化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第七章

第三節(jié)化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向欄目導(dǎo)航01必備知識(shí)關(guān)鍵能力04配套訓(xùn)練02研解素養(yǎng)悟法獵技03真題體驗(yàn)領(lǐng)悟高考必備知識(shí)關(guān)鍵能力1化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用1.概念在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，生成物____________與反應(yīng)物____________的比值是一個(gè)常數(shù)，用符號(hào)____表示。濃度冪之積濃度冪之積K(1)不要把反應(yīng)體系中純固體、純液體以及稀溶液中水的濃度寫進(jìn)平衡常數(shù)的表達(dá)式中。(2)非水溶液中發(fā)生的反應(yīng)，若有水參加或生成，則此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù)，應(yīng)寫進(jìn)平衡常數(shù)的表達(dá)式中。3.意義及影響因素(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。(2)K只受______影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)在某溫度下的平衡常數(shù)。(4)根據(jù)相同溫度計(jì)算平衡體系中的相關(guān)“量”時(shí)，同一反應(yīng)的K不變，計(jì)算反應(yīng)物或生成物的濃度、轉(zhuǎn)化率等。溫度判斷正誤(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)。(1)平衡常數(shù)表達(dá)式中，可以是物質(zhì)的任一濃度 (

)(2)一個(gè)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)K正與逆反應(yīng)K逆相等 (

)(3)對(duì)于同一可逆反應(yīng)，升高溫度，則化學(xué)平衡常數(shù)增大 (

)(4)增大反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)增大 (

)(5)化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，平衡常數(shù)一定改變 (

)易錯(cuò)辨析【答案】(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×(6)√

(7)×突破一平衡常數(shù)及其影響因素【答案】B【答案】D突破二化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用【答案】C化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用(1)推測可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。(2)判斷化學(xué)平衡移動(dòng)的方向。下列說法正確的是 (

)A．反應(yīng)6min時(shí)剛好達(dá)到平衡狀態(tài)B．其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)達(dá)到新平衡前v(逆)>v(正)C．其他條件不變，向平衡體系中再充入0.32mol氣體C，到達(dá)平衡時(shí)，n(C)＝0.24molD．其他條件不變，向容器中通入A、B、C各0.1mol氣體，反應(yīng)逆向進(jìn)行【答案】C突破三化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算與關(guān)系判斷【答案】B某溫度T(700℃＜T＜1200℃)時(shí)做下列實(shí)驗(yàn)：A．使純H2緩慢地通過過量氧化鈷CoO(s)，氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s)，平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0250B．在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0192T/℃70080083010001200K1.71.11.00.60.4根據(jù)表格數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷：①還原CoO(s)為Co(s)的傾向性，CO__________H2(填“大于”或“小于”)。②此實(shí)驗(yàn)溫度T____830℃(填“＞”“＜”或“＝”)?！敬鸢浮?1)大于＜(2)270

4化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向1.自發(fā)反應(yīng)(1)含義：在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，無須借助外力就能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。(2)特點(diǎn)：①體系趨向于從______狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)開_____狀態(tài)(體系對(duì)外部______或______熱量)。②在密閉條件下，體系有從______轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。高能低能做功釋放有序無序2．判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)【答案】降低＜＞＞＞一定能一定不能低溫高溫(1)熵：衡量體系混亂程度的物理量，符號(hào)為S，單位為J·mol－1·K－1。(2)對(duì)于一個(gè)特定的氣相反應(yīng)，熵變的大小取決于反應(yīng)前后的氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)大小。(3)復(fù)合判據(jù)計(jì)算時(shí)要注意單位換算。判斷正誤(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)。(1)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)一定能實(shí)際發(fā)生 (

)(2)高溫高壓下使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的過程是自發(fā)過程 (

)(3)同種物質(zhì)在三種狀態(tài)下，熵值由大到小的順序?yàn)镾(g)＞S(l)＞S(s) (

)(4)凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的 (

)易錯(cuò)辨析【答案】(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)√

(6)×1．實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。對(duì)此說法的理解正確的是

(

)A．所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的B．所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的C．焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素D．焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的唯一判據(jù)突破一焓變、熵變與自發(fā)反應(yīng)【答案】C【解析】反應(yīng)是否能自發(fā)進(jìn)行是由焓變和熵變共同決定的，故焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素。2．下列反應(yīng)中，在高溫下不能自發(fā)進(jìn)行的是 (

)A．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)D．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)【答案】A【解析】A、B、C、D都是分解反應(yīng)，都是吸熱反應(yīng)。但B、C、D都是熵增大的反應(yīng)，所以能自發(fā)進(jìn)行，A是熵減小的反應(yīng)，在任何條件下都不能自發(fā)進(jìn)行。3．下列說法正確的是

(

)A．氯酸鉀分解是一個(gè)熵增的過程B．ΔH>0，ΔS>0的反應(yīng)一定可以自發(fā)進(jìn)行C．電解水產(chǎn)生氫氣、氧氣的反應(yīng)具有自發(fā)性D．可逆反應(yīng)正向進(jìn)行時(shí)，正反應(yīng)具有自發(fā)性，ΔH一定小于零【答案】A【解析】氯酸鉀分解生成氣體，混亂度增加，熵值增大，A正確。突破二復(fù)合判據(jù)的理解與應(yīng)用【答案】(1)該反應(yīng)是吸熱的、熵減反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進(jìn)行(2)＜研解素養(yǎng)悟法獵技2化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控就是通過改變反應(yīng)條件使一個(gè)可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)常常需要結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟(jì)成本等情況，綜合影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素以尋找適宜的生產(chǎn)條件。近幾年高考對(duì)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控的考查有逐漸升溫之勢，高考考題取材于相關(guān)研究成果，綜合考查學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的運(yùn)用能力；同時(shí)也可有效培養(yǎng)考生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng)。微素養(yǎng)15化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控——科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任1．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則2.控制反應(yīng)條件的基本措施(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率：通過改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)、固體的比表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。(2)提高轉(zhuǎn)化率：通過改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。(4)綜合考慮，選擇適宜的生產(chǎn)條件。①NH3和NO在催化劑表面反應(yīng)進(jìn)程中的相對(duì)能量變化如圖1所示，決定脫硝速率的過程是H的移除，原因是________________________。②一定比例的NH3、NO、O2混合氣以一定的流速通過催化裝置進(jìn)行模擬脫硝，NH3和NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示。超過200℃后，NH3和O2發(fā)生了副反應(yīng)，導(dǎo)致NO轉(zhuǎn)化率急劇下降，該副反應(yīng)的方程式是_____________________________________________________?！窘馕觥?1)制硝酸的吸收塔中常用水吸收二氧化氮，不是用濃硝酸，C錯(cuò)誤；制硝酸工藝中，進(jìn)入催化裝置的原料氣為氨氣和空氣，不是氨氣和氧氣，D錯(cuò)誤。(2)①反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢，化學(xué)反應(yīng)取決于反應(yīng)速率最慢的一步，由圖可知，氨氣和一氧化氮在催化劑表面反應(yīng)進(jìn)程中H的移除過程的活化能較大，反應(yīng)速率最慢，決定了脫硝的整體速率。1．(2021·廣東汕頭金山中學(xué)第三次模擬)正戊烷異構(gòu)化為異戊烷是油品升級(jí)的一項(xiàng)重要技術(shù)。在合適催化劑和一定壓強(qiáng)下，正戊烷的平衡轉(zhuǎn)化率(α)隨溫度變化如圖所示。名稱熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃燃燒熱ΔH/kJ·mol－1正戊烷－13036－3506.1異戊烷－159.427.8－3504.1【答案】C【解析】根據(jù)表中正戊烷、異戊烷燃燒熱數(shù)值和蓋斯定律可得，CH3CH2CH2CH2CH3(l)===(CH3)2CHCH2CH3(l)

ΔH＝－2.0kJ·mol－1，A正確；根據(jù)表中沸點(diǎn)數(shù)值，在28～36℃時(shí)，隨溫度升高，異戊烷氣化離開體系，產(chǎn)物濃度降低，導(dǎo)致平衡正向移動(dòng)，正戊烷的平衡轉(zhuǎn)化率增大，B正確；

由A項(xiàng)分析可知，正戊烷異構(gòu)化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)減小，C錯(cuò)誤；150℃時(shí)，物質(zhì)均為氣態(tài)，增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，正戊烷的平衡轉(zhuǎn)化率不變，D正確。②其他條件不變時(shí)，溫度升高，氨的平衡含量減小的原因是________(填字母)。a．溫度升高，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，平衡逆向移動(dòng)b．溫度升高，濃度商(Qc)變大，Qc>K，平衡逆向移動(dòng)c．溫度升高，活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速率加快d．溫度升高，K變小，平衡逆向移動(dòng)③哈伯選用的條件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是____________________________________________________。(4)圖1表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中M點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)________。(5)圖2是合成氨反應(yīng)平衡混合氣中NH3的體積分?jǐn)?shù)隨溫度或壓強(qiáng)變化的曲線，圖中L(L1、L2)、X分別代表溫度或壓強(qiáng)。其中X代表的是________(填“溫度”或“壓強(qiáng)”)；判斷L1、L2的大小關(guān)系并說明理由_____________________________________________________________。微素養(yǎng)16分壓平衡常數(shù)Kp的計(jì)算——科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算是每年高考必考的考點(diǎn)，出現(xiàn)率為100%。近幾年此類試題又拓展了分壓平衡常數(shù)Kp的計(jì)算模塊，并且難度逐年增加，對(duì)于考生難度較大。此類試題充分體現(xiàn)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)。(2)McMorris測定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH____0(填“大于”或“小于”)。②反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的Kp＝________(用Kp1、Kp2表示)，該反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過程：_________________________________________________________________________________________________________________________。1．(2022·吉林白城第一中學(xué)段考)一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：(1)McMorris測定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)：①2NO(g)＋2ICl(g)===2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)

Kp1②Cl2(g)＋2NO(g)===2NOCl

Kp2則反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝__________(用Kp1、Kp2表示)。(2)已知反應(yīng)Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)===2ICl(g)某溫度下的平衡常數(shù)250，反應(yīng)2ICl(g)===Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的正反應(yīng)速率為v正＝k正c2(ICl)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆c(Cl2)·c(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則該溫度下k正與k逆的比值為__________。(3)環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是________(填標(biāo)號(hào))。A．T1＞T2B．a(chǎn)點(diǎn)的反應(yīng)速率小于c點(diǎn)的反應(yīng)速率C．a(chǎn)點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率D．b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.45mol·L－1【答案】(1)89.3

(2)40%

3.56×104

BD

(3)CD【解析】(2)設(shè)碘和環(huán)戊烯的初始物質(zhì)的量都為nmol，轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol，(3)溫度越高反應(yīng)速率越快，根據(jù)圖示可知，在溫度T2(虛線)的反應(yīng)速率較大，則T1＜T2，A錯(cuò)誤；根據(jù)圖像可知，a點(diǎn)切線斜率的絕對(duì)值大于c點(diǎn)切線的絕對(duì)值，則a點(diǎn)速率大于c點(diǎn)，B錯(cuò)誤；a到b的過程中正反應(yīng)速率逐漸減小，且b點(diǎn)v(正)＞v(逆)，則a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，C正確；b點(diǎn)時(shí)環(huán)戊二烯的濃度變化為1.5mol·L－1－0.6mol·L－1＝0.9mol·L－1，環(huán)戊二烯的二聚體的濃度為環(huán)戊二烯濃度變化的1/2，則b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.9mol·L－1×1/2＝0.45mol·L－1，D正確。(1)650℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。(2)t1

℃時(shí)平衡常數(shù)KP＝________kPa(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；該溫度下達(dá)平衡后若再充入等物質(zhì)的量的CO和CO2氣體，則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動(dòng)，原因是________________________________________________?！敬鸢浮?1)25%

(2)0.5p不再充入等物質(zhì)的量的CO和CO2，平衡體系中二者的體積分?jǐn)?shù)仍相同，平衡不移動(dòng)真題體驗(yàn)領(lǐng)悟高考31．(2021·全國甲卷)二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳?；卮鹣铝袉栴}：①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達(dá)式Kp＝______________。②圖中對(duì)應(yīng)等壓過程的曲線是________，判斷的理由是__________________________________________________________。③當(dāng)x(CH3OH)＝0.10時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率α＝________，反應(yīng)條件可能為________或________。2．(2021·山東卷)2－甲氧基－2－甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加劑。在催化劑作用下，可通過甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得，體系中同時(shí)存在下圖所示的反應(yīng)：(2)為研究上述反應(yīng)體系的平衡關(guān)系，向某反應(yīng)容器中加入1.0molTAME，控制溫度為353K，測得TAME的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)Kx3＝9.0，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為________mol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kx1＝________。同溫同壓下，再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋，反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡將__________(填“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。平衡時(shí)，A與CH3OH物質(zhì)的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)＝________。(3)為研究反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)行為，向盛有四氫呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH?？刂茰囟葹?53K，A、B物質(zhì)的量濃度c隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如圖2所示。代表B的變化曲線為________(填“X”或“Y”)；t＝100s時(shí)，反應(yīng)Ⅲ的正反應(yīng)速率v正______逆反應(yīng)速率v逆(填“＞”“＜”或“＝”)?！窘馕觥?1)由平衡常數(shù)Kx與溫度T變化關(guān)系曲線可知，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數(shù)的自然對(duì)數(shù)隨溫度升高(要注意橫坐標(biāo)為溫度的倒數(shù))而減小，說明3個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，即ΔH1＜0、ΔH2＜0