1、【 精品教育资源文库】第 25 讲 化学平衡常数 化学反应进行方向考纲要求1.理解化学平衡常数的含义并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学方向的方向。考点一 化学平衡常数及其应用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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，用符号 K 表示。2表达式对于一般的可逆反应：mAnB pCqD，在一定温度下达到平衡时：K。cp?C?cq?D?cm?A?cn?B?3意义平衡常数表明在一定条件下反
2、应进行的程度。K 越大，表示反应进行的程度越大。4影响因素K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(1)对于放热反应：升高温度，K 值减小；反之 K 值增大。(2)对于吸热反应：升高温度，K 值增大；反之 K 值减小。5化学平衡常数的应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度：K 值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向：对于可逆反应：mA(g)nB(0) pC(g)qD(g)，若浓度商 Qc ，则cp?C?cq?D?cm?A?cn?B?Error!(3)判断可逆反应的热效应升高温度 降低温度K值 增 大 正 反 应 为
3、吸 热 反 应 K值 减 小 正 反 应 为 放 热 反 应K值 增 大 正 反 应 为 放 热 反 应 K值 减 小 正 反 应 为 吸 热 反 应(4)计算反应物的转化率利用平衡常数可计算出平衡时某些反应物的浓度，结合其初始浓度可以计算其转化率：【 精品教育资源文库】(A) 100%。c?A?始 c?A?平c?A?始【多维思考】1对于 N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) K 12NH3(g) N2(g)3H 2(g) K 2试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系。提示：K 1 、K 2 、K 1c2?NH3?c?N2?c3?H2? c3?H2?c?N2?c2?NH3? 1K22对于一
4、个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。提示：对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也不一样，但对应物质的转化率相同。例如：(1)aA(g)bB(g) cC(g)，K 1 ；cc?C?ca?A?cb?B?(2)naA(g)nbB(g) ncC(g)，K 2 ；cnc?C?cna?A?cnb?B?则 K2Kn 1K 1 。nK21化学平衡常数的理解(1)与化学方程式书写形式的关系对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K 正 。若方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会
5、发生改1K逆变。(2)与反应热的关系一般情况下：【 精品教育资源文库】(3)与物质状态的关系由于固体或纯液体浓度视为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。如：CH3COOH(l)CH 3CH2OH(l) CH2COOCH2CH3(l)H 2O(l)Kc?CH3COOCH2CH3?c?H2O?c?CH3COOH?c?CH3CH2OH?2化学平衡常数的应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值正反应进行的程度平衡时生成
6、物浓度平衡时反应物的浓度反应物转化率越大越大 越大 越小 越高越小越小 越小 越大 越低(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡，若不平衡时向何方向进行。对于可逆反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，若浓度商Qc ，则将浓度商和平衡常数作比较可得可逆反应所处的状态。cp?C?cq?D?cm?A?cn?B?(3)判断可逆反应的反应热【 精品教育资源文库】升高温度，若 K 值增大，则正反应为吸热反应；若 K 值减小，则正反应为放热反应。(4)利用一定温度下一个可逆反应的平衡常数，求平衡时某组分的浓度或反应物的转化率。(见教材例题)3相关计算(1)步骤写出有关化学平衡的方程式。确定各物质
7、的起始量、转化量、平衡量。根据已知条件建立等式关系进行解答。(2)模式(“三段式”)如 mA(g)nB(g)pC(g) qD(g)，令 A、B 起始物质的量浓度分别为 a mol/L、b mol/L，达到平衡后消耗 A 的物质的量浓度为 mx mol/L。mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)起始(mol/L) a b 0 0变化(mol/L) mx nx px qx平衡(mol/L) amx bnx px qxK?px?p?qx?q?a mx?m?b nx?n(3)说明 反应物：c(平)c(始)c(变)生成物：c(平)c(始)c(变)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。转
8、化率 100%。反 应 物 转 化 的 物 质 的 量 浓 度反 应 物 起 始 的 物 质 的 量 浓 度考向一 平衡常数的含义1研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)NaCl(s) NaNO3(s)ClNO(g) K 12NO(g)Cl 2(g) 2ClNO(g) K 2则 4NO2(g)2NaCl(s) 2NaNO3(s)2NO(g)Cl 2(g)的平衡常数K_(用 K1、K 2表示)。【 精品教育资源文库】解析：K 1 ，K 2 ，c?ClNO?c2?NO2? c2?ClNO?c2?NO?c?Cl2?K ，所以 K 。c?Cl2?c2?NO?c4?
9、NO2? K21K2答案：K21K22在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO 2(g)H 2(g) CO(g)H 2O(g)，其化学平衡常数 K 和温度 t 的关系如表所示：t/ 700 800 830 1 000 1 200K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为 K_。(2)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO 2)c(H2)5c(CO)c(H 2O)，试判断此时的温度为_。(4)若 830 时，向容器中充入 1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数
10、 K_(填“大于” “小于”或“等于”)1.0。(5)830 时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡_(填“向正反应方向” 、 “向逆反应方向”或“不”)移动。答案：(1) (2)吸热 (3)700 (4)等于 (5)不c?CO?c?H2O?c?CO2?c?H2?考向二 化学平衡常数的应用3甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用 CO 或 CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：温度/化学反应平衡常数 5008002H 2(g)CO(g) CH3OH(g) K12.5 0.15H 2(
11、g)CO 2(g) H2O(g)CO(g) K21.02.503H 2(g)CO 2(g) K3【 精品教育资源文库】CH3OH(g)H 2O(g)(1)据反应与可推导出 K1、K 2与 K3之间的关系，则K3_(用 K1、K 2)表示。(2)反应的 H_(填“”或“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 molL1 ，c(N)2.4 molL1 ；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 molL1 ，c(N
12、)a molL1 ；达到平衡后，c(P)2 molL 1 ，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_。答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%考向四 速率常数与平衡常数的关系【 精品教育资源文库】7(2016高考海南卷)顺1,2二甲基环丙烷和反1,2二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为 v(正)k(正)c(顺)和 v(逆)k(逆)c(反)，k(正)和 k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知，t 1温度下，k(正)0.006 s1 ，k(逆)0.002 s1
13、 ，该温度下反应的平衡常数值 K1_；该反应的活化能 Ea(正)小于 Ea(逆)，则 H_(填“小于” 、 “等于”或“大于”)0。(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_(填曲线编号)，平衡常数值 K2_；温度 t1_t2(填“小于” 、 “等于”或“大于”)，判断理由是_。答案：(1)3 小于(2)B 小于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动738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 N2O4(g) 2NO2(g) H24.4 kJmol l 。上述反应中正反应速率 v 正 k 正 p(N2O4)
14、，逆反应速率 v 逆 k 逆 p2(NO2)，其中 k 正 、k 逆 为速率常数，则 Kp 为_(以 k 正 、k 逆 表示)。若将一定量 N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度 298 K、压强 100 kPa)，已知条件下 k 正 4.810 4 s1 ，当 N2O4分解 10%时，v 正 _kPas 1 。解析：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)，【 精品教育资源文库】其中 k 正 、k 逆 为速率常数，平衡时，v 正 v 逆 ，k 正 p(N2O4)k 逆 p2(NO2)，K p为 。k正k逆若将一定量 N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度 298 K、压强 100 kPa)，已知该条件下 k 正 4.810 4 s1 ，当 N2O4分解 10%时，v 正 4.810 4 s1 100 kPa 3.910 6 0.91.1kPas1 。答案：(1) 3.910 6k正k逆考向五 压强平衡常数的相关计算9汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO 2及固体颗粒物等。研究汽车尾气的成分及其发生的反应，可以为更好的治理汽车尾气提供技术支持。请回答下列问题：活性炭也可用于处理汽车尾气中的 NO，在 1 L 恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol N
