(2)－10 ℃的水結成冰，可用熵變的判據來解釋反應的自發
性。(
)
(3)對于某一可逆反應，升高溫度則化學平衡常數一定變大。
(
)
(4)平衡常數發生變化，化學平衡必定發生移動。(
)
(5)反應 A(g)＋3B(g)
2C(g)達到平衡后，溫度不變，增大
壓強，平衡正向移動，平衡常數增大。(
)
答案：(1)√
(2)×
(3)×
錯因：應該用焓變來解釋。
錯因：升高溫度，吸熱方向的化學平衡常數增大，放
熱方向的化學平衡常數減小。
(4)√
(5)×
錯因：化學平衡常數只受溫度影響。
2.將 1 mol N2O5 置于 2 L 密閉容器中，在一定溫度下發生下列
反應：①2N2O5(g)
2N2O4(g)＋O2(g)；②N2O4(g)
2NO2(g)。
達到平衡時，c(O2)＝0.2 mol·L-1，c(NO2)＝0.6 mol·L-1，則此溫度
下反應①的平衡常數為(
)
A.3.2
B.0.2
C.
1
180
D.
4
45
答案：B
3.25 ℃和1.01×105 Pa時，反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋56.7 kJ·mol-1 能自發進行，其原因是__________________。
解析：根據熵判據，該反應是熵增反應，能自發進行；根據
焓判據，該反應是吸熱反應，不能自發進行。事實上該反應能自
發進行，說明熵增效應大于能量效應。
答案：熵增效應大于能量效應
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-羥基丁酸(HOCH2CH2CH2COOH)生成γ-丁內酯(
)
的反應如下：
在 25 ℃時，溶液中γ-羥基丁酸的初始濃度為 0.180 mol·L-1，
隨著反應的進行，測得γ-丁內酯的濃度隨時間的變化如下表所示。
請填寫下列空白。
(1)在 50～80 min 內，以γ-丁內酯的濃度變化表示的反應速率
為______mol·L-1·min-1。
(2)在 120 min 時，γ-羥基丁酸的轉化率為________。
(3)在 25 ℃時，該反應的平衡常數為 K＝________。
(4)為提高平衡時γ-羥基丁酸的轉化率，除適當控制反應溫度
外，還可采取的措施是______________________________。
答案：(1)7×10-4 (2)50% (3)2.75 (4)將γ-丁內酯移走
考點一 化學平衡常數
1.濃度商和化學平衡常數(固體或液體純物質一般不列入濃度
商和平衡常數)
(1)對于一般的可逆反應：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，
濃度商
(2)當該反應在一定溫度下達到化學平衡時，c(A)、c(B)、c(C)
數，簡稱____________。
平衡常數
2.化學平衡常數的影響因素
(1)化學平衡常數是表明化學反應限度的一個特征值，通常情
況下只受溫度影響。
(2)當反應中有關物質的濃度商等于平衡常數時，表明反應達
到限度，即達到化學平衡狀態。
②Fe3+(aq)＋3H2O(l)
Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常數表
3.化學平衡常數表達式
(1)表達式：對于反應 mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，K＝
______________。
(2)應用示例：①C(s)＋H2O(g)
表達式 K＝____________。
CO(g)＋H2(g)的平衡常數
達式 K＝__________。
4.化學平衡常數的意義
越大
越大
越大
通常，K 越大，說明平衡體系中生成物所占的比例______，
正反應進行的程度______，即該反應進行得越完全，平衡時反應
物的轉化率______。
考點二 化學反應進行的方向
1.自發反應
在一定條件下無需外界幫助就能自發進行的反應稱為自發反
應。
注意：自發反應是化學反應，水蒸氣冷凝得到液態水屬于自
發過程，但不是自發反應。
2.熵和熵變
(1)熵是衡量一個體系混亂程度的物理量。用符號 S 表示。
(2)熵變是反應前后體系熵的變化，用ΔS 表示，化學反應的
ΔS越大，越有利于反應自發進行。
3.判斷化學反應進行的方向
<
>
>
＝
<
對于一個特定的氣相反應，熵變的大小取決于反應前后的氣
體物質的化學計量數大??；若反應后氣體的化學計量數變大，則
ΔS＞0，反之，則ΔS＜0。
考點三 有關化學平衡的計算——“三段式法”
“三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。
解題時，要注意準確地列出起始量、轉化量、平衡量，按題目要
求進行計算，同時還要注意單位的統一。
(1)分析三個量：起始量、轉化量、平衡量。
(2)明確三個關系
①對于同一反應物，起始量－轉化量＝平衡量。
②對于同一生成物，起始量＋轉化量＝平衡量。
③各物質的轉化量之比等于各物質的化學計量數之比。
(3)計算模式
對以下反應：mA(g)＋nB(g)
pC(g)＋qD(g)，令 A、B 起始
物質的量(mol)分別為 a、b，達到平衡后，A 的消耗量為 mx mol，
容器容積為 V L。
mA(g) ＋ nB(g)
pC(g)＋qD(g)
起始/mol
變化/mol
平衡/mol
a
mx
a－mx
b
nx
b－nx
0
px
px
0
qx
qx
則有①平衡常數：
⑦混合氣體的平均摩爾質量：
⑧生成物的產率：實際產量(指生成物)占理論產量的百分數。
一般來講，轉化率越大，原料利用率越高，產率越大。
考向 1 化學平衡常數及應用
1.(2023 年天津模擬)某溫度下，發生反應 N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，N2的平衡轉化率(α)與體系總壓強
(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是(
)
A.將1 mol N2和3 mol H2置于1 L密閉容器中發生反應，放出的熱量小于92.4 kJ
B.平衡狀態由A到B時，平衡常數K(A)C.上述反應在達到平衡后，增大壓強，NH3的產率減小
D.反應建立平衡后分離出部分NH3時，濃度商Q大于平衡常數K
解析：該反應為可逆反應，加入的 1 mol N2 和 3 mol H2 不可
能完全反應生成 2 mol NH3，所以反應放出的熱量小于92.4 kJ，A
正確；從狀態 A 到狀態 B，改變的是壓強，溫度未發生變化，所
以平衡常數不變，K(A)＝K(B)，B 錯誤；該反應是反應前后氣體分
子數減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，NH3 的產率
增大，C 錯誤；反應建立平衡后分離出部分 NH3 時，生成物的濃
度減小所以濃度商 Q 小于平衡常數 K，D 錯誤。
答案：A
2.(2023 年北京四中模擬)向一容積可變的密閉容器中充入等
物質的量的 A、B，發生反應：2A(g)＋2B(g)
3C(s)＋4D(g)。
在不同壓強下，該反應平衡常數隨溫度變化如表所示。下列判斷
正確的是(
)
平衡常數 壓強/Mpa
1.0 1.5 2.0
溫度/℃ 300 a b 16
516 c 64 d
800 160 f g
A.c＞a，g＞f
B.正反應是放熱反應
C.2.0 MPa、800 ℃時，A 的轉化率最小
D.1.5 MPa、300 ℃時，B 的轉化率為 50%
解析：平衡常數只與溫度相關，溫度不變，K 不變，所以
g＝f，A 錯誤；由表格中的數據可知，平衡常數隨溫度升高而增大，
升溫平衡正向移動，正反應是吸熱反應，B 錯誤；因為正反應為
吸熱反應，所以 800 ℃、相同壓強時，A 的轉化率最大，而反應
前后氣體的分子數相等，所以 800 ℃時，三種壓強下的 A 的轉化
率都相同，C 錯誤；1.5 MPa、300 ℃時，平衡常數 b＝16，設平衡
時體積為 V，B 的物質的量的變化量為 x，則達平衡時，A、B、D
答案：D
K <10-5 10-5～105 >105
反應程度 很難進行 反應可逆 反應接近完全
[方法技巧]化學平衡常數的應用
(1)判斷可逆反應進行的程度。
K 值大，說明反應進行的程度大，反應物的轉化率高；K值
小，說明反應進行的程度小，反應物的轉化率低。
(2)判斷化學反應進行的方向或平衡移動的方向。
根據濃度商(Q)與平衡常數(K)的大小判斷平衡移動的方向：
(3)判斷可逆反應的熱效應。
考向 2 化學平衡常數和平衡轉化率的計算
3.(2023 年廣東卷節選)配合物廣泛存在于自然界，且在生產
和生活中都發揮著重要作用。
(1)R 的衍生物 L 可用于分離稀土。溶液中某稀土離子(用 M
表示)與 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
研究組配制了L起始濃度c0(L)＝0.02 mol·L-1、M與L起始濃
度比 c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反應平衡后測定其核磁共振氫
譜。配體 L 上的某個特征 H 在三個物種 L、ML、ML2 中的化學位
移不同，該特征 H 對應吸收峰的相對峰面積 S(體系中所有特征 H
的總峰面積計為 1)如下表。
【注】核磁共振氫譜中相對峰面積 S 之比等于吸收峰對應 H
的原子數目之比；“<0.01”表示未檢測到。
①c0(M)/c0(L)＝a 時，x＝__________。
②c0(M)/c0(L)＝b 時，平衡濃度比 c平(ML2)∶c平(ML)＝
__________。
(2)研究組用吸收光譜法研究了(1)中M與L反應體系。當c0(L)＝1.0×10-5 mol·L-1時，測得平衡時各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖。c0(M)/c0(L)＝0.51時，計算M的平衡轉化率(寫出計算過程，結果保留兩位有效數字)。
解析：(1)①c0(M)/c0(L)＝a時，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)
含有兩個配體，則 S(ML2)與 S(ML)的濃度比應為 S(ML2)相對峰面
積 S 的一半與 S(ML)的相對峰面積 S 之比，即
答案：(1)①0.36 ②3∶4 或 0.75 (2)98%(計算過程見解析)
4.(2021年廣東卷節選)我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060
年前實現碳中和。CH4 與 CO2 重整是 CO2 利用的研究熱點之一。
該重整反應體系主要涉及以下反應：
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)反應 a、c、e 中，屬于吸熱反應的有______(填字母)。
(2)反應 c 的相對壓力平衡常數表達式為 K ＝____________。
(3) 在圖中 A 點對應溫度下、原料組成為 n(CO2)∶n(CH4) ＝
1∶1、初始總壓為100 kPa 的恒容密閉容器中進行反應，體系達到
平衡時 H2 的分壓為 40 kPa。計算 CH4 的平衡轉化率為________。
答案：(1)ac
(3)68%
[方法技巧]“四步法”突破壓強平衡常數(Kp)的計算
考向 3 化學反應方向的判斷
5.(2023年海口統考)CH4消除NO2的反應為：CH4(g)＋2NO2(g)
N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)　ΔH<0。下列說法正確的是(　　)
A.正反應的活化能大于逆反應的活化能
B.平衡時升高溫度，v正增大，v逆減小
C.平衡常數 K＝
D.該反應在任何溫度下都可自發進行
解析：該反應為放熱反應，正反應的活化能小于逆反應的活
化能，A 錯誤；平衡時升高溫度，正逆反應速率均加快，B 錯誤；
由化學方程式可知平衡常數K＝
，C 錯誤；反
應正向氣體分子數增加，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，與
溫度無關，故反應在任何溫度下都可自發進行，D 正確。
答案：D
6.(2023 年?？诙?一種制取晶體硅的反應為：SiHCl3(g)＋
Si(s)＋3HCl(g)
ΔH＝236.1 kJ·mol-1。下列說法正確的
H2(g)
是(
)
A.該反應在任何條件下均能自發進行
B.其他條件不變，增大壓強，平衡常數 K 減小
C.恒壓下，充入一定量的惰性氣體，平衡向逆反應方向移動
D.總體積一定，當反應體系內混合氣體的密度不再發生變化
時反應到達平衡
衡減壓，平衡正向移動，C錯誤；由公式ρ＝ 可知，總體積一定，
解析：反應吸熱，ΔH＞0，反應正向氣體分子數增大，ΔS＞0，
故高溫時ΔH－TΔS＜0，反應自發，A 錯誤；其他條件不變，增
大壓強，平衡逆向移動，但溫度不變，平衡常數 K 不變，B 錯誤；
恒壓下，充入一定量的惰性氣體，容器體積增大，相當于對原平
當反應體系內混合氣體的密度不再發生變化時，混合氣體的總質
量不變，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，D 正確。
答案：D
[歸納提升]
1.反應能否自發進行需綜合考慮焓變和熵變對反應的影響，復
合判據ΔH－TΔS<0 的反應不一定能夠實際發生，只是指出了在該
條件下化學反應自發進行的趨勢，還要考慮化學反應的快慢問題。
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反應情況
－ ＋ 永遠是負值 在任何溫度下均自發進行
＋ － 永遠是正值 在任何溫度下均非自發進行
＋ ＋ 低溫為正高溫為負 低溫時非自發，高溫時自發
－ － 低溫為負高溫為正 低溫時自發，高溫時非自發
2.焓變、熵變和溫度對化學反應方向的影響。
1.(2022 年江蘇卷)用尿素水解生成的 NH3 催化還原 NO，
是柴油機車輛尾氣凈化的主要方法。反應為4NH3(g)＋O2(g)＋
4NO(g)
4N2(g)＋6H2O(g)，下列說法正確的是(
)
A.上述反應ΔS<0
C.上述反應中消耗 1 mol NH3，轉移電子的數目為 2×6.02×
1023
D.實際應用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣
對空氣的污染程度越小
反應的平衡常數K＝
解析：由化學方程式可知，該反應是一個氣體分子數增大的
反應，即熵增的反應，反應ΔS＞0，A 錯誤；由化學方程式可知，
，B正確；由化學方程式
可知，反應每消耗 4 mol 氨氣，轉移 12 mol 電子，則反應中消耗
1 mol氨氣，轉移電子的數目為3 mol×6.02×1023 mol-1＝3×
6.02×1023，C 錯誤；實際應用中，加入尿素的量越多，尿素水
解生成的氨氣的量也越多，柴油機車輛排放的氨氣對空氣污染程
度增大，D 錯誤。
答案：B
2.(2021 年河北卷)室溫下，某溶液初始時僅溶有 M 和 N 且濃
度相等，同時發生以下兩個反應：①M＋N＝X＋Y；②M＋N＝X
＋Z，反應①的速率可表示為v1＝k1c2(M)，反應②的速率可表示為
v2＝k2c2(M)(k1、k2為速率常數)。反應體系中組分M、Z的濃度隨
時間變化情況如圖，下列說法錯誤的是(
)
A.0～30 min 時間段內，Y 的平均反應速率為 6.67×
10-8 mol·L-1·min-1
B.反應開始后，體系中 Y 和 Z 的濃度之比保持不變
C.如果反應能進行到底，反應結束時 62.5%的 M 轉化為 Z
D.反應①的活化能比反應②的活化能大
的 M 轉化為 Z，C 正確；由以上分析可知，在相同的時間內生成 Z 較
多、生成 Y 較少，因此，反應①的化學反應速率較小，在同一體系中，
活化能較小的化學反應速率較快，故反應①的活化能比反應②的活化
能大，D 正確。
答案：A
該溫度下，剛性密閉容器中放入 NH4HCO3 和 Na2CO3 固體，
)
平衡后以上 3 種固體均大量存在。下列說法錯誤的是(
A.反應 2 的平衡常數為 4×106 Pa2
B.通入 NH3，再次平衡后，總壓強增大
C.平衡后總壓強為 4.36×105 Pa
D.縮小體積，再次平衡后總壓強不變
答案：B
4.(2022年江蘇卷)乙醇 水催化重整可獲得H2。其主要反應為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時，若僅考慮上述反應，平衡時CO2和CO的選擇性及H2的產率隨溫度的變化如圖所示。
解析：根據已知條件可知反應①的熱效應更大，溫度升高的
時候對反應①影響更大一些，即 CO2 的選擇性增大，同時 CO 的
選擇性減小，根據 CO 的選擇性的定義可知，曲線③代表 CO2 的
選擇性，曲線①代表 CO 的選擇性，曲線②代表 H2 的產率，A 錯
誤；升高溫度，平衡時CO的選擇性減小，B錯誤；兩種物質參加
反應，增大一種物質的濃度，會降低該物質的平衡轉化率，C 錯
誤；加入 CaO(s)與水反應放熱，對反應①影響較大，可以增大 H2
的產率，或者選用對反應①影響較大的高效催化劑，也可以增大
H2 的產率，D 正確。
答案：D

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