资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台第8讲 化学平衡常数的综合计算(模块导航)(模块一化学平衡常数的应用)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小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=,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。3.判断可逆反应的热效应:;。:;。(模块二化学平衡的计算)1.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a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)+ nB(g)pC(g)+qD(g)起始量(mol/L) a b 0 0变化量(mol/L) mx nx px qx平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx则有①平衡常数:K=。②A的平衡浓度:c(A)= mol·L-1。③A的转化率:α(A)=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。④A的体积分数:φ(A)=×100%。⑤平衡压强与起始压强之比:=。⑥混合气体的平均密度(混)= g·L-1。⑦混合气体的平均摩尔质量= 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=×100%。2.压强平衡常数例如,N2(g)+3H2(g)2NH3(g),压强平衡常数表达式为Kp=。计算Kp的两套模板[以N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为例]模板1:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)n(始) 1 mol 3 mol 0Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 moln(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 molp(X) p0 p0 p0Kp=模板2:刚性反应器中 N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)p(始) p0 3p0 0Δp p′ 3p′ 2p′p(平) p0-p′ 3p0-3p′ 2p′Kp=(题型归纳)【题型1 平衡常数与转化率相结合的相关计算】1.1羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1。反应前CO的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是( )A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应B.通入CO后,正反应速率逐渐增大C.反应前H2S物质的量为7 molD.CO的平衡转化率为80%1.2在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生反应A2(g)+B2(g)2AB(g) ΔH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列说法不正确的是( )A.图中a的值为0.15B.该反应的平衡常数K=0.03C.温度升高,平衡常数K值减小D.平衡时A2的转化率为62.5%【题型2 分压平衡常数的计算】2.1对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)+2H2O(g)??CO2(g)+4H2(g),在t ℃时的平衡常数Kp=a,则下列说法正确的是( )A.Kp=B.升高温度,若Kp增大,则该反应为放热反应C.该反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp不变D.t ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)??CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=a2.2.[2019·全国卷Ⅱ,27(2)节选]某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应:(g)+I2(g)??(g)+2HI(g) ΔH>0,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为________,该反应的平衡常数Kp=________Pa。恒容密闭容器中,加入足量的MoS2和O2,仅发生反应:2MoS2(s)+7O2(g)2MoO3(s)+4SO2(g) ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示:(1)p1、p2、p3的大小:________________________。(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp=________________(用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算可)。.4在温度下体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:Ⅰ.C(s)+H2O(g)(g)+Hg) ΔH+131.kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1反应平衡时,H2O(g)化率为50%,的物质的量为0 mol。反应平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 2.5在1 200 K时,假定体系内只有反应C40H(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算,=总压×物质的量分数)(模块三化学平衡常数与速率常数的关系)对于基元反应aA(g)+bB(g)??cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K==,反应达到平衡时v正=v逆,故K=。(题型归纳)【题型3 速率常数的计算】3.1在恒温恒容密闭容器中充入一定量,发生如下反应:反应②和③的反应速率分别满足和,其中、分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得的浓度随时间的变化如下表。0 1 2 3 4 50.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028下列说法正确的是A.0~2min内,W的平均反应速率为B.若增大容器容积,平衡时Z的产率增大C.若,平衡时D.若升高温度,平衡时减小3.2顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:该反应的速率方程可表示为v正=k正·c(顺)和v逆=k逆·c(反),k正和k逆在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:(1)已知:T1温度下,k正=0.006 s-1,k逆=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数K1=________。(2)T2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填字母),平衡常数K2=________。3.3利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:4NH3(g)+6NO(g)??5N2(g)+6H2O(l) ΔH<0已知该反应速率v正=k正·c4(NH3)·c6 (NO),v逆=k逆·cx(N2)·cy(H2O) (k正、k逆分别是正、逆反应速率常数),该反应的平衡常数K=,则x=________,y=________。3.4肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)??MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α=×100%]。研究表明正反应速率v正=k正·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K=________(用含有k正、k逆的式子表示)。(2)试求出图中c点时,上述反应的平衡常数K=________ kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=______s-1·kPa-1。3.5乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。实验测得2CH2==CH2(g)+O2(g)??2(g) ΔH<0中,v逆=k逆·c2(),v正=k正·c2(CH2==CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。(1)反应达到平衡后,仅降低温度,下列说法正确的是________(填字母)。A.k正、k逆均增大,且k正增大的倍数更多B.k正、k逆均减小,且k正减小的倍数更少C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动D.k正、k逆均减小,且k逆减小的倍数更少(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CH2==CH2(g)和1 mol O2(g),在一定温度下只发生上述反应,经过10 min反应达到平衡,体系的压强变为原来的0.875倍,则0~10 min内v(O2)=________,=________。21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台第8讲 化学平衡常数的综合计算(模块导航)(模块一化学平衡常数的应用)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=,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。3.判断可逆反应的热效应:;。:;。(模块二化学平衡的计算)1.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a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)+ nB(g)pC(g)+qD(g)起始量(mol/L) a b 0 0变化量(mol/L) mx nx px qx平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx则有①平衡常数:K=。②A的平衡浓度:c(A)= mol·L-1。③A的转化率:α(A)=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。④A的体积分数:φ(A)=×100%。⑤平衡压强与起始压强之比:=。⑥混合气体的平均密度(混)= g·L-1。⑦混合气体的平均摩尔质量= 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=×100%。2.压强平衡常数例如,N2(g)+3H2(g)2NH3(g),压强平衡常数表达式为Kp=。计算Kp的两套模板[以N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为例]模板1:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)n(始) 1 mol 3 mol 0Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 moln(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 molp(X) p0 p0 p0Kp=模板2:刚性反应器中 N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)p(始) p0 3p0 0Δp p′ 3p′ 2p′p(平) p0-p′ 3p0-3p′ 2p′Kp=(题型归纳)【题型1 平衡常数与转化率相结合的相关计算】1.1羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1。反应前CO的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是( )A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应是吸热反应B.通入CO后,正反应速率逐渐增大C.反应前H2S物质的量为7 molD.CO的平衡转化率为80%【答案】C【解析】A项,升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应吸热,正反应放热,错误;B项,通入CO气体瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建立新的平衡,正反应速率逐渐减小,错误;C项,设反应前H2S的物质的量为n mol,容器的容积为V L,则K==0.1,解得n=7,正确;D项,根据上述计算可知CO的转化率为20%,错误。1.2在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生反应A2(g)+B2(g)2AB(g) ΔH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列说法不正确的是( )A.图中a的值为0.15B.该反应的平衡常数K=0.03C.温度升高,平衡常数K值减小D.平衡时A2的转化率为62.5%【答案】B【解析】根据图像和已知信息可得:则有a=0.4-0.25=0.15,A正确;该反应的平衡常数K=≈33.33,B错误;该反应正向是放热反应,升高温度平衡逆向移动,K值减小,C正确;平衡时A2的转化率为×100%=62.5%,D正确。【题型2 分压平衡常数的计算】2.1对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)+2H2O(g)??CO2(g)+4H2(g),在t ℃时的平衡常数Kp=a,则下列说法正确的是( )A.Kp=B.升高温度,若Kp增大,则该反应为放热反应C.该反应达到平衡状态后,增大压强,平衡向左移动,Kp不变D.t ℃时,反应CH4(g)+H2O(g)??CO2(g)+2H2(g)的平衡常数Kp=a答案 C解析 根据平衡常数的定义可知,Kp=,A错误;升高温度,若Kp增大,说明平衡正向移动,则正反应为吸热反应,B错误;平衡常数只与温度有关,与其他因素无关,故增大压强时Kp不变,C正确;当化学方程式中的系数变为原来的一半时,根据平衡常数的计算式可知平衡常数应为原平衡常数的次方,即Kp=,D错误。2.2.[2019·全国卷Ⅱ,27(2)节选]某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应:(g)+I2(g)??(g)+2HI(g) ΔH>0,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为________,该反应的平衡常数Kp=________Pa。答案 40% 3.56×104解析 设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a mol,平衡时转化的环戊烯的物质的量为x mol,列出三段式:(g) + I2(g)??(g)+2HI(g)起始/mol a a 0 0转化/mol x x x 2x平衡/mol a-x a-x x 2x根据平衡时总压增加了20%,且恒温恒容时,压强之比等于气体物质的量之比,得=,解得x=0.4a,则环戊烯的转化率为×100%=40%,平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、,则Kp==p总,根据p总=1.2×105 Pa,可得Kp=×1.2×105 Pa≈3.56×104 Pa。2.3在恒容密闭容器中,加入足量的MoS2和O2,仅发生反应:2MoS2(s)+7O2(g)2MoO3(s)+4SO2(g) ΔH。测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示:(1)p1、p2、p3的大小:________________________________。(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp=________________(用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算式即可)。【答案】(1)p1>p2>p3 (2)(kPa)-3【解析】(1)该反应的正反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大压强平衡正向移动,氧气转化率增大,所以压强:p1>p2>p3。(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,A点氧气转化率为50%,则A点n(O2)=7.0 mol×(1-50%)=3.5 mol,生成n(SO2)=×4 =2 mol,恒温恒容条件下气体压强之比等于物质的量之比,所以A点压强为×7.0 kPa=5.5 kPa,p(O2)=×5.5 kPa=3.5 kPa,p(SO2)=(5.5-3.5)kPa=2 kPa,则A点平衡常数Kp==(kPa)-3。2.4在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 mol。反应Ⅰ的平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。 【解析】由H原子守恒可知,平衡时H2的物质的量为0.5 mol,CO的物质的量为0.1 mol,CO2的物质的量为0.2 mol,水的物质的量为0.5 mol,则平衡时气体的总物质的量为0.5 mol+0.1 mol+0.2 mol+0.5 mol=1.3 mol,在同温同体积条件下,气体的总压之比等于气体的总物质的量之比,则平衡体系的总压为0.2 MPa×1.3=0.26 MPa,反应Ⅰ[C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)]的平衡常数Kp=×p总=×0.26 MPa=0.02 MPa。【答案】0.02 MPa2.5在1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。 【解析】1200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,设起始量为1 mol,则根据信息列出下式: C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)起始量(mol) 1 0 0变化量(mol) α α α平衡量(mol) 1-α α α则p(C40H12)=p0×,p(C40H10)=p0×,p(H2)=p0×,该反应的平衡常数Kp==。【答案】(模块三化学平衡常数与速率常数的关系)对于基元反应aA(g)+bB(g)??cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K==,反应达到平衡时v正=v逆,故K=。(题型归纳)【题型3 速率常数的计算】3.1在恒温恒容密闭容器中充入一定量,发生如下反应:反应②和③的反应速率分别满足和,其中、分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得的浓度随时间的变化如下表。0 1 2 3 4 50.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028下列说法正确的是A.0~2min内,W的平均反应速率为B.若增大容器容积,平衡时Z的产率增大C.若,平衡时D.若升高温度,平衡时减小【答案】D【解析】A.由表知内 c(W)=0.16-0.08=0.08mol/L,则v(W)<,故A错误;B.过程①是完全反应,过程②是可逆反应,若增大容器容积相当于减小压强,对反应平衡向气体体积增大的方向移动,即逆向移动,X的浓度增大,平衡时Z的产率减小,故B错误;C.由速率之比等于系数比,平衡时2v逆(X)=v正(Z),即,2=,若,平衡时,故C错误;D.反应③的活化能大于反应②, H=正反应活化能-逆反应活化能<0,则,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则平衡时减小,故D正确;故选D。3.2顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化:该反应的速率方程可表示为v正=k正·c(顺)和v逆=k逆·c(反),k正和k逆在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:(1)已知:T1温度下,k正=0.006 s-1,k逆=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数K1=________。(2)T2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填字母),平衡常数K2=________。答案 (1)3 (2)B 解析 (1)根据v正=k正·c(顺),v逆=k逆·c(反),化学平衡状态时正、逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),该温度下反应的平衡常数K1===3。(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减少,且减少速率随时间减小,则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x,可逆反应左右物质的化学计量数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体为0.3x,反式异构体为0.7x,所以平衡常数为K2==。3.3利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:4NH3(g)+6NO(g)??5N2(g)+6H2O(l) ΔH<0已知该反应速率v正=k正·c4(NH3)·c6 (NO),v逆=k逆·cx(N2)·cy(H2O) (k正、k逆分别是正、逆反应速率常数),该反应的平衡常数K=,则x=________,y=________。答案 5 0解析 当反应达到平衡时有v正=v逆,即k正·c4(NH3)·c6 (NO)=k逆·cx(N2)·cy(H2O),变换可得=,该反应的平衡常数K=,平衡状态下K=,所以x=5,y=0。3.4肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)??MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α=×100%]。研究表明正反应速率v正=k正·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K=________(用含有k正、k逆的式子表示)。(2)试求出图中c点时,上述反应的平衡常数K=________ kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=______s-1·kPa-1。答案 (1) (2)2 120解析 (1)可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆,所以k正·c(Mb)·p(O2)=k逆·c(MbO2),=,而平衡常数K==。(2)c点时,p(O2)=4.50 kPa,肌红蛋白的结合度α=90%,代入平衡常数表达式中可得K==kPa-1=2 kPa-1;K=,则k正=K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。3.5乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。实验测得2CH2==CH2(g)+O2(g)??2(g) ΔH<0中,v逆=k逆·c2(),v正=k正·c2(CH2==CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。(1)反应达到平衡后,仅降低温度,下列说法正确的是________(填字母)。A.k正、k逆均增大,且k正增大的倍数更多B.k正、k逆均减小,且k正减小的倍数更少C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动D.k正、k逆均减小,且k逆减小的倍数更少(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CH2==CH2(g)和1 mol O2(g),在一定温度下只发生上述反应,经过10 min反应达到平衡,体系的压强变为原来的0.875倍,则0~10 min内v(O2)=________,=________。答案 (1)B (2)0.025 mol·L-1·min-1 0.75解析 (1)该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,k正、k逆均减小,平衡正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此k正减小的倍数更少。(2) 2CH2==CH2(g)+O2(g)??2(g)开始/mol 1 1 0转化/mol 2x x 2x平衡/mol 1-2x 1-x 2x=0.875,x=0.25,则0~10 min内v(O2)==0.025 mol·L-1·min-1,k逆·c2()=k正·c2(CH2===CH2)·c(O2),==0.75。21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 新高二化学 第8讲 化学平衡常数的综合计算(学生版).docx 新高二化学 第8讲 化学平衡常数的综合计算(教师版).docx