届高考化学一轮复习化学平衡常数化学反应进行的方向学案Word版Word格式.docx
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描述体系
混乱程度的物理量,符号为
S。
熵值越大,体系混乱度
(2)常见的熵增过程
①同一种物质的不同状态:
S(g)
>S(l)
>S(s)。
②反应后气体物质的量增加的反应。
3.化学反应方向的判据
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×
”,并指明错因。
(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=
。
(×
)
错因:
固体和纯液体通常不计入平衡常数表达式中。
(2)恒温、恒容条件下,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡,向容器中再充入1molSO2,平衡正向移动,化学平衡常数增大。
K仅与温度有关。
(3)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。
(4)改变条件,平衡右移,则反应物的转化率一定增大。
在合成氨的反应中,其他条件不变时,增加N2的量,但N2的转化率减小。
(5)反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<
0。
(√)
_______________________________________________________
(6)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。
焓变或熵变不全面,需由复合判据ΔG=ΔH-TΔS来判定反应的自发性。
2.教材改编题
(据人教选修四P32T2)已知反应A(g)+3B(g)3C(g)在一定温度下达到平衡,该反应的平衡常数表达式为____________。
若各物质的平衡浓度分别为c(A)=2.0mol·
L-1、c(B)=2.0mol·
L-1、c(C)=1.0mol·
L-1,则K=________。
答案 K=
3.教材改编题
(据人教选修四P36T1)下列过程的熵变的判断不正确的是( )
A.溶解少量食盐于水中,ΔS>
B.纯碳和氧气反应生成CO(g),ΔS>
C.H2O(g)变成液态水,ΔS>
D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g),ΔS>
答案 C
考点
化学平衡常数及应用
[典例1] (2018·
西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。
O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。
常温常压下发生的反应如下:
反应① O3O2+[O] ΔH>
0 平衡常数为K1;
反应② [O]+O32O2 ΔH<
0 平衡常数为K2;
总反应:
2O33O2 ΔH<
0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,总反应K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
解析 降温,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;
K1=
、
K2=
、K=
=K1·
K2,B项错误;
升高温度,反应①平衡向右移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;
对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。
名师精讲
1.平衡常数的几个易错点
(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数;
若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
(2)固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数,不能代入平衡常数表达式。
(3)两反应加和得到的新反应,其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积;
两反应相减,得到的新反应,其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。
2.化学平衡常数的应用
(1)利用K可以推测可逆反应进行的程度
K的大小表示可逆反应进行的程度,K大说明反应进行的程度大,反应物的平衡转化率大;
K小说明反应进行的程度小,反应物的平衡转化率小。
(2)利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(3)利用K的表达式确定化学反应方程式
根据平衡常数的书写原则确定出反应物、生成物以及各物质的化学计量数。
(4)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以及反应的方向
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,通过浓度商与K的相对大小来确定反应是否达到平衡状态。
Qc=
Qc
1.已知在600℃时,以下三个反应的平衡常数:
反应①:
CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s) K1
反应②:
H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g) K2
反应③:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K3
(1)反应①的平衡常数表达式为____________,反应④2CO(g)+2CuO(s)2CO2(g)+2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系是____________。
(2)反应②的K值随着温度升高而增大,则反应②的反应热ΔH________0。
(3)反应③的K3值与K1、K2的关系是____________。
(4)若其他条件不变,向反应③所在的密闭容器中充入H2O(g),则平衡将向________移动,该反应的平衡常数________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案
(1)K1=
K4=K
(2)>
(3)K3=
(4)正反应方向 不变
解析
(1)由反应①依据平衡常数的计算公式K1=
,反应①中固体物质浓度按常数1处理,由反应①系数×
2即得题干方程式,则K4=K
(2)温度升高,可逆反应向吸热方向进行,而K值增大,平衡正向移动,则正向为吸热的方向,故ΔH>0。
(3)反应③=反应①-反应②,则K3=
(4)依据平衡移动原理,平衡将向正反应方向移动,由于K值仅受温度影响,故K值不变。
2.(2018·
合肥高三模拟)在体积为1L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
1000
1200
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)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1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O,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)850℃ 向正反应方向进行中
解析
(1)由表格数据,可知随着温度升高,平衡常数增大,说明化学平衡向正反应方向移动。
(2)c(CO2)·
c(H2O),则计算出K=1.0,即此时温度为850℃,此温度下
=
<
1.0,故反应向正反应方向进行中。
化学平衡常数的计算
[典例2] (2018·
潍坊统考)温度为T0时,在容积固定的密闭容器中发生反应aX(g)+bY(g)cZ(g),4min时达到平衡,各物质浓度随时间变化的关系如图a所示。
其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。
A.发生反应时,各物质的反应速率大小关系为v(X)=v(Y)=2v(Z)
B.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5%
C.T0时,该反应的平衡常数为33.3
D.该反应正反应的反应热ΔH<
解析 根据图a可知,0~4min,X、Y的浓度分别减少0.25mol·
L-1、0.25mol·
L-1,Z的浓度增加0.5mol·
L-1,则反应方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),同一反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,则v(X)=v(Y)=
v(Z),A项错误;
图a中,Y的起始浓度为0.4mol·
L-1,平衡浓度为0.15mol·
L-1,则Y的转化率为
100%=62.5%,B项错误;
达到平衡时c(X)=0.05mol·
L-1,c(Y)=0.15mol·
L-1,c(Z)=0.5mol·
L-1,则平衡常数K=
≈33.3,C项正确;
根据图b可知,T1条件下反应先达到平衡,则T1>
T2,温度升高,c(Z)增大,则平衡向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,ΔH>
0,D项错误。
“三段式法”解答有关平衡常数、转化率的计算
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。
解题时,要注意条理清楚地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
(1)解题步骤
①写出涉及的可逆反应的化学方程式。
②找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量,哪些是未知量,按“三段式”列出。
③根据问题建立相应的关系式进行计算。
(2)具体方法
①分析三个量:
即起始量、转化量、平衡量。
②明确三个关系
a.对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。
b.对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。
c.各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。
③计算模式
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VL。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始(mol) a b 0 0
转化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a-mx b-nx px qx
则有:
a.平衡常数:
b.A的平衡浓度:
c(A)平=
mol·
L-1。
c.A的转化率:
α(A)平=
100%,α(A)∶α(B)=
∶
d.A的体积分数:
φ(A)=
e.平衡与起始压强之比:
3.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:
①NH4I(s)NH3(g)+HI(g),②2HI(g)H2(g)+I2(g)。
达到平衡时:
c(H2)=0.5mol·
L-1,c(HI)=4mol·
L-1,则此温度下反应①的平衡常数为________。
答案 20
解析 由平衡时H2的浓度,可求得反应②分解消耗HI的浓度,c分解(HI)=0.5mol·
L-1×
2=1mol·
L-1,故①式生成c(HI)=c平衡(HI)+c分解(HI)=4mol·
L-1+1mol·
L-1=5mol·
L-1,则c平衡(NH3)=5mol·
L-1,根据平衡常数表达式K=c平衡(NH3)·
c平衡(HI)=5×
4=20。
4.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)=1mol·
L-1,c(N)=2.4mol·
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)=4mol·
L-1,c(N)=amol·
达到平衡后,c(P)=2mol·
L-1,a=________。
(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为:
c(M)=c(N)=bmol·
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)由化学方程式知反应消耗N与M的物质的量相等,则N的转化率为
100%=25%。
(2)因为正反应是吸热反应,温度升高,平衡右移,所以M的转化率增大。
(3)反应温度不变,平衡常数不变,由
(1)中数据
M(g)+N(g) P(g)+Q(g)
起始(mol·
L-1) 1 2.4 0 0
变化(mol·
L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡(mol·
L-1) 1-0.6 2.4-0.6 0.6 0.6
,
M(g)+N(g)P(g)+Q(g)
L-1) 4 a 0 0
L-1) 2 2 2 2
L-1) 4-2 a-2 2 2
则
,解得a=6。
(4)同(3)的方法,解得M的转化率为41%。
化学反应进行的方向
[典例3] 灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿,现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用?
____________________________。
已知:
在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2180.9J·
mol-1、ΔS=-6.61J·
mol-1·
K-1。
解析 ΔH-TΔS=-2.1809kJ·
mol-1-273K×
(-6.61×
10-3kJ·
K-1)≈-0.38kJ·
mol-1<
0,能自发进行。
答案 会自发变成灰锡,不能再继续使用
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
5.下列说法正确的是( )
A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的
B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小
C.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>
D.反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>
解析 若ΔH<
0,ΔS>
0,则一定自发,若ΔH>
0,ΔS<
0,则一定不能自发,若ΔH<
0或ΔH>
0,反应能否自发,和温度有关,A、B错误;
C项中反应的ΔS>
0,若ΔH<
0,则一定自发,现常温下不自发,说明ΔH>
0,正确;
D项中反应的ΔS<
0,能自发,说明ΔH<
0,错误。
6.已知反应FeO(s)+C(s)===CO(g)+Fe(s)的ΔH>0(假设ΔH、ΔS不随温度变化而变化),下列叙述中正确的是( )
A.低温下为自发过程,高温下为非自发过程
B.高温下为自发过程,低温下为非自发过程
C.任何温度下为非自发过程
D.任何温度下为自发过程
答案 B
解析 已知ΔH>0,固固反应生成气体的反应ΔS>0,化学反应能自发进行的判据是ΔH-TΔS<0,即TΔS>ΔH,因此此反应只能是高温自发,B正确。
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