课时2 化学反应的方向和限度
[2018备考·最新考纲]
1．了解化学平衡常数（K）的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。能正确计算化学反应的转化率（α）。2.了解化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
考点一 化学反应进行的方向 (考点层次A→自学、识记、辨析)
1．自发过程 (1)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。 (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．化学反应方向 (1)判据
(2)一般规律：
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。 说明：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。
提醒：①反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。 ②复合判据ΔH－TΔS<0的反应不一定能够实际发生。
1
③自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。
VS
教材
高考
1．(SJ选修4·P511改编)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＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)，ΔS＞0 C．H2O(g)变成液态水，ΔS＞0
D．CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，ΔS＞0 答案 C
2．(溯源题)(高考题组合)判断下列说法是否正确
(1)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行(√)
(2015·天津理综，3A)
(2)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(√)
(2014·天津理综，3A)
(3)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0(×) (2014·江苏化学，11B)
探源：本高考题组源于教材SJ选修4 P45“问题解决”及拓展，对化学反应进行的方向进行了考查。
[诊断性题组]
1．基础知识诊断，正确的打“√”，错误的打“×” 高温
(1)CaCO3(s)=====CaO(s)＋CO2(g)是一个熵增加的过程(√)
(2)ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应(√)
(3)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行(×) (4)由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程(√) (5)凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的(×) (6)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性(×)
2．反应2AB(g)===C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的ΔH、ΔS应为( ) A．ΔH<0，ΔS>0 B．ΔH<0，ΔS<0 C．ΔH>0，ΔS>0 D．ΔH>0，ΔS<0
解析 该反应中气体的物质的量增加，ΔS>0。反应后体系中物质的总能量升高，说明正反应是吸热反应，ΔH>0。
2
答案 C
3．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：___________________ _______________________________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2，化学方程式如下：2NO＋够自发进行，则反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
解析 (1)2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，该反应是焓增、熵减的反应。根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，不能实现。
(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明ΔH<0。
答案 (1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行 (2)< 【练后归纳】
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH － ＋ ＋ － ΔS ＋ － ＋ － ΔH－TΔS 永远是负值 永远是正值 低温为正高温为负 低温为负高温为正 反应情况 在任何温度下过程均自发进行 在任何温度下过程均非自发进行 低温时非自发，高温时自发 低温时自发，高温时非自发 2
＋N2。反应能
考点二 化学平衡常数 转化率 (考点层次B→共研、理解、整合)
1．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)＋npC(g)＋qD(g)，
。
cpK＝mc实例：
cqcn化学方程式 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
平衡常数 关系式 2K1＝cc22c33K2＝K1 (或K1) 123
13N2(g)＋H2(g) 22NH3(g) 2NH3(g) K2＝c312c 2c c3232 2K3＝ K11N2(g)＋3H2(g) (3)意义： K3＝c2c23 ①K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。 ②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
提醒：①计算化学平衡常数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。
②催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。 ③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。 2．平衡转化率
对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为： α(A)＝c0c0
－c平×100%{c0(A)代表A的初始浓度，c平(A)代表A的平衡浓度}。
VS
教材
高考
在一定温度下达到平衡，该反应
－
1．(SJ选修4·P516改编)已知反应A(g)＋的平衡常数表达式为K＝1
－1
c3
c3c。若各物质的平衡浓度分别为c(A)＝2.0 mol·L
－1
、c(B)＝2.0 mol·L、c(C)＝1.0 mol·L，则K＝0.062_5。
2．(SJ选修4·P20 “问题解决”改编)在一密闭容器中，等物质的量的A和B发生如下反应：A(g)＋
，反应达到平衡时，若混合气体A和B的物质的量之和与C的物
质的量相等，则这时A的转化率为( ) A．40% 答案 A
3．(溯源题)(2016·上海化学，29、30)(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为：
Ru
CO2(g)＋4H2(g)
CH4(g)＋2H2O(g)
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300 ℃升至400 ℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
B．50%
C．60%
D．70%
v正 v逆 平衡常数K 转化率α 4
增大 增大 减小 减小 (2)相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：
平衡Ⅰ 平衡Ⅱ c(CO2)/mol·L－1 a m c(H2)/mol·L－1 b n c(CH4)/mol·L－1 c x c(H2O)/mol·L－1 d y cd2xy2a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为4＝4。
abmn探源：本考题源于教材SJ选修4 P49“例1”与P50“例2”及拓展，对化学平衡常数的理解及计算进行了考查。
[拓展性题组]
题组一 化学平衡常数的理解及应用
1．(2017·邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( ) A．K值不变，平衡可能移动 B．平衡向右移动时，K值不一定变化 C．K值有变化，平衡一定移动
D．相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值也增大两倍
解析 因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K值不变，A项和B项均正确；K值只与温度有关，K值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值应该变为[K(原)]，D项错误。 答案 D
2．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s)ΔH1<0 2NO(g)＋Cl2(g)
NaNO3(s)＋NOCl(g) K1
2NOCl(g) K2 ΔH2<0
(Ⅱ)
(Ⅰ)
2
(1)4NO2(g)＋2NaCl(s)表示)。
2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(NOCl)＝7.5×10 mol·L
－1
－3
·min，则平衡后n(Cl2)＝________ mol，NO的转化率α1＝________。其他条件保持不
－1
变，反应(Ⅱ)在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2________α1(填“>”“<”或“＝”)，平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小，可采取的措施是____________。
5
解析 (1)观察题给的三个方程式可知，题目所求的方程式可由(Ⅰ)×2－(Ⅱ)得到，故该
K21
反应的平衡常数K＝。
K2
(2)由题给数据可知，n(NOCl)＝7.5×10 mol·L·min×10 min×2 L＝0.15 mol。
起始物质的量/mol 10 min内转化的 物质的量/mol 平衡物质的量/mol 故n(Cl2)＝0.025 mol；
0.15 mol
NO的转化率α1＝×100%＝75%。
0.2 mol
其他条件保持不变，由恒容条件(2 L)改为恒压条件，因该反应是气体分子数减小的反应，平衡正向移动，NO的转化率增大，即α2>α1；平衡常数只是温度的函数，故由恒容条件改为恒压条件时平衡常数不变；要使平衡常数减小，平衡应逆向移动，因为反应(Ⅱ)是放热反应，故应升高温度。
答案 (1)K1/K2 (2)2.5×10 75% > 不变 升高温度 【知识归纳】
化学平衡常数三点理解两点应用 1．三点理解
(1)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。
(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化。 2．两点应用
(1)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向 对于可逆反应aA(g)＋b物浓度有如下关系：
2
－2
－3
－1
－1
2NO(g) 0.2 0.15 0.05
＋
Cl2(g) 0.1 0.075 0.025
2NOCl(g)
0 0.15 0.15)
cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成
cccacdcb＝Qc，称为浓度商。
Qc?＝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 (2)利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应 6