化學平衡化學平衡常數的計算[江蘇考綱要求]———————————————————————————————1．認識化學反應的可逆性。2．理解化學平衡的含義。3．理解化學平衡常數的含義，能用化學平衡常數進行簡單計算。可逆反應與化學平衡狀態4．能用焓變和熵變說明常見簡單化學反應的方向。可逆反應與化學平衡狀態[教材基礎—自熱身]1．可逆反應2．化學平衡狀態(1)概念一定條件下的可逆反應中，正反應速率與逆反應速率相等，反應體系中所有參加反應的物質的質量或濃度保持不變的狀態。(2)化學平衡的建立(3)化學平衡狀態的特點[知能深化—掃盲點]1．化學平衡狀態的判定如對密閉容器中的可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否達到平衡可以歸納如下表(用“平衡”或“不一定”填表)化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否平衡混合物體系中各成分的含量①各物質的物質的量或物質的質量分數一定平衡②各物質的質量或質量分數一定平衡③各氣體的體積或體積分數一定平衡④總體積、總壓強、總物質的量一定不一定正、逆反應速率之間的關系①在單位時間內消耗了mmolA，同時也生成了mmolA平衡②在單位時間內消耗了nmolB，同時也消耗了pmolC平衡③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q不一定④在單位時間內生成了nmolB，同時也消耗了qmolD不一定壓強①其他條件一定、總壓強一定，且m＋n≠p＋q平衡②其他條件一定、總壓強一定，且m＋n＝p＋q不一定混合氣體的平均相對分子質量①平均相對分子質量一定，且m＋n≠p＋q平衡②平均相對分子質量一定，且m＋n＝p＋q不一定溫度任何化學反應都隨著能量變化，當體系溫度一定時平衡氣體的密度密度一定不一定顏色對于有色物質參加或生成的可逆反應，反應體系內有色物質的顏色穩定不變平衡化學鍵對同一物質而言，斷裂的化學鍵的物質的量與形成的化學鍵的物質的量相等。如反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若有下列各項成立a．斷裂1molN≡N鍵的同時生成1molN≡N鍵；b．斷裂1molN≡N鍵的同時生成3molH—H鍵；c．生成1molN≡N鍵的同時生成6molN—H鍵平衡2.以下幾種情況不能作為可逆反應達到化學平衡狀態的標志(1)某一時刻，各物質的濃度(或物質的量或分子數)之比等于化學計量數之比的狀態。(2)恒溫、恒容條件下氣體體積不變的反應，混合氣體的壓強或氣體的總物質的量不隨時間變化，如2HI(g)I2(g)＋H2(g)。(3)全部是氣體參加的體積不變的反應，體系的平均相對分子質量不隨時間變化而變化，如2HI(g)I2(g)＋H2(g)。(4)全部是氣體參加的反應，恒容條件下體系的密度保持不變。[對點練]在恒溫、容積為2L的密閉容器中加入1molCO2和3molH2，發生如下反應：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＜0。可認定該可逆反應在一定條件下已達到化學平衡狀態的是()A．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1∶3∶1∶1B．v正(CO2)＝3v逆(H2)C．容器內混合氣體平均相對分子質量保持不變D．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量濃度都相等解析：選C因為反應前后氣體的物質的量不等，所以相對分子質量隨著反應進行而改變，當平均相對分子質量不變時，反應達到平衡。[題點全練—過高考]題點一可逆反應的特點1．反應2SO2＋O22SO3達到平衡后，再向反應容器中充入含氧的同位素eq\o\al(18,)8O的氧氣，經過一段時間后，eq\o\al(18,)8O原子存在于()A．O2 B．SO2C．O2和SO2 D．O2、SO2和SO3答案：D2．將0.2mol·L－1的KI溶液和0.1mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等體積混合后，取混合液分別完成下列實驗，能說明溶液中存在化學平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”的是()實驗編號實驗操作實驗現象①滴入KSCN溶液溶液變紅色②滴入AgNO3溶液有黃色沉淀生成③滴入K3[Fe(CN)6]溶液有藍色沉淀生成④滴入淀粉溶液溶液變藍色A．①和②B．②和④C．③和④ D．①和③解析：選A①現象說明存在Fe3＋，②現象說明有I－，③現象說明有Fe2＋生成，④現象說明有I2生成。但是③④不能說明反應為可逆反應。[規律方法](1)可逆反應的概念強調“相同條件”，如2H2Oeq\o(,\s\up7(電解),\s\do5(點燃))2H2↑＋O2↑不是可逆反應。(2)二次電池的充、放電不是可逆反應。(3)可逆反應不等同于可逆過程。可逆過程包括物理變化和化學變化，而可逆反應屬于化學變化。(4)一個可逆反應達到的平衡狀態就是這個反應在該條件下所能達到的限度。(5)化學反應的限度可以通過改變條件而改變。題點二化學平衡狀態的判斷3．在一定條件下，可逆反應X(g)＋2Y(g)2Z(g)ΔH＝－akJ·mol－1達到化學平衡時，下列說法一定正確的是()A．反應放出akJ熱量B．X和Y的物質的量之比為1∶2C．反應物和生成物的濃度都不再發生變化D．X的正反應速率等于Z的逆反應速率解析：選C由于參加反應的反應物的量未知，所以不能確定放出熱量的多少，A錯誤；根據化學方程式可知，X、Y反應或生成的物質的量之比是1∶2，不能確定平衡時二者的物質的量的關系，B錯誤；可逆反應達到平衡時，反應體系的任何物質的濃度都不會發生變化，C正確；反應達到平衡時，X的正反應速率與Z的逆反應速率之比是1∶2，D錯誤。4．一定溫度下在容積恒定的密閉容器中，進行如下可逆反應：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，下列敘述能表明該反應已達到平衡狀態的是()①混合氣體的密度不再變化時②容器內氣體的壓強不再變化時③混合氣體的總物質的量不再變化時④B的物質的量濃度不再變化時⑤混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態⑥當v正(B)＝2v逆(C)A．①④⑤⑥ B．②③⑥C．②④⑤⑥ D．只有④解析：選AA為固態，反應正向進行時氣體質量增大，逆向進行時氣體質量減小，所以密度不變時平衡，①正確；該反應前后氣體體積不變，所以壓強不變時不一定平衡，②錯誤；該反應前后氣體物質的量相等，所以混合氣體的總物質的量不變不一定平衡，③錯誤；B的濃度不變，說明反應平衡了，④正確；混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態，說明氣體的質量不變，正、逆反應速率相等，反應達到平衡，⑤正確；v正(B)＝2v逆(C)時，說明正、逆反應速率相等，反應達到平衡，⑥正確。5．在兩個恒容的密閉容器中進行下列兩個可逆反應：(甲)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，(乙)H2(g)＋I2(g)2HI(g)。現有下列狀態，將能證明上述反應達到化學平衡狀態的填入相應表格：表明(甲)達到平衡表明(乙)達到平衡①反應物的消耗速率與生成物的生成速率之比等于系數之比的狀態②反應物的消耗速率與生成物的消耗速率之比等于系數之比的狀態③速率之比等于系數之比的狀態④濃度之比等于系數之比的狀態⑤百分含量之比等于系數之比的狀態⑥混合氣體的顏色不再改變的狀態⑦混合氣體的密度不再改變的狀態⑧混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態⑨體系溫度不再改變的狀態⑩壓強不再改變的狀態?反應物的濃度不再改變的狀態?反應物或生成物的百分含量不再改變的狀態答案：②⑥⑧⑨⑩??②⑥⑨??題點三極值思想在化學平衡中的應用6．可逆反應N2＋3H22NH3，在容積為10L的密閉容器中進行，開始時加入2molN2和3molH2，達平衡時，NH3的濃度不可能達到()A．0.1mol·L－1 B．0.2mol·L－1C．0.05mol·L－1 D．0.15mol·L－1解析：選B2molN2和3molH2反應，假設反應能夠進行到底，則3molH2完全反應，生成2molNH3，此時NH3的濃度為0.2mol·L－1，但由于是可逆反應，不能完全反應，所以NH3的濃度達不到0.2mol·L－1。7．在密閉容器中進行反應：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定條件下，當反應達到平衡時，各物質的濃度有可能是()A．Z為0.3mol·L－1 B．Y2為0.4mol·L－1C．X2為0.2mol·L－1 D．Z為0.4mol·L－1解析：選A此題可用極端假設法確定各物質的濃度范圍。假設反應正向進行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)起始濃度(mol·L－1)0.10.30.2改變濃度(mol·L－1)0.10.10.2終態濃度(mol·L－1)00.20.4假設反應逆向進行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)起始濃度(mol·L－1)0.10.30.2改變濃度(mol·L－1)0.10.10.2終態濃度(mol·L－1)0.20.40平衡體系中各物質的濃度范圍為0＜c(X2)＜0.2mol·L－1，0.2mol·L－1＜c(Y2)＜0.4mol·L－1,0＜c(Z)＜0.4mol·L－1。化學平衡常數化學平衡常數[教材基礎—自熱身]1．概念在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數，用符號K表示。2．表達式對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下，反應達到平衡時，K＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))。[注意]固體和純液體的濃度視為常數，通常不計入平衡常數表達式中。3．意義K值越大，反應物的轉化率越大，正反應進行的程度越大，但不能預測反應達到平衡所需要的時間。4．影響因素K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。若正反應是吸熱反應，升高溫度則K值增大；若正反應是放熱反應，升高溫度則K值減小。[注意]化學平衡常數是指某一具體可逆反應的平衡常數。[知能深化—掃盲點]提能點一平衡常數的含義(1)化學平衡常數與化學方程式書寫形式的關系①對于同一可逆反應，正反應的平衡常數等于逆反應的平衡常數的倒數，即：K正＝eq\f(1,K逆)。②若化學方程式中的化學計量數等倍擴大或縮小，盡管是同一反應，平衡常數也會發生改變。③兩反應加和，得到的新反應，其化學平衡常數是兩反應平衡常數的乘積；兩反應相減，得到的新反應，其化學平衡常數是兩反應平衡常數相除得到的商。(2)化學平衡常數與平衡移動的關系對于給定可逆反應，即使化學平衡發生移動，但只要溫度不變，平衡常數就不會改變，利用此守恒可以計算恒定溫度下再次平衡后的轉化率等物理量，這也是定量化學的重要定律。[對點練]1．判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)平衡常數表達式中，可以是物質的任一濃度()(2)催化劑能改變化學反應速率，也能改變平衡常數()(3)平衡常數發生變化，化學平衡不一定發生移動()(4)化學平衡發生移動，平衡常數不一定發生變化()(5)溫度升高，化學平衡常數一定增大()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×2．對于①N2＋3H22NH3K1②2NH3N2＋3H2K2③NH3eq\f(1,2)N2＋eq\f(3,2)H2K3(1)寫出K1、K2的表達式：K1＝______________________、K2＝______________________。(2)K2與K1的關系式：K2＝________；K2與K3的關系式：K2＝________(或K3＝________)。答案：(1)eq\f(c2(NH3),c(N2)·c3(H2))eq\f(c3(H2)·c(N2),c2(NH3))(2)eq\f(1,K1)Keq\o\al(2,3)eq\r(K2)eq\a\vs4\al(提能點(二)化學平衡常數的應用)(1)利用K可以推測可逆反應進行的程度K的大小表示可逆反應進行的程度，K大說明反應進行的程度大，反應物的轉化率大；K小說明反應進行的程度小，反應物的轉化率小。K<10－510－5～105105反應程度很難進行反應可逆反應接近完全(2)利用K可判斷反應的熱效應若升高溫度，K值增大，則正反應為吸熱反應；若升高溫度，K值減小，則正反應為放熱反應。T、K變化一致，正反應吸熱；T、K變化相反，正反應放熱。(3)利用K值計算反應物的轉化率根據起始濃度(或平衡濃度)和平衡常數可以計算平衡濃度(或起始濃度)，從而計算反應物的轉化率。(4)利用K判斷化學平衡狀態及反應的方向對于可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，通過離子積與K的相對大小來確定反應是否達到平衡狀態。Qc＝eq\f(cc(C)·cd(D),ca(A)·cb(B))。Qceq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(<K反應向正反應方向進行，v(正)>v(逆),＝K反應處于化學平衡狀態，v(正)＝v(逆),>K反應向逆反應方向進行，v(正)<v(逆)))[對點練]3．在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化學平衡常數K和溫度t的關系如表所示：t℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列問題：(1)該反應的化學平衡常數表達式為K＝_____________________________________。(2)該反應為________反應(填“吸熱”或“放熱”)。(3)某溫度下，各物質的平衡濃度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，試判斷此時的溫度為________。(4)若830℃時，向容器中充入1molCO、5molH2O，反應達到平衡后，其化學平衡常數K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”)。(5)830℃時，容器中的反應已達到平衡。在其他條件不變的情況下，擴大容器的體積，平衡________移動(填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“不”)。解析：(1)根據化學方程式可寫出K＝eq\f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2))。(2)分析表中數據可知，隨著溫度的升高，K值逐漸增大，說明正反應是吸熱反應。(3)某溫度下，由3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)得出eq\f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2))＝eq\f(3,5)＝0.6＝K，K只與溫度有關，溫度一定則K為定值，查表知K＝0.6時對應溫度是700℃。(4)只要溫度不變，K數值就不變，故830℃條件下，K的數值是1.0。(5)830℃時達到平衡，擴大容器體積的瞬間，反應物和生成物的濃度都減小相同的倍數，據K＝eq\f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2))可知，濃度同時改變相同倍數時，則平衡不移動。答案：(1)eq\f(c(CO)·c(H2O),c(CO2)·c(H2))(2)吸熱(3)700℃(4)等于(5)不[題點全練—過高考]題點一平衡常數的含義1．在一定條件下，已達平衡的可逆反應：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列說法中正確的是()A．平衡時，此反應的平衡常數K與各物質的濃度有如下關系：K＝eq\f(c2(C),c2(A)·c(B))B．改變條件后，該反應的平衡常數K一定不變C．如果改變壓強并加入催化劑，平衡常數會隨之變化D．若平衡時增加A和B的濃度，則平衡常數會減小解析：選AK只隨溫度的改變而改變，除改變溫度外，改變其他條件都不會引起平衡常數的改變。2．某溫度下2L密閉容器中3種氣體起始狀態和平衡狀態時的物質的量(n)如表所示，下列說法正確的是()XYWn(起始狀態)/mol210n(平衡狀態)/mol10.51.5A.該溫度下，此反應的平衡常數表達式是K＝eq\f(c2(X)·c(Y),c3(W))B．其他條件不變，升高溫度，若W的體積分數減小，則此反應ΔH<0C．其他條件不變，使用催化劑，正、逆反應速率和平衡常數均增大，平衡不移動D．其他條件不變，當密閉容器中混合氣體密度不變時，表明反應已達到平衡解析：選B由表知，X、Y是反應物，W是生成物，且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)＝2∶1∶3，化學方程式為2X＋Y3W，反應的平衡常數表達式是K＝eq\f(c3(W),c2(X)·c(Y))，A錯誤；升高溫度，若W的體積分數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則此反應的ΔH<0，B正確；使用催化劑，平衡常數不變，C錯誤；混合氣體密度一直不變，不能說明反應已達到平衡，D錯誤。3．研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應：2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)K12NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)K2則4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常數K＝_________________________________________________(用K1、K2表示)。解析：K1＝eq\f(c(ClNO),c2(NO2))，K2＝eq\f(c2(ClNO),c2(NO)·c(Cl2))，K＝eq\f(c(Cl2)·c2(NO),c4(NO2))＝eq\f(K\o\al(2,1),K2)。答案：eq\f(K\o\al(2,1),K2)題點二平衡常數的影響因素及應用4．甲醇是重要的化學工業基礎原料和清潔液體燃料。工業上可利用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知制備甲醇的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：化學反應平衡常數溫度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)K3(1)據反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反應③的ΔH________(填“>”或“<”)0。(3)500℃時測得反應③在某時刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。解析：(1)K1＝eq\f(c(CH3OH),c2(H2)·c(CO))，K2＝eq\f(c(H2O)·c(CO),c(H2)·c(CO2))，K3＝eq\f(c(CH3OH)·c(H2O),c3(H2)·c(CO2))，K3＝K1·K2。(2)根據K3＝K1·K2，500℃、800℃時，反應③的平衡常數分別為2.5、0.375；升溫，K減小，平衡左移，正反應為放熱反應，所以ΔH<0。(3)Qc＝eq\f(0.15×0.3,0.83×0.1)<2.5。所以v正>v逆。答案：(1)K1·K2(2)<(3)>5．在一個體積為2L的真空密閉容器中加入0.5molCaCO3，發生反應CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，測得二氧化碳的物質的量濃度隨溫度的變化關系如下圖所示，圖中A表示CO2的平衡濃度與溫度的關系曲線，B表示不同溫度下反應經過相同時間時CO2的物質的量濃度的變化曲線。請按要求回答下列問題：(1)該反應正反應為________熱反應(填“吸”或“放”)，溫度為T5℃時，該反應耗時40s達到平衡，則T5℃時，該反應的平衡常數數值為________。(2)如果該反應的平衡常數K值變大，該反應________(填標號)。a．一定向逆反應方向移動b．在平衡移動時正反應速率先增大后減小c．一定向正反應方向移動d．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大(3)請說明隨溫度的升高，曲線B向曲線A逼近的原因：________________________________________________________________________.(4)保持溫度，體積不變，充入CO2氣體，則CaCO3的質量________，CaO的質量________，CO2的濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)。(5)在T5℃下，維持溫度和容器體積不變，向上述平衡體系中再充入0.5molN2，則最后平衡時容器中的CaCO3的質量為________g。解析：(1)T5℃時，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝0.20。(2)K值增大，平衡正向移動，正反應速率大于逆反應速率。(4)體積不變，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3質量增大，CaO質量減小，由于溫度不變，K不變，所以c(CO2)不變。(5)保持體積、溫度不變，充入N2，平衡不移動，c(CO2)仍等于0.20mol·L－1，其物質的量為0.4mol，所以剩余CaCO3的物質的量為0.5mol－0.4mol＝0.1mol，其質量為10g。答案：(1)吸0.2(2)bc(3)隨著溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需要的時間變短(4)增大減小不變(5)10有關化學平衡的計算有關化學平衡的計算[教材基礎—自熱身]1．平衡轉化率(1)平衡轉化率的計算對于化學反應aA＋bBcC＋dD，達到平衡時，反應物A的轉化率＝eq\f(A的起始濃度－A的平衡濃度,A的起始濃度)×100%。(2)K值與平衡轉化率的關系K值正反應進行的程度平衡時生成物濃度平衡時反應物濃度反應物轉化率越大越大越eq\a\vs4\al(大)越eq\a\vs4\al(小)越eq\a\vs4\al(高)越小越小越eq\a\vs4\al(小)越eq\a\vs4\al(大)越eq\a\vs4\al(低)2.計算方法——三段式法化學平衡計算模式：對以下反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，設A、B起始物質的量(mol)分別為a、b，達到平衡后，A的消耗量為mx，容器容積為VL。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)ab00變化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)a－mxb－nxpxqx則有：①K＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(px,V)))p·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(qx,V)))q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(a－mx,V)))m·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(b－nx,V)))n)。②c(A)平＝eq\f(a－mx,V)mol·L－1。③α(A)平＝eq\f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。④φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋(p＋q－m－n)x)×100%。⑤eq\f(p(平),p(始))＝eq\f(a＋b＋(p＋q－m－n)x,a＋b)。⑥eq\x\to(ρ)(混)＝eq\f(a·M(A)＋b·M(B),V)(g·L－1)。⑦eq\x\to(M)＝eq\f(a·M(A)＋b·M(B),a＋b＋(p＋q－m－n)x)(g·mol－1)。有關轉化率的計算及判斷[典例1]羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)K＝0.1反應前CO物質的量為10mol，平衡后CO物質的量為8mol。下列說法正確的是()A．升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應是吸熱反應B．通入CO后，正反應速率逐漸增大C．反應前H2S物質的量為7molD．CO的平衡轉化率為80%[解析]升高溫度，H2S濃度增大，說明平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，則該反應的正反應為放熱反應，故A不正確；通入CO后，正反應速率瞬間增大，之后化學平衡發生移動，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，當正反應速率和逆反應速率相等時，反應達到新的化學平衡狀態，故B不正確；設反應前H2S的物質的量為amol，容器的容積為1L，列“三段式”進行解題：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)eq\a\vs4\al(起始/(mol·L－1))10a00eq\a\vs4\al(轉化/(mol·L－1))2222eq\a\vs4\al(平衡/(mol·L－1))8a－222化學平衡常數K＝eq\f(2×2,8×(a－2))＝0.1，解得a＝7，故C正確；CO的平衡轉化率為eq\f(10mol－8mol,10mol)×100%＝20%，故D不正確。[答案]C[對點練]1．(2019·鹽城模擬)某溫度下，在一個2L的密閉容器中，加入4molX和2molY進行如下反應：3X(g)＋2Y(g)4Z(s)＋2W(g)，反應一段時間后達到平衡，測得生成1.6molZ，則下列說法正確的是()A．該反應的化學平衡常數表達式是K＝eq\f(c4(Z)·c2(W),c3(X)·c2(Y))B．此時，Y的平衡轉化率是40%C．增大該體系的壓強，化學平衡常數增大D．增加Y，Y的平衡轉化率增大解析：選B化學平衡常數的表達式中不能出現固體或純液體物質，而物質Z是固體，A錯誤；根據化學方程式可知，平衡時Y減少的物質的量是1.6mol×eq\f(1,2)＝0.8mol，所以Y的轉化率為eq\f(0.8mol,2mol)×100%＝40%，B正確；平衡常數只與溫度有關，增大壓強時平衡常數不變，C錯誤；增加Y后平衡右移，X的轉化率增大，而Y的轉化率減小，D錯誤。有關化學平衡常數的綜合應用[典例2](2016·海南高考)順-1,2-二甲基環丙烷和反-1,2-二甲基環丙烷可發生如下轉化：該反應的速率方程可表示為v(正)＝k(正)c(順)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定溫度時為常數，分別稱作正、逆反應速率常數。回答下列問題：(1)已知：t1溫度下，k(正)＝0.006s－1，k(逆)＝0.002s－1，該溫度下反應的平衡常數值K1＝________；該反應的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，則ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。(2)t2溫度下，圖中能表示順式異構體的質量分數隨時間變化的曲線是________(填曲線編號)，平衡常數值K2＝______；溫度t2______t1(填“小于”“等于”或“大于”)，判斷理由是_________________________________。[解析](1)根據v(正)＝k(正)c(順)、k(正)＝0.006s－1，則v(正)＝0.006c(順)，v(逆)＝k(逆)c(反)、k(逆)＝0.002s－1，則v(逆)＝0.002c(反)，化學平衡狀態時正逆反應速率相等，則0.006c(順)＝0.002c(反)，K1＝eq\f(c(反),c(順))＝eq\f(0.006,0.002)＝3；該反應的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，說明斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量，即該反應為放熱反應，則ΔH小于零。(2)反應開始時，c(順)的濃度大，單位時間的濃度變化大，w(順)的變化也大，故B曲線符合題意，設順式異構體的起始濃度為x，該可逆反應左右物質系數相等，均為1，則平衡時，順式異構體為0.3x，反式異構體為0.7x，所以平衡常數值K2＝eq\f(0.7x,0.3x)＝eq\f(7,3)，因為K1＞K2，放熱反應升高溫度時平衡向逆反應方向移動，所以溫度t2大于t1。[答案](1)3小于(2)Beq\f(7,3)大于放熱反應升高溫度時平衡向逆反應方向移動[對點練]2．(2019·海門中學模擬)(1)目前國際空間站處理CO2的一個重要方法是將CO2還原，所涉及的反應方程式為CO2(g)＋4H2(g)eq\o(,\s\up7(Ru),\s\do5())CH4(g)＋2H2O(g)。已知H2的體積分數隨溫度的升高而增加。若溫度從300℃升至400℃，重新達到平衡，判斷下列表格中各物理量的變化。(選填“增大”“減小”或“不變”)v正v逆平衡常數K轉化率α(2)相同溫度時，上述反應在不同起始濃度下分別達到平衡，各物質的平衡濃度如表：c(CO2)/(mol·L－1)c(H2)/(mol·L－1)c(CH4)/(mol·L－1)c(H2O)/(mol·L－1)平衡Ⅰabcd平衡Ⅱmnxya、b、c、d與m、n、x、y之間的關系式為____________。解析：(1)H2的體積分數隨溫度的升高而增加，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，即正反應是放熱反應。升高溫度，正、逆反應速率均增大，平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，反應物的轉化率減小。(2)相同溫度時平衡常數不變，則a、b、c、d與m、n、x、y之間的關系式為eq\f(cd2,ab4)＝eq\f(xy2,mn4)。答案：(1)增大增大減小減小(2)eq\f(cd2,ab4)＝eq\f(xy2,mn4)[題點全練—過高考]1．汽車發動機中生成NO的反應為N2(g)＋O2(g)2NO(g)，T℃時，K＝0.09。在T℃下往甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，分別投入N2(g)和O2(g)模擬反應，起始濃度如表所示。下列判斷不正確的是()起始濃度甲乙丙c(N2)/(mol·L－1)0.460.460.92c(O2)/(mol·L－1)0.460.230.92A.起始時，反應速率：丙>甲>乙B．平衡時，c(NO)：甲＝丙>乙C．平衡時，N2的轉化率：甲>乙D．平衡時，甲中c(N2)＝0.4mol·L－1解析：選B起始時，反應物總濃度：丙>甲>乙，故起始時，反應速率：丙>甲>乙，A項正確；丙中反應相當于將甲容器體積壓縮一半發生的反應，體系壓強增大，但由于該反應為反應前后氣體分子數不變的反應，故平衡不移動，則平衡時丙中NO的濃度為甲中NO的濃度的2倍，乙中反應相當于減小甲中O2的初始濃度發生的反應，平衡逆向移動，所以平衡時乙中NO的濃度小于甲中NO的濃度，B項錯誤；甲、乙中N2的初始濃度相等，甲中反應相當于增大乙中氧氣的初始濃度發生的反應，則甲中N2的轉化率較大，故平衡時，N2的轉化率：甲>乙，C項正確；T℃時，K＝0.09，設甲中反應平衡時消耗的N2的濃度為xmol·L－1，則有：N2(g)＋O2(g)2NO(g)初始(mol·L－1)0.460.460轉化(mol·L－1)xx2x平衡(mol·L－1)0.46－x0.46－x2x平衡常數K＝eq\f((2x)2,(0.46－x)2)＝0.09，解得x＝0.06，所以平衡時甲中c(N2)＝0.4mol·L－1，D項正確。2．某溫度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常數K＝eq\f(9,4)。該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始濃度如表所示：物質起始濃度甲乙丙c(H2)/(mol·L－1)0.0100.0200.020c(CO2)/(mol·L－1)0.0100.0100.020下列判斷不正確的是()A．平衡時，乙中CO2的轉化率大于60%B．平衡時，甲中和丙中H2的轉化率均是60%C．平衡時，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol·L－1D．反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢解析：選C設平衡時甲中CO2的轉化濃度為xmol·L－1，則H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)起始(mol·L－1)0.0100.01000轉化(mol·L－1)xxxx平衡(mol·L－1)0.010－x0.010－xxx根據平衡常數得：eq\f(x2,(0.010－x)2)＝eq\f(9,4)，解得x＝0.006，則甲中CO2的轉化率為eq\f(0.006mol·L－1,0.01mol·L－1)×100%＝60%，由于乙相對甲增大了c(H2)，因此CO2的轉化率增大，A項正確；丙與甲為等效平衡，轉化率相等，B項正確；平衡時甲中c(CO2)＝0.010mol·L－1－0.006mol·L－1＝0.004mol·L－1，丙中CO2的平衡濃度是甲中的兩倍為0.008mol·L－1，C項錯誤；丙中反應物濃度最大，反應速率最快，甲中反應物濃度最小，反應速率最慢，D項正確。3．無色氣體N2O4是一種強氧化劑，為重要的火箭推進劑之一。N2O4與NO2轉換的熱化學方程式為N2O4(g)2NO2(g)ΔH＝＋24.4kJ·mol－1。上述反應中，正反應速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反應速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆為速率常數，則Kp為________(以k正、k逆表示)。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298K、壓強100kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104s－1，當N2O4分解10%時，v正＝________kPa·s－1。解析：平衡時，v正＝v逆，k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，Kp為eq\f(k正,k逆)。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298K、壓強100kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104s－1，當N2O4分解10%時，v正＝4.8×104s－1×100kPa×eq\f(0.9,1.1)≈3.9×106kPa·s－1。答案：eq\f(k正,k逆)3.9×106[規律方法]有關化學平衡計算的三點注意(1)注意反應物和生成物的濃度關系：反應物：c(平)＝c(始)－c(變)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(變)。(2)利用eq\x\to(ρ)混＝eq\f(m總,V)和eq\x\to(M)＝eq\f(m總,n總)計算時要注意m總應為氣體的質量，V應為反應容器的體積，n總應為氣體的物質的量。(3)起始濃度、平衡濃度不一定呈現化學計量數之比，但物質之間是按化學計量數反應和生成的，故各物質的濃度變化之比一定等于化學計量數之比，這是計算的關鍵。化學反應的方向化學反應的方向[教材基礎—自熱身]1．自發過程(1)含義：在一定條件下，不需要借助外力作用就能自動進行的過程。(2)特點：①體系趨向于從高能狀態轉變為低能狀態(體系對外部做功或釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序轉變為無序的傾向性(無序體系更加穩定)。2．自發反應在一定條件下，無需外界幫助就能自發進行的反應。3．判斷化學反應方向的依據(1)焓判據：放熱過程中體系能量降低，ΔH<0，具有自發進行的傾向，但有些吸熱反應也可以自發進行，如NH4Cl和Ba(OH)2的反應，故只用焓變判斷反應方向不全面。(2)熵判據：①熵的大小：同種物質，熵值：氣態>液態>固態；②熵判據：體系的混亂度增加(即熵增)，ΔS>0，反應有自發進行的傾向。但有些熵減的過程也能自發進行，故只用熵變來判斷反應方向也不全面。(3)綜合判斷反應方向的依據：在溫度、壓強一定的條件下，化學反應方向是反應的焓變和熵變共同影響的結果，反應方向的復合判據為ΔG＝ΔH－TΔS。ΔHΔSΔG反應情況－＋<0任何溫度下均自發進行＋－>0任何溫度下均非自發進行＋＋低溫>0、高溫<0低溫時非自發，高溫時自發－－低溫<0、高溫>0低溫時自發，高溫時非自發[題點全練—過高考]1．判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)放熱過程均可以自發進行，吸熱過程均不能自發進行()(2)CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑是一個熵增的過程()(3)焓變是影響反應是否具有自發性的唯一因素()(4)ΔH<0、ΔS>0時，反應一定能自發進行()(5)吸熱且熵增加的反應，當溫度升高時，反應一定能自發進行()(6)－10℃的水結成冰，可用熵變的判據來解釋反應的自發性()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×2．下列反應過程中，ΔH>0且ΔS>0的是()A．NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)B．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)C．4Al(s)＋3O2(g)=2Al2O3(s)D．HCl(aq)＋NaOH(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l)解析：選BA是熵減的放熱反應；C是熵減的放熱反應；D是放熱反應。3．分析下列反應在任何溫度下均能自發進行的是()A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g) ΔH＝＋163kJ·mol－1B．H2O2(l)=eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98kJ·mol－1C．HgO(s)=Hg(l)＋eq\f(1,2)O2(g) ΔH＝＋91kJ·mol－1D．Ag(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=AgCl(s) ΔH＝－127kJ·mol－1解析：選BA項，反應是熵減的吸熱反應，ΔH＞0，ΔS＜0，在任何溫度下都不能自發進行，錯誤；B項，反應是熵增的放熱反應，ΔH＜0，ΔS＞0,在任何溫度下均能自發進行，正確；C項，反應是熵增的吸熱反應，ΔH＞0，ΔS＞0，在低溫下不能自發進行，錯誤；D項，反應是熵減的放熱反應，ΔH＜0，ΔS＜0，在高溫下不能自發進行，錯誤。4．已知碳酸鈣的分解①CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH1僅在高溫下自發進行；氯酸鉀的分解②2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)ΔH2在任何溫度下都自發進行。下面有幾組焓變數據，其中可能正確的是()A．ΔH1＝－178.32kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3kJ·mol－1B．ΔH1＝＋178.32kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3kJ·mol－1C．ΔH1＝－178.32kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3kJ·mol－1D．ΔH1＝＋178.32kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3kJ·mol－1解析：選B當ΔH－TΔS＜0時反應能自發進行，反應①②的ΔS＞0，當ΔH＞0時反應須在高溫下才能自發進行，當ΔH＜0時反應在任何溫度下都能自發進行，故ΔH1>0，ΔH2<0。eq\a\vs4\al([本講達標檢測])[課堂真題集訓—明考向]1．判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)(2018·江蘇高考)反應4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)常溫下可自發進行，該反應為吸熱反應()(2)(2017·江蘇高考)反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0()(3)(2014·江蘇高考)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發進行，則該反應的ΔH＞0()(4)(2013·江蘇高考)反應NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發進行，則該反應的ΔH<0()(5)(2012·江蘇高考)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室溫下不能自發進行，說明該反應的ΔH<0()(6)(2011·江蘇高考)一定溫度下，反應MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√2．(雙選)(2013·江蘇高考)一定條件下存在反應：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反應放熱。現有三個相同的2L恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,700℃條件下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是()A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反應速率相同B．容器Ⅰ、Ⅲ中反應的平衡常數相同C．容器Ⅰ中CO的物質的量比容器Ⅱ中的多D．容器Ⅰ中CO的轉化率與容器Ⅱ中CO2的轉化率之和小于1解析：選CD容器Ⅰ中反應從正反應建立平衡，正反應速率逐漸減小，Ⅱ中反應從逆反應建立平衡，正反應速率逐漸增大，因此正反應速率不同，A項錯誤；容器Ⅰ、Ⅲ中反應放出的熱量不同，由于容器絕熱，因此反應溫度不同，平衡常數不同，B項錯誤；容器Ⅰ中反應達平衡的過程放出熱量，容器Ⅱ中反應達平衡的過程吸收熱量，因正反應放熱，逆反應吸熱，因此兩容器中反應進行的程度均小于恒溫容器中的，則容器Ⅰ中CO的物質的量比容器Ⅱ中的多，容器Ⅰ中CO的轉化率與容器Ⅱ中CO2的轉化率之和小于1，C、D正確。3．(2017·天津高考)常壓下羰基化法精煉鎳的原理為：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃時，該反應的平衡常數K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸點為42.2℃，固體雜質不參與反應。第一階段：將粗鎳與CO反應轉化成氣態Ni(CO)4；第二階段：將第一階段反應后的氣體分離出來，加熱至230℃制得高純鎳。下列判斷正確的是()A．增加c(CO)，平衡向正向移動，反應的平衡常數增大B．第一階段，在30℃和50℃兩者之間選擇反應溫度，選50℃C．第二階段，Ni(CO)4分解率較低D．該反應達到平衡時，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)解析：選B增加c(CO)，平衡正向移動，但平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變，A項錯誤；第一階段，50℃時，反應速率較快且Ni(CO)4為氣態，能從反應體系中分離出來，B項正確；相同溫度下，第二階段與第一階段的平衡常數互為倒數，則230℃時，第二階段的平衡常數K′＝5×104，反應進行的程度大，故Ni(CO)4分解率較高，C項錯誤；該反應達到平衡時，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，D項錯誤。4．(2016·全國卷Ⅰ節選)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍紫色)、Cr(OH)eq\o\al(－,4)(綠色)、Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙紅色)、CrOeq\o\al(2－,4)(黃色)等形式存在，Cr(OH)3為難溶于水的灰藍色固體，回答下列問題：CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)在溶液中可相互轉化。室溫下，初始濃度為1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))隨c(H＋)的變化如圖所示。(1)用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉化反應__________________________________________________。(2)由圖可知，溶液酸性增大，CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率________(填“增大”“減小”或“不變”)。根據A點數據，計算出該轉化反應的平衡常數為________。(3)升高溫度，溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率減小，則該反應的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。解析：(1)由信息CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)在溶液中可相互轉化，再結合圖像知，Na2CrO4溶液中的轉化反應為2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O。(2)由圖可知，溶液的酸性增強，Cr2Oeq\o\al(2－,7)的濃度越大，平衡向正反應方向移動，因此CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率增大；由反應2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O得該轉化反應的平衡常數表達式為eq\f(c(Cr2O\o\al(2－,7)),c2(CrO\o\al(2－,4))·c2(H＋))，根據A點數據可以得出c(H＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝0.25mol·L－1，可求出轉化的c(CrOeq\o\al(2－,4))＝0.25mol·L－1×2＝0.5mol·L－1，進一步可得平衡時c(CrOeq\o\al(2－,4))＝0.5mol·L－1，代入表達式中得平衡常數K＝1.0×1014。(3)溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率減小，說明平衡向逆反應方向移動，由升高溫度平衡向吸熱的方向移動，得出正反應為放熱反應，ΔH小于0。答案：(1)2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O(2)增大1.0×1014(3)小于5．(2016·全國卷Ⅲ節選)煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大氣，采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝。回答下列問題：(1)在鼓泡反應器中通入含有SO2和NO的煙氣，反應溫度323K，NaClO2溶液濃度為5×10－3mol·L－1。反應一段時間后溶液中離子濃度的分析結果如下表。離子SOeq\o\al(2－,4)SOeq\o\al(2－,3)NOeq\o\al(－,3)NOeq\o\al(－,2)Cl－c/(mol·L－1)8.35×10－46.87×10－61.5×10－41.2×10－53.4×10－3①寫出NaClO2溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式_________________________。增加壓強，NO的轉化率________(填“提高”“不變”或“降低”)。②隨著吸收反應