高三化学一轮 第七章 第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向

第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向

[考纲要求] 1.理解化学平衡常数的定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反应的方向。

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＝cpC·cqDcmA·cnB(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。

深度思考

1．对于给定反应，正逆反应的化学平衡常数一样吗？是什么关系？

答案 正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。

2．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减少？

答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。

3．对于一个可逆反应，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。

答案 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就不一样，但对应物质的转化率相同。例如： (1)aA(g)＋bB(g)cC(g) K1＝ccCcaA·cbB

(2)naA(g)＋nbB(g)ncC(g)

K2＝cncCcnaA·cnbB＝Kn1或K1＝nK2

无论(1)还是(2)，A或B的转化率是相同的。

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－1

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

答案 A

解析 H2(g)＋I2(g)2HI(g)

初始浓度

(mol·L－1) 0.100 0.100 0

平衡浓度

(mol·L－1) 0.020 0.020 0.160

转化浓度

(mol·L－1) 0.080 0.080 0.160

所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝c2HIcH2·cI2＝64，而K②＝c4HIc2H2·c2I2＝K2①＝642＝4 096，故选项B错；两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。

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＝cCO2·cCucCO·cCuO

B．反应③的平衡常数K＝K1K2

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

答案 B

解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝K1K2，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。

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________。

答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%

解析 (1) M(g) ＋ N(g) P(g)＋ Q(g)

始态mol·L－1 1 2.4 0 0

变化量mol·L－1 1×60% 1×60%

因此N的转化率为1 mol·L－1×60%2.4 mol·L－1×100%＝25%。

(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。

(3)根据(1)可求出各平衡浓度：

c(M)＝0.4 mol·L－1 c(N)＝1.8 mol·L－1

c(P)＝0.6 mol·L－1 c(Q)＝0.6 mol·L－1 因此化学平衡常数K＝cP·cQcM·cN

＝0.6×0.60.4×1.8＝12

由于温度不变，因此K不变，达到平衡后

c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1

c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2)mol·L－1

K＝cP·cQcM·cN＝2×22×a－2＝12

解得a＝6。

(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为

c(M)＝b(1－x)mol·L－1 c(N)＝b(1－x)mol·L－1

c(P)＝bx mol·L－1 c(Q)＝bx mol·L－1

K＝cP·cQcM·cN＝bx·bxb1－x·b1－x＝12

解得x≈41%。

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”)。

答案 (1)正反应 (2)E

(3)850 ℃ 向正反应方向进行中

解析 (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变，不正确；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变，故不正确；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃，此温度下cCO·cH2OcCO2·cH2＝0.75×1.51×1.2＝0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。

借助平衡常数可以判断一个化

学反应是否达到化学平衡状态

对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：

ccC·cdDcaA·cbB＝Qc，称为浓度商。

Qc v逆＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆>K 反应向逆反应方向进行，v正

【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＝pxVp·qxVqa－mxVm·b－nxVn