1、1第 2 讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向【2019备考】最新考纲：1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算化学反应的转化率。考点一 化学平衡常数 转化率(频数： 难度：)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化学平衡时，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，用符号 K 表示。(2)表达式：对于反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，K 。cp（ C） cq（ D）cm（ A） cn（ B）(3)意义及影响因素 K 值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。 K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变
2、化无关。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。(4)应用判断可逆反应进行的程度。利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应 aA(g) bB(g) cC(g) dD(g)的任意状态，浓度商： Qc。cc（ C） cd（ D）ca（ A） cb（ B）Q K，反应向正反应方向进行；Q K，反应处于平衡状态；Q K，反应向逆反应方向进行。2利用 K 可判断反应的热效应：若升高温度， K 值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度， K 值减小，则正反应为放热反应。计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。催化剂能加快化学反应速率，但对化学平
3、衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。2平衡转化率对于上例反应中 A(g)的平衡转化率可表示为：(A) 100%c0(A)代表 A 的初始浓度， c 平 (A)代表 A 的平衡浓度。c0（ A） c平 （ A）c0（ A）1(SJ 选修 4P516 改编)已知反应 A(g)3B(g) 3C(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为_。若各物质的平衡浓度分别为 c(A)2.0 molL1 、 c(B)2.0 molL 1 、 c(C)1.0 molL 1 ，则 K_。答案 K 0.062 5c3（ C）c（ A） c3（ B）2教材知识拓展一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系N
4、2(g)3H 2(g) 2NH3(g) K1 N2(g) H2(g) NH3(g) K212 322NH 3(g) N2(g)3H 2(g) K3(1)K1和 K2， K1_。(2)K1和 K3， K1_。解析 化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。答案 (1)K (2)21K33(溯源题)2017课标全国，28(3)近期发现，H 2S 是继 NO、CO 之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：H2S 与 CO2在高温下发生反应：H 2S(g)CO 2(g) COS(g)H 2O(g)。在 610 K 时，将 0.
5、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。3(1)H2S 的平衡转化率 1_%，反应平衡常数 K_。(2)在 620 K 重复试验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，H 2S 的转化率 2_ 1，该反应的 H_0。(填“” “ (3)B探源：本考题源于教材 SJ 选修 4 P49“例 1”及拓展，对化学平衡常数的理解及运用进行了考查。题组一 化学平衡常数的理解及表示方法1(2018邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数 K 与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )A K 值不变，平衡可能移动B平衡向右
6、移动时， K 值不一定变化C K 值有变化，平衡一定移动D相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大 2 倍， K 值也增大两倍4解析 因改变压强或浓度引起化学平衡移动时， K 值不变， K 只与温度有关，A 项和 B 项均正确； K 值只与温度有关， K 值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C 项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大 2 倍， K 值应该变为 K(原) 2，D 项错误。答案 D2(2018潍坊质检)某温度下，在一个 2 L 的密闭容器中，加入 4 mol X 和 2 mol Y 进行如下反应：3X(g)2Y(g) 4Z(s)2W(g)，反应一
7、段时间后达到平衡，测得生成 1.6 mol Z，则下列说法正确的是( )A该反应的化学平衡常数表达式是 Kc4（ Z） c2（ W）c3（ X） c2（ Y）B此时，Y 的平衡转化率是 40%C增大该体系的压强，化学平衡常数增大D增加 Y，Y 的平衡转化率增大解析 化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体物质，而物质 Z 是固体，A 错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的 Y 的物质的量是 1.6 mol 0.8 mol，所以 Y 的转12化率为 100%40%，B 正确；平衡常数只与温度有关，增大压强时平衡常数不变，0.8 mol2 molC 错误；增加 Y 后平衡右移，X 的转化率增大，
8、而 Y 的转化率减小，D 错误。答案 B3无色气体 N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N 2O4与 NO2转换的热化学方程式为：N 2O4(g) 2NO2(g) H24.4 kJ/mol。(1)平衡常数 K 可用反应体系中气体物质的分压表示，即 K 表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数例如： p(NO2) p 总 x(NO2)。写出上述反应平衡常数 Kp的表达式_(用 p 总 、各气体物质的量分数 x 表示)；影响 Kp的因素为_。(2)上述反应中，正反应速率 v 正 k 正 p(N2O4)，逆反应速率 v 逆 k 逆 p2(NO2)，其中 k正 、 k 逆 为速
9、率常数，则 Kp为_(以 k 正 、 k 逆 表示)。解析 (1) Kp ，与化学平衡常数 K 一样，影响 Kp的p总 x（ NO2） 2p总 x（ N2O4） p总 x2（ NO2）x（ N2O4）因素为温度。(2) Kp ，达到平衡时， v 正 v 逆 ，即 k 正 p(N2O4) k 逆 p2(NO2)，p2（ NO2）p（ N2O4） ，故 Kp 。p2（ NO2）p（ N2O4） k正k逆 k正k逆5答案 (1) (其他合理答案亦可) 温度p总 x2（ NO2）x（ N2O4）(2)k正k逆题组二 化学平衡常数及转化率的求算4(2018安徽省“江淮十校”高三第一次联考)300 时，将
10、气体 X 和气体 Y 各 0.16 mol 充入 10 L 恒容密闭容器中，发生反应：X(g)Y(g) 2Z(g) H0 的反应任何温度下都能自发进行； 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气体物质的化学计量数大小。1教材基础判断正误(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行( )(2)CaCO3 CaOCO 2是一个熵增的过程( )= = = = =高 温 (3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素( )(4) H0、 S0 时，反应一定能自发进行( )(5)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行(
11、 )(6)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性( )(7)(2015天津高考)Na 与 H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行( )(8)(2014天津高考)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应( )(9)(2014江苏高考)2NO(g)2CO(g)= =N2(g)2CO 2(g)在常温下能自发进行，则该反应的 H0( )(10)(2013江苏高考)反应 NH3(g)HCl(g)= =NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的 H0( )(11)(2012江苏高考)CaCO 3(s)=CaO(s)CO 2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的 H0( )(12
12、)(2011江苏高考)一定温度下，反应 MgCl2(l)=Mg(l)Cl 2(g)的 H0、 S0( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)2(SJ 选修 4P514 改编)下列过程的熵变的判断不正确的是( )A溶解少量食盐于水中， S0B纯碳和氧气反应生成 CO(g)， S0CH 2O(g)变成液态水， S0DCaCO 3(s)加热分解为 CaO(s)和 CO2(g)， S0答案 C12题组 焓变、熵变与化学反应方向的判断1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
13、H、 S 应为( )A H0 B H0， S0 D H0， S0。反应后体系中物质的总能量升高，说明正反应是吸热反应， H0。答案 C2下列说法中，正确的是( )A反应产物的总能量大于反应物的总能量时， H0B已知反应 H2(g)I 2(g) 2HI(g)平衡常数为 K，则 2H2(g)2I 2(g) 4HI(g)的平衡常数为 2KC H0、 S0 的反应在温度低时不能自发进行D在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向解析 H生成物能量和反应物能量和，当反应产物的总能量大于反应物的总能量时， H0，A 错误；因为相同温度下，化学计量数变为原来的 n 倍，则化学平衡常数
14、为原来的 n 次方，所以反应 2H2(g)2I 2(g) 4HI(g)的平衡常数为 K2，B 错误；根据 G H T S 判断，对于 H0、 S0 的反应在温度低时 G0，反应能自发进行，C 错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D 正确。答案 D3(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)O 2(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 转化成 CO2和 N2，化学方程式如下：2NO2CO 2CO
15、2N 2。反应能够自发进行，则反应的 H_0(填“” “0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明 HKNC生成乙烯的速率： v(N)一定大于 v(M)D当温度高于 250 ，升高温度，催化剂的催化效率降低解析 升高温度 CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A 正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，B 正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在 250 时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以 v(N)有可能小于 v(M)，C 错误，D 正确。答案 C10(2018山东潍坊统考)温度为 T0时，在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g
16、)Y(g)Z(g)(未配平)，4 min 时达到平衡，各物质浓度随时间变化的关系如图 a 所示。其他条件相同，温度分别为 T1、 T2时发生反应，Z 的浓度随时间变化的关系如图 b 所示。下列叙述正确的是( )A发生反应时，各物质的反应速率大小关系为 v(X) v(Y)2 v(Z)B图 a 中反应达到平衡时，Y 的转化率为 37.5%C T0时，该反应的平衡常数为 33.3D该反应正反应的反应热 H0解析 根据题图 a 可知，04 min 时，X、Y 的浓度分别减少 0.25 molL1 、0.25 molL1 ，Z 的浓度增加 0.5 molL1 ，则化学方程式为 X(g)Y(g) 2Z(g
17、)，同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比，则 v(X) v(Y) v(Z)，A 项错误；题1222图 a 中，Y 的起始浓度为 0.4 molL1 ，平衡浓度为 0.15 molL1 ，则 Y 的转化率为100%62.5%，B 项错误；达到平衡时， c(X)0.05 molL1 ， c(Y)0.15 0.4 0.150.4molL1 ， c(Z)0.5 molL1 ，则平衡常数K 33.3，C 项正确；根据题图 b 可知， T1条件下反应先c2（ Z）c（ X） c（ Y） 0.520.050.15达到平衡，则 T1 T2， T2 T1，温度升高， c(Z)增大，则平衡向正反应方
18、向移动，故正反应为吸热反应， H0，D 项错误。答案 C11某温度下，反应 H2(g)CO 2(g) H2O(g)CO(g)的平衡常数 K 。该温度下，在甲、94乙、丙三个恒容密闭容器中，投入 H2(g)和 CO2(g)，其起始浓度如表所示：起始浓度 甲 乙 丙c(H2)/(molL1 ) 0.010 0.020 0.020c(CO2)/(molL1 ) 0.010 0.010 0.020下列判断不正确的是( )A平衡时，乙中 CO2的转化率大于 60%B平衡时，甲中和丙中 H2的转化率均是 60%C平衡时，丙中 c(CO2)是甲中的 2 倍，是 0.008 molL1D反应开始时，乙中的反应
19、速率最快，甲中的反应速率最慢解析 设甲容器中，平衡时氢气的变化浓度为 x，则： K ，解得x2（ 0.010 x） 2 94x0.006 0 molL1 ，平衡时 c(H2) c(CO2)0.010 x0.004 0 molL1 ， c(H2O) c(CO)0.006 0 molL1 ，(H 2) 100%60%。因乙中 H2的起始浓度大于0.006 00.010甲，故乙平衡相当于是甲平衡正向移动的结果，乙中 CO2的转化率大于 60%，A 项正确；丙平衡可看作是 2 个甲平衡合并而成的，又因 H2(g)CO 2(g) H2O(g)CO(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙平衡中物质的转化率不变
20、，仅各物质的浓度是甲平衡中各物质浓度的 2 倍，所以 B、C 项正确；由于三组反应中丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，D 项错误。答案 D二、填空题12汽车尾气已成为城市空气的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。23(1)汽车内燃机工作时产生 NO 的原理如图 1 所示：该反应的热化学方程式为_。(2)治理尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO 2(g) H0。若在一定温度下将 2 mol NO、1 mol CO 充入 1 L 固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图 2 所
21、示。则从开始到达到平衡状态的过程中，平均反应速率 v(CO2)_，该温度下反应的平衡常数 K_。(结果保留两位有效数字)20 min 时改变的条件可能是_。A增大压强B降低温度C减小 CO2浓度且改用更高效的催化剂D在恒温恒容条件下，充入 He 气体若保持温度不变，20 min 时向容器中充入 CO、N 2各 0.6 mol，平衡将_(填“正向” “逆向”或“不”)移动，原因是_。(3)用焦炭还原 NO2的反应为 2NO2(g)2C(s) N2(g)2CO 2(g)，在恒温条件下，向 1 L密闭容器中加入不同物质的量的 NO2和足量 C 发生该反应，测得平衡时 NO2和 CO2的物质的量浓度与
22、平衡总压强的关系如图 3 所示，计算 C 点时该反应的平衡常数 Kp(C)_( Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。解析 (1)由题图 1 可知，破坏旧化学键吸收的能量为 946 kJmol1 498 kJmol1 1 24444 kJmol1 ，形成新化学键所释放的能量为 2632 kJmol1 。故该反应的 H1 444 kJmol1 2632 kJmol 1 180 kJmol 1 。(2) v(CO2) v(CO) 0.027 molL1 min1 ， K c t 0.4 molL 115 min 0.035 (Lmol1 )。由题图 2 可知 20 min25
23、c2（ CO2） c（ N2）c2（ NO） c2（ CO） 0.420.21.620.62min， c(N2)逐渐增大，平衡向正反应方向移动且反应速率比 015 min 快，故选择 C。(3)由题图 3 可知 C 点时 NO2、CO 2的浓度相等，设加入的 NO2的物质的量为 a mol，由三段式计算可得 NO2、N 2、CO 2的平衡浓度分别为 0.5a molL1 、0.25 a molL1 、0.5 a molL1 。 Kp(C) p(N2)10 MPa 2 MPa。p2（ CO2） p（ N2）p2（ NO2） 0.25a0.5a 0.25a 0.5a答案 (1)N 2(g)O 2(
24、g)=2NO(g) H180 kJmol 1(2)0.027 molL 1 min1 0.035 Lmol 1 C不 此时的 Qc 0.035 (Lmol1 )， Qc K，故平c2（ CO2） c（ N2）c2（ NO） c2（ CO） 0.420.81.621.22衡不移动(3)2 MPa13(2018石家庄二检)乙苯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。(一)制备苯乙烯(原理如反应所示)：(1)部分化学键的键能如表所示：化学键 CH CC C=C HH键能/(kJmol 1 ) 412 348 x 436根据反应的能量变化，计算 x_。(2)工业上，在恒压设备中进行反应时，常在乙
25、苯蒸气中通入一定量的水蒸气。用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因为_。(3)从体系自由能变化的角度分析，反应在_(填“高温”或“低温”)下有利于其自发进行。(二)制备 氯乙基苯(原理如反应所示)：25(4)T 时，向 10 L 恒容密闭容器中充入 2 mol 乙苯(g)和 2 mol Cl2(g)发生反应，5 min 时达到平衡，乙苯和 Cl2、氯乙基苯和 HCl 的物质的量浓度( c)随时间( t)变化的曲线如图 1 所示。图 105 min 内，以 HCl 表示的该反应速率 v(HCl)_。 T 时，该反应的平衡常数 K_。6 min 时，改变的外界条件为_。10 min 时，保持其他条件不
26、变，再向容器中充入 1 mol 乙苯、1 mol Cl2、1 mol 氯乙基苯和 1 mol HCl，12 min 时达到新平衡。在图 2 中画出 1012 min Cl2和 HCl 的浓度变化曲线(曲线上标明 Cl2和 HCl)；05 min 和 012 min 时间段，Cl 2的转化率分别用 1、 2表示，则 1_ 2。(填“” 、 “”或“”)图 2解析 (1)由题给条件可知该反应为吸热反应，即化学键断裂吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量，不考虑苯环中化学键的变化可得：(4125348)(4123 x436)124，解得 x612。(2)该反应的正反应为气体分子数增大的反应，恒压设备
27、中，通入水26蒸气需增大容器容积，则平衡体系压强减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大。(3)由 G H T S， H0， S0 可知该反应在高温下有利于其自发进行。(4)05 min 内， v(HCl) 0.032 molL1 min1 。由题中图 1 知， T 平衡0.16 molL 15 min时，HCl 和 氯乙基苯的浓度均为 0.16 molL1 ，乙苯和氯气的浓度均为 0.04 molL1 ，则 K 16。6 min 后，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐0.160.160.040.04增大，平衡正向移动，则改变的条件为升高温度。画图时应注意，HCl 的浓度应从 0.28 molL
28、1 开始，Cl 2的浓度应从 0.12 molL1 开始，10 min 时平衡常数为81，12 min 时温度与 10 min 时相同，平衡常数不变，根据三段式法求出0.180.180.020.0212 min 时各物质的浓度，12 min 达到平衡时，HCl 和 氯乙基苯的浓度均为 0.36 molL1 ，乙苯和氯气的浓度均为 0.04 molL1 。0 5 min Cl2的转化率 1为100%80%，012 min Cl2的转化率 2为 100%86.7%，0.2 0.040.2 0.2 0.1 0.040.2 0.1所以 1小于 2。答案 (1)612(2)该反应的正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，通入水蒸气需增大容器容积，则平衡体系压强减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大(3)高温(4)0.032 molL 1 min1 16 升高温度如图所示
