2024年高考化学一轮复习讲练测（全国通用）第22讲 化学平衡常数及转化率的计算（讲）-（原卷版）

第22讲化学平衡常数及转化率的计算目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1、考查化学平衡常数及影响因素高频考点2、考查化学平衡常数的应用高频考点3、考查化学平衡常数Kc的计算高频考点4、考查压强平衡常数Kp的计算高频考点5、考查化学反应进行方向的判断高频考点6、考查化学反应条件的控制正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆知识点一化学平衡常数及应用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，用符号K表示。2．表达式（1）Kc的一般表达式（以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例）Kc＝eq\f(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)。（2）Kp的一般表达式（以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例）Kp＝eq\f(pcC·pdD,paA·pbB)[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数或体积分数×总压强]。注：a.分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋……＝pb.气体的分压之比等于其物质的量之比：eq\f(pB,pD)＝eq\f(nB,nD)。c.某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：eq\f(pB,p)＝eq\f(nB,n)＝φ(B)。【易错提醒】化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或eq\f(1,n)次幂。(3)两方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。(4)关于H2O的浓度问题①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能代入平衡常数表达式。如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝eq\f(c(HCl)·c(NH3·H2O),c(NH4Cl))。②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。(5)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。(6)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。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，与压强变化、是否使用催化剂无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学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。4．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物浓度平衡时反应物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【特别提醒】K值大小与反应程度的关系K<10－510－5～105>105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全(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(g)pC(g)＋qD(g)，浓度商Qc＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Qcv逆,Qc＝K：反应处于化学平衡状态，v正＝v逆,Qc>K：反应向逆反应方向进行，v正105时，认为该反应基本进行完全；K<10－5时，一般认为该反应很难进行；而K在10－5～105反应被认为是典型的可逆反应。知识点二有关化学平衡的计算——三段式计算模式“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、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．分析三个量：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起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量(mol/L)ab00变化量(mol/L)mxnxpxqx平衡量(mol/L)a－mxb－nxpxqx则有①平衡常数：K＝eq\f(\f(px,V)p·\f(qx,V)q,\f(a－mx,V)m·\f(b－nx,V)n)。②A的平衡浓度：c(A)＝eq\f(a－mx,V)mol·L－1。③A的转化率：α(A)＝eq\f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。④A的体积分数：φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋p＋q－m－nx)×100%。⑤平衡压强与起始压强之比：eq\f(p平,p始)＝eq\f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。⑥混合气体的平均密度eq\x\to(ρ)(混)＝eq\f(a·MA＋b·MB,V)g·L－1。⑦混合气体的平均摩尔质量eq\x\to(M)＝eq\f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx)g·mol－1。⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq\f(实际产量,理论产量)×100%。名师助学：有关化学平衡计算的注意事项(1)注意反应物和生成物的浓度关系反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。(2)利用ρ混＝eq\f(m总,V)和Mr＝eq\f(m总,n总)计算时要注意m总应为气体的总质量，V应为反应容器的体积，n总应为气体的总物质的量。(3)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。(4)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。(5)有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。(6)在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。4.压强平衡常数Kp(1)Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。(2)计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。5.转化率大小变化分析判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m＋n＞p＋q反应物A和B的转化率均增大m＋n＜p＋q反应物A和B的转化率均减小m＋n＝p＋q反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)＋pC(g)增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m＞n＋p反应物A的转化率增大m＜n＋p反应物A的转化率减小m＝n＋p反应物A的转化率不变知识点三化学反应进行的方向1.化学反应方向的判断（1）自发过程A.含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。B.特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。(2)自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。(3)判断化学反应方向的依据A.焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。B.熵变与反应方向①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。②熵和熵变的含义a．熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量，用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。b．熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。C.综合判断反应方向的依据①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。2．控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。3．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。4．工业合成氨的条件选择(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。(2)(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件(4)综合考虑——选择适宜的生产条件①温度：400～500℃②压强：10～30MPa③投料比：eq\f(n（N2）,n（H2）)＝eq\f(1,2.8