化学反应速率与平衡第3讲.pdf

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1、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)，KcpCcqDcmAcnB(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

2、.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 molL1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：H2(g)I2(g)2HI(g)2H2(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 molL1min1 B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：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2

3、O(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：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反应的平衡常数 K1cCO2cCucCOcCuO B反应的平衡常数 KK1K2 C对于反应，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，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)H0，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 molL1，c(N)2.4 molL1；达到平衡后，M 的转化率为 60%

4、，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 molL1，c(N)a molL1；达到平衡后，c(P)2 molL1，a_；(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为 c(M)c(N)b molL1，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/700 800 850 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题：(1)升高

5、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_。Ac(CO2)c(CO)BK 不变 C容器中的压强不变 Dv正(H2)v正(CO2)Ec(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

6、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)amx bnx px qx 则有：(1)KpxVpqxVqamxVmbnxVn (2)c平(A)amxV(molL1)。(3)(A)平m

7、xa100%，(A)(B)mxanxbmbna。(4)(A)amxabpqmnx100%。(5)p平p始abpqmnxab。(6)(混)aMAbMBV(gL1)。(7)M aMAbMBabpqmnx(gmol1)。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 molL1。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 molL1s1 B在 2

8、 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 K9/4，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)/molL1 0.010 0.020 0.020 c(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

9、，是 0.012 molL1 D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/400 500 830 1 000 平衡常数 K 10 9 1 0.6 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

10、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 A B C D n(CO2)/mol 3 1 0 1 n(H2)/mol 2 1 0 1 n(CO)/mol 1 2 3 0.5 n(H2O)/mol 5 2 3 2(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

11、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_ mol。(4)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 mol2m mol 之间变化

12、，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：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

13、反应方向 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。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 S 表示，化学反应的 S 越大，越有利于反应自发进行。(3)综合判断反应方向的依据 HTS0，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

14、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 H113.0 kJm

15、ol1，S145.3 Jmol1K1。【练习】1(2008山东理综，14)高温下，某反应达平衡，平衡常数 KcCOcH2OcCO2cH2。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 COH2O催化剂高温CO2H2 2(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

16、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 H0 D25 时，该反应的平衡常数 K2.2 3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/25 80 230 平衡常数 5104 2 1.9105 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 B25 时反应 Ni(CO)4(g)Ni(s)4CO(g)的平衡常数为 2105 C在 80 时，测得某时

17、刻 Ni(CO)4、CO 的浓度均为 0.5 molL1，则此时 v正v逆 D80 达到平衡时，测得 n(CO)0.3 mol，则 Ni(CO)4的平衡浓度为 2 molL1 4已知可逆反应 X(g)2Y(g)Z(g)H0，一定温度下，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 Aa 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

18、5用 CO 合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)HT2T3 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 H_0，S_0(选填“”、“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 molL1，理由是_。