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(共24张PPT)
微专题3　速率常数、压强平衡常数及其应用
素养·目标定位
目 标 素 养
能够依据提示信息,理解并应用速率常数、压强平衡常数
课堂·要点解读
一、速率常数
知识讲解
1.假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g),其速率可表示为v=k·ca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数,它表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系。
典型例题
【例1】 温度为T1,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH=+206.3 kJ·mol-1,该反应中,正反应速率为v正=k正·c(CH4)·c(H2O),逆反应速率为v逆=k逆·c(CO)·c3(H2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。
已知T1时,k正=k逆,则该温度下,平衡常数K1=　　　　;当温度改变为T2时,若k正=1.5k逆,则T2　　　　(填“>”“<”或“=”) T1。
1　
　>
解析:解题步骤及过程:
步骤1——代入特殊值:平衡时v正=v逆,即k正·c(CH4)·c(H2O)
=k逆·c(CO)·c3(H2);
K2>K1,由T1→T2,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则T2>T1。
【例2】Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g) 2Cl·(g)　快;
②CO(g)+Cl·(g) COCl·(g)　快;
③COCl·(g)+Cl2(g) COCl2(g)+Cl·(g)　慢。
其中反应②存在v正=k正c(CO)c(Cl·)、v逆=k逆c(COCl·)。
下列说法正确的是(　　)。
A.使用催化剂,反应②的k正、k逆均不发生改变
B.反应②的平衡常数K=
C.升高温度反应②的k正增大,k逆减小
D.选择合适的催化剂能增大该反应的速率,并提高COCl2的平衡产率
B
(1)试写出平衡常数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=　　　　　　。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=　　　　　 s-1·kPa-1。
2 kPa-1
120
二、压强平衡常数
知识讲解
1.分压。
(1)定义:相同温度下,当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时,该气体B所具有的压强,称为气体B的分压强。
(2)计算公式:
混合气体中某组分的分压=总压×该组分的物质的量分数,
(3)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,即p总=pA+pB+pC+……
2.压强平衡常数。
一定温度下,气相反应:mA(g)+nB(g) eC(g)+fD(g)达平衡时,气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数,称为该反应的压强平衡常数,用符号Kp表示。Kp
典型例题
【例4】 650 ℃时,一定量的CO2与足量的C在容积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时,CO的体积分数为40%,总压强为p总。
(1)平衡时CO2的转化率为　 。
(2)已知气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=　　　　　　　　。
25%　
0.27p总
解析:(1)设开始加入1 mol CO2,反应了x mol CO2,则有
　　　 C(s)+CO2(g) 2CO(g)
始态/mol 1 0
变化/mol x 2x
平衡/mol 1-x 2x
(2)平衡时CO的体积分数为40%,则CO2的体积分数为60%
【例5】乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶黏剂、皮革生产过程所需的有机溶剂,而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。在刚性容器压强为1.01 MPa时,乙酸甲酯与氢气制备乙醇主要发生如下反应:
CH3COOCH3(g)+2H2(g) CH3OH(g)+CH3CH2OH(g)
一定温度下,以n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10的投料比进行反应,乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图所示:
(1)A点时,CH3COOCH3(g)的平衡
分压为　　　　　　　　,
CH3CH2OH(g)的体积分数为
　　　　　　　　(保留到0.1%)。
(2)此温度下,该反应的化学平衡常
数Kp=　　　　 MPa-1(Kp为以分压
表示的平衡常数,列出计算式,不要求计算结果)。
解析:(1)由图可看出,转化率为90%时,总压为1.01 MPa,已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)=1∶10,列三段式求解:
CH3COOCH3(g)+2H2(g) CH3OH(g)+CH3CH2OH(g)
初始/mol a 10a 0 0
反应/mol 0.9 a 1.8 a 0.9 a 0.9 a
平衡/mol 0.1 a 8.2 a 0.9 a 0.9 a
总压为1.01 MPa,因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01
分数即为物质的量分数,其体积分数
(2)由CH3COOCH3(g)的平衡分压为0.01 MPa,可求H2(g)、CH3OH(g)、CH3CH2OH(g)的平衡分压分别为0.82 MPa、0.09 MPa、0.09 MPa,则Kp=

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