第20讲 化学平衡常数及转化率的计算- 2024年高考化学大一轮复习【精讲精练+专题讲座】

第20讲 化学平衡常数及转化率的计算 【化学学科素养】 变化观念与平衡思想：能从化学平衡常数的角度分析化学反应，运用化学平衡常数解决问题。能多角度、动态地分析化学反应的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。 证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。能运用模型解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。 科学探究与创新意识：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能运用化学反应原理对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。 【必备知识解读】 一、化学平衡常数的概念及应用 1．化学平衡常数 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)对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，K＝(计算K利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 (2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。举例如下： 化学方程式 平衡常数 关系式 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝ K2＝ K3＝ N2(g)＋H2(g) NH3(g) K2＝ 2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) K3＝ 3．注意事项 (1)K值越大，反应物的转化率越高，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)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。 4．应用 (1)判断可逆反应进行的程度 K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。 K ＜10－5 10－5～105 ＞105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全 (2)判断化学反应进行的方向 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，反应物与生成物浓度有如下关系： Q＝，称为浓度商。 Q＜K 反应向正反应方向进行，v正＞v逆 Q＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆 Q＞K 反应向逆反应方向进行，v正＜v逆 (3)判断可逆反应的热效应 二、化学反应进程的方向 1．自发过程 (1)含义 不用借助外力就可以自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。 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．熵与熵变 (1)熵 描述体系混乱程度的物理量，符号为S。 熵值越大，体系混乱度越大。 (2)熵变 ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。 3．反应进行的方向 (1)判据 (2)规律 ①ΔH＜0，ΔS＞0的反应任何温度下都能自发进行； ②ΔH＞0，ΔS＜0的反应任何温度下都不能自发进行； ③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH＜0，ΔS＜0时，低温下反应能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时，高温下反应能自发进行。 【特别提醒】对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。 【方法技巧】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下均非自发进行 ＋ ＋ 低温为正，高温为负 低温时非自发，高温时自发 － － 低温为负，高温为正 低温时自发，高温时非自发 【关键能力拓展】 一、平衡常数和转化率的相关计算 1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量 　 　 　N2　＋　3H22NH3 起始量 1 3 0 变化量 a b c 平衡量 1－a 3－b c ①反应物的平衡量＝起始量－转化量。 ②生成物的平衡量＝起始量＋转化量。 ③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。 2．掌握四个公式 (1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。 (2)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＝×100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量＝×100%。 (4)某组分的体积分数＝×100%。 3．答题模板 反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b