第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向考点一 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＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)3．意义： (1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数题组一 化学平衡常数及其影响因素1．温度为t ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：①H2(g)＋I2(g)2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)下列说法正确的是 ( )A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动2．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。
则下列说法正确的是 ( )A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小题组二 由化学平衡常数判断化学平衡移动的方向3．已知可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________；(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________4．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：T/℃7008008501 0001 200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________A．c(CO2)＝c(CO) B．K不变C．容器中的压强不变 D．v正(H2)＝v正(CO2)E．c(H2)保持不变(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为__________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol 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”)考点二 有关化学平衡的计算【思路梳理】1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量2．明确三个关系：(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比3．计算方法：三段式法化学平衡计算模式：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，容器容积为V L。
mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol) a b 0 0变化(mol) mx nx px qx平衡(mol) a－mx b－nx px qx则有：(1)K＝ (2)c平(A)＝ (mol·L－1)3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝4)φ(A)＝×100% (5)＝6)(混)＝(g·L－1) (7)＝(g·mol－1)题组一 有关转化率、反应速率等的基本计算1．在100 ℃时，把0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol·L－1在60 s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍下列说法正确的是 ( )A．前2 s以N2O4的浓度变化表示的反应速率为0.01 mol·L－1·s－1B．在2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍C．在平衡时体系内含N2O4 0.25 mol D．平衡时，N2O4的转化率为40%2．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝9/4，该温度下在甲、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)/mol·L－10.0100.0200.020c(CO2)/mol·L－10.0100.0100.020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0.012 mol·L－1D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢题组二 综合应用3．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/℃4005008301 000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)3)830 ℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有______(选填字母)投料ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830 ℃时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是__________4．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋2B(g)3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B且达到平衡后生成了a mol C，请填写下列空白：(1)平衡时C在反应混合气体中的体积分数是______________________________ (用字母a表示)。
2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和6 mol B，达到平衡后，C的物质的量为______ mol(用字母a表示)此时C在反应混合气体中的体积分数______(填“增大”、“减少”或“不变”)3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在反应混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________ mol4)在同一容器中加入n mol A和3n mol B，达到平衡时C的物质的量为m mol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m mol～2m mol之间变化，那么n与m的关系应是____________(用字母“m”、“n”表示)考点三 化学反应进行的方向1．自发过程(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程2)特点：①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)②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)2．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3．判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一2)熵变与反应方向①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向②熵和熵变的含义a．熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量用符号S表示同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)b．熵变的含义：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)综合判断反应方向的依据①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行题组一 焓变与自发反应1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应对此说法的理解正确的是( )A．所有的放热反应都是自发进行的 B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据题组二 熵变与自发反应2．碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法中正确的是 ( )A．碳铵分解是因为生成易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳铵分解是因为外界给予了能量C．碳铵分解是吸热反应，根据能量判断能自发分解D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解题组三 复合判据的应用3．试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、100 kPa下能否自发进行？已知：在298 K、100 kPa下该反应的ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1。
练习】1．(2008·山东理综，14)高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝恒容时，温度升高，H2浓度减小下列说法正确的是 ( )A．该反应的焓变为正值 B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C．升高温度，逆反应速率减小 D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H22．(2011·福建理综，12)25 ℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如图所示下列判断正确的是 ( )A．往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大B．往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小C．升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应ΔH>0D．25 ℃时，该反应的平衡常数K＝2.23．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表：温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－5下列说法不正确的是 ( )A．上述生成Ni(CO)4的反应为放热反应B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5C．在80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正>v逆D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－14．已知可逆反应X(g)＋2Y(g)Z(g) ΔH<0，一定温度下，在体积为2 L的密闭容器中加入4 mol Y和一定量的X后，X浓度随时间的变化情况如图所示，则下列说法正确的是 A．a点正反应速率大于逆反应速率B．增大X的浓度，X的转化率增大 C．容器中压强恒定时，不能说明反应已达平衡状态D．保持温度和密闭容器的容积不变，再充入1 mol X和2 mol Y，再次达到平衡时n(Z)/n(X)值会变小5．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。
下列说法正确的是 A．温度：T1>T2>T3 B．正反应速率：v(a)>v(c) v(b)>v(d)C．平衡常数：K(a)>K(c) K(b)＝K(d) D．平均摩尔质量：M(a)M(d)6．二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH______0，ΔS______0(选填“>”、“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行2)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品你认为该方法需要解决的技术问题有________a．开发高效光催化剂b．将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离，并与CO2发生催化转化c．二氧化碳及水资源的供应7．在恒温恒容条件下，将一定量NO2和N2O4的混合气体通入容积为2 L的密闭容器中发生反应：N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0，反应过程中各物质的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化曲线如图所示。
1)该温度下，该反应的平衡常数为______________，若温度升高，K值将________(填“增大”、“减小”或“不变”)2)a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的是________点从起点开始首次达到平衡时，以NO2表示的反应速率为____________3)25 min时，加入了__________(填加入物质的化学式及加入的物质的量)，使平衡发生了移动4)d点对应NO2的物质的量浓度________(填“大于”、“小于”或“等于”)0.8 mol·L－1，理由是____________________________________________________。