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    2022年高考化学一轮复习 第7章 第35讲 化学平衡常数及转化率的计算

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    2022年高考化学一轮复习 第7章 第35讲 化学平衡常数及转化率的计算

    1、第第 35 讲讲 化学平衡常数及转化率的计算化学平衡常数及转化率的计算 复习目标 1.了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确 计算化学反应的转化率()。 考点一考点一 化学平衡常数的概念及应用化学平衡常数的概念及应用 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 对于一般的可逆反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g),当在一定温度下达到平衡时,K cpC cqD cmA cnB(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入化学平衡常数表达式中)。 3意义及影响因素 (

    2、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。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 4应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 (2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。 对于化学反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态,浓度商:Qc cC cdD caA cbB。 QK,反应向正反应方向进行; QK,反应处于平衡状态; QK,反应向逆反应方向进行。 (3)判断可逆反应的热效应 (1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度() 错因:平衡常数表达式中,必须是各物质的平衡浓度。 (2)增大反应物的浓度,

    3、平衡正向移动,化学平衡常数增大() 错因:平衡常数只与温度有关。 (3)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大() 错因:升温,对于吸热反应,平衡常数增大,对于放热反应,平衡常数减小。 (4)一个可逆反应的正反应 K正与逆反应 K逆相等() 错因:它们互为倒数关系。 (5)平衡常数发生变化,化学平衡不一定发生移动() 错因:平衡常数发生改变,温度一定改变,所以化学平衡一定发生移动。 1书写下列化学反应的平衡常数表达式。 (1)Cl2H2OHClHClO (2)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) (3)CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O (4)CO2 3H2O H

    4、CO 3OH (5)CaCO3(s)CaO(s)CO2(g) 答案 (1)KcHCl cHClO cCl2 (2)KcCO cH2 cH2O (3)K cCH3COOC2H5 cH2O cCH3COOH cC2H5OH (4)KcOH cHCO 3 cCO2 3 (5)Kc(CO2) 2一定温度下,分析下列三个反应的平衡常数的关系 N2(g)3H2(g)2NH3(g) K1 1 2N2(g) 3 2H2(g) NH3(g) K2 2NH3(g)N2(g)3H2(g) K3 (1)K1和 K2,K1K22。 (2)K1和 K3,K1 1 K3。 3在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数: 反应

    5、:CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s) K1 反应:H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g) K2 反应:CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) K3 K3与 K1、K2的关系是 K3_。 答案 K1 K2 解析 K3 cCO2 cH2 cCO cH2O,K2 cH2O cH2 ,结合 K1cCO2 cCO,可知 K3 K1 K2。 题组一 平衡常数及影响因素 1对于反应 C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) H0,下列有关说法正确的是( ) A平衡常数表达式为 KcCO cH2 cC cH2O B恒温条件下压缩容器的体积,平衡不移动,平衡常数 K 不发生变化 C升高体系

    6、温度,平衡常数 K 减小 D恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数 K 不发生变化 答案 D 解析 固态物质浓度为“常数”,视为“1”,不需写入平衡常数表达式,A 项错误;增大压 强,平衡逆向移动,B 项错误;升温,该反应正向进行,K 增大,C 项错误;恒压条件下, 通入氦气,平衡向气体体积增大的方向移动,即平衡正向移动,K 只与温度有关,温度不变, K 不发生变化,D 项正确。 2(2020 西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优 点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的O为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温 常压下发生的反应如下: 反应 O3

    7、O2O H0 平衡常数为 K1; 反应 OO32O2 H0 平衡常数为 K2; 总反应:2O33O2 H0 平衡常数为 K。 下列叙述正确的是( ) A降低温度,总反应 K 减小 BKK1K2 C适当升温,可提高消毒效率 D压强增大,K2减小 答案 C 解析 降温,总反应平衡向右移动,K 增大,A 项错误;K1cO2 cO cO3 ,K2 c2O2 cO cO3, Kc 3O 2 c2O3K1 K2,B 项错误;升高温度,反应平衡向右移动,c(O)增大,可提高消毒效 率,C 项正确;平衡常数只与温度有关,D 项错误。 题组二 平衡常数的应用 3(2019 宁夏高三调研)在恒容密闭容器中,由 C

    8、O 合成甲醇:CO(g)2H2(g)CH3OH(g), 在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响,实验结果如图所示,下列说法正确的是 ( ) A平衡常数 K cCH3OH cCO cH2 B该反应在 T1时的平衡常数比 T2时的小 CCO 合成甲醇的反应为吸热反应 D处于 A 点的反应体系从 T1变到 T2,达到平衡时 cH2 cCH3OH增大 答案 D 解析 A 项,因该反应中氢气前的系数为 2,则该反应的平衡常数的表达式为 K cCH3OH cCO c2H2,错误;B 项,由图像可知,反应从 T2 到 T1时,甲醇的物质的量增大,根据平 衡常数的计算式可知 T1时的平衡常数比 T2时的大

    9、,错误;C 项,由图像可知在 T2温度下反 应先达到平衡,反应速率较 T1快,则有 T2T1,从图像的纵坐标分析可得温度降低,平衡向 正反应方向移动,则正反应为放热反应,错误;D 项,处于 A 点的反应体系从 T1变到 T2的 过程中,平衡向逆反应方向移动,则 c(H2)增大,而 c(CH3OH)减小,达到平衡时 cH2 cCH3OH应 该增大,正确。 4在体积为 1 L 的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g),化 学平衡常数 K 与温度 T 的关系如下表: T/ 700 800 850 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

    10、回答下列问题: (1)升高温度,化学平衡向_(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 (2)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2) c(H2)c(CO) c(H2O),此时的温度为 _;在此温度下,若该容器中含有 1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O, 则此时反应所处的状态为_(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中” 或“平衡状态”)。 答案 (1)正反应 (2)850 向正反应方向进行中 解析 (1)由表格数据可知,随着温度升高,平衡常数增大,说明升高温度化学平衡向正反应 方向移动。(2)c(CO2) c(H2)c(CO) c

    11、(H2O),则计算出 K1.0,即此时温度为 850 ,此温度 下cCO cH2O cCO2 cH2 0.751.5 11.2 ”或“”)0。 (3)500 时测得反应在某时刻 H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol L 1)分别为 0.8、0.1、0.3、0.15,则此时 v正_(填“”“”或“”)v逆。 答案 (1)K1 K2 (2) (3) 解析 (1)K1 cCH3OH c2H2 cCO, K2cCO cH2O cH2 cCO2 , K3cH2O cCH3OH c3H2 cCO2 , K3K1 K2。 (2)根据 K3K1 K2,500 、800 时,反

    12、应的平衡常数分别为 2.5、0.375;升温,K 减小, 平衡左移,正反应为放热反应,所以 H0。 (3)500 时,K32.5 QcCH3OH cH2O c3H2 cCO2 0.30.15 0.830.10.88K3 故反应正向进行,v正v逆。 考点二考点二 “三段式三段式”突破平衡常数突破平衡常数、转化率的相关计算转化率的相关计算 1三段式计算 “三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意准确地列出起始 量、变化量、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:即起始量、变化量、平衡量。 (2)明确三个关系 对于同一反应物,起始量变化量平衡量

    13、。 对于同一生成物,起始量变化量平衡量。 各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 (3)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(mol)分别为 a、b,达 到平衡后,A 的消耗量为 mx mol,容器容积为 V L。 mA(g) nB(g)pC(g)qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol amx bnx px qx 则有K px V p qx V q amx V m bnx V n 。 c平(A)amx V mol L 1。 (A)平mx a 100%,(A)(B)mx a nx b m

    14、b na。 (A) amx abpqmnx100%。 p平 p始 abpqmnx ab 。 (混)a MAb MB V g L 1。 M a MAb MB abpqmnx g mol 1。 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。 产率实际产量 理论产量100%。 2Kp计算 (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

    15、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 p2NH3 pN2 p3H2。 已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)N(g)P(g)Q(g) H0。某温度下,反应物的 起始浓度分别为 c(M)1 mol L 1,c(N)2.4 mol L1。 思考并解答下列问题: (1)若达到平衡后,M 的转化率为 60%,列出“三段式”,计算此时 N 的平衡浓度是多少? (2)若反应温度升高,该反应的平衡常数、M 的转化率如何变化? _。 (3)若反应温度不变,

    16、反应物的起始浓度分别为:c(M)4 mol L 1,c(N)a mol L1;达到平 衡后,c(P)2 mol L 1,则 M 的转化率为_,N 的起始浓度为_。 答案 (1) M(g) N(g) P(g) Q(g) 初始/mol L 1 1 2.4 0 0 转化/mol L 1 160% 160% 160% 160% 平衡/mol L 1 0.4 1.8 0.6 0.6 由三段式得 N 的平衡浓度为 1.8 mol L 1。 (2)由于该反应正向为吸热反应,温度升高,平衡右移,K 值增大,M 的转化率增大 (3)50% 6 mol L 1 解析 (3) M(g) N(g)P(g)Q(g) 初

    17、始浓度/mol L 1 4 a 0 0 转化浓度/mol L 1 2 2 2 2 平衡浓度/mol L 1 42 a2 2 2 X(M)2 4100%50% 温度不变,平衡常数不变,K0.60.6 0.41.8 22 42a2 1 2, 解得 a6 即反应物 N 的起始浓度为 6 mol L 1。 题组一 化学平衡常数与转化率相结合计算 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) K0.1 反应前 CO 的物质的量为 10 mol,平衡后 CO 的物质

    18、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 mol DCO 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 CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) K0.1 n始/mol 10 n 0 0 n转

    19、/mol 2 2 2 2 n平/mol 8 n2 2 2 K 2 V 2 V 8 V n2 V 0.1,解得 n7,正确;D 项,根据上述计算可知 CO 的转化率为 20%,错误。 2(2019 湖北黄冈调研)已知反应:CH2=CHCH3(g)Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)HCl(g)。 在一定压强下,按 w nCl2 nCH2=CHCH3向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙 烯的体积分数()与温度(T)、w 的关系,图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下 列说法中错误的是( ) A图甲中 w21 B图乙中,A 线表示逆反应的平衡常数 C温度为 T1、w2 时,Cl

    20、2的转化率为 50% D若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增大 答案 C 解析 根据题中信息可知,增大 n(Cl2),w 增大,平衡正向移动,丙烯的体积分数()减小, 故 w21,A 项正确;根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明平衡逆向移动, 逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平 衡常数增大,图乙中 A 线表示逆反应的平衡常数,B 项正确;由图乙知,温度为 T1时,正、 逆反应的平衡常数相等, 又因两者互为倒数, 则平衡常数 K1, 当 w2 时, 设 CH2=CHCH3 和 Cl2的物质的量分别为 a mol、

    21、2a mol,参加反应的 Cl2的物质的量为 b mol,利用三段式可 列关系式 b2 ab2ab1,解得 b 2a 1 3,则 Cl2 的转化率约为 33.3%,C 项错误;该反应为反 应前后气体体积不变的放热反应,反应向正反应方向进行,体系温度升高,气体膨胀,达到 平衡时,装置内的气体压强将增大,D 项正确。 题组二 连续反应、竞争反应平衡常数的计算 3加热 N2O5依次发生的分解反应为N2O5(g)N2O3(g)O2(g),N2O3(g)N2O(g) O2(g)。 在容积为 2 L 的密闭容器中充入 8 mol N2O5, 加热到 t , 达到平衡状态后 O2为 9 mol, N2O3为

    22、 3.4 mol。则 t 时反应的平衡常数为( ) A10.7 B8.5 C9.6 D10.2 答案 B 解析 设 N2O5的转化浓度为 x mol L 1,N 2O3的转化浓度为 y mol L 1。 N2O5(g)N2O3(g)O2(g) 开始/mol L 1 4 0 0 转化/mol L 1 x x x 平衡/mol L 1 4x x x N2O3(g)N2O(g)O2(g) 开始/mol L 1 x 0 x 转化/mol L 1 y y y 平衡/mol L 1 xy y xy 根据题意得 xy4.5 xy1.7 所以 x3.1 y1.4 所以反应的平衡常数为 KcO2 cN2O3 c

    23、N2O5 4.51.7 43.1 8.5。 4CO2经催化加氢可以生成低碳烃,主要有以下两个竞争反应: 反应:CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g) 反应:2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性, 在 1 L 密闭容器中充入 2 mol CO2和 4 mol H2, 测得有关物质 的物质的量随温度变化如图所示: 该催化剂在较低温度时主要选择_(填“反应”或“反应”)。 520 时, 反应的平 衡常数 K_(只列算式不计算)。 答案 反应 0.21.22 1.424 解析 温度较低时,CH4的物质的量多,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应

    24、。 CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g) 转化mol L 1 0.2 0.8 0.2 0.4 2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) 转化mol L 1 0.4 1.2 0.2 0.8 c(CO2)(20.20.4)mol L 11.4 mol L1 c(H2)(40.81.2)mol L 12 mol L1 c(H2O)(0.40.8)mol L 11.2 mol L1 所以 K0.21.2 2 1.424 。 题组三 分压常数的计算 5 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

    25、) H。 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)p1p2p3 (2)2 11 77(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:p1p2p3。(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

    26、(150%)3.5 mol,生成 n(SO2) 7.0 mol50% 7 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5.5 mol 7.0 mol7.0 kPa5.5 kPa,p(O2) 3.5 mol 5.5 mol5.5 kPa3.5 kPa,p(SO2)(5.53.5)kPa 2 kPa,则 A 点平衡常数 Kpp 4SO 2 p7O2 24 3.57(kPa) 32 11 77(kPa) 3 。 6 SO2与 Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2), 反应为 SO2(g)Cl2(g)SO2Cl2(g)。 按投料比 11 把 SO2与 Cl2充入

    27、一恒压的密闭容器中发生上述反应,SO2的转化率与温度 T 的关系如下图 所示: 若反应一直保持在 p 压强条件下进行,则 M 点的分压平衡常数 Kp_(用含 p 的表达 式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压总压体积分数)。 答案 3 p 解析 据图可知 M 点 SO2的转化率为 50%,不妨设初始投料为 2 mol SO2和 2 mol Cl2,则列 三段式有 SO2(g)Cl2(g)SO2Cl2(g) 起始/mol 2 2 0 转化/mol 1 1 1 平衡/mol 1 1 1 相同条件下气体压强之比等于物质的量之比, 所以 p(SO2)p(Cl2)p(SO2Cl2)1 3 p,所以 K

    28、p 1 3 p 1 3 p 1 3 p 3 p。 7丙烷无氧脱氢法制备丙烯反应如下: C3H8(g)C3H6(g)H2(g) H124 kJ mol 1 (1)总压分别为 100 kPa、10 kPa 时发生该反应,平衡体系中 C3H8和 C3H6的物质的量分数随 温度变化关系如图所示: 100 kPa 时,C3H8和 C3H6的物质的量分数随温度变化关系的曲线分别是_、_。 (2)某温度下,在刚性容器中充入 C3H8,起始压强为 10 kPa,平衡时总压为 13.3 kPa,C3H8 的平衡转化率为_。该反应的平衡常数 Kp_kPa(保留 1 位小数)。 答案 (1)a d (2)33% 1

    29、.6 解析 (1)C3H8(g) C3H6(g)H2(g) H124 kJ mol 1,正反应吸热,升高温度,平衡 正向移动,C3H8(g)的物质的量分数减小,C3H6(g)的物质的量分数增大;根据化学方程式,该 反应为气体体积增大的反应,增大压强,C3H8的物质的量分数大于 10 kPa 时 C3H8的物质的 量分数,因此表示 100 kPa 时,C3H8的物质的量分数随温度变化关系的曲线是 a;增大压强, 平衡逆向移动, C3H6的物质的量分数减小, 因此表示 100 kPa 时 C3H6的物质的量分数随温度 变化关系的曲线是 d。 (2)同温同体积条件下, 气体的压强之比等于气体物质的量

    30、之比, 设 C3H8 的平衡转化率为 x, C3H8(g)C3H6(g)H2(g) 起始/kPa 10 0 0 反应/kPa 10 x 10 x 10 x 平衡/kPa 10(1x) 10 x 10 x 则 10(1x)10 x10 x13.3,解得:x0.33,Kp3.3 kPa3.3 kPa 103.3kPa 1.6 kPa。 考点三考点三 速率常数与化学平衡常数的关系速率常数与化学平衡常数的关系 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

    31、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 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 Kc cC cdD caA cbB k正 v逆 k逆 v正,反应达到平衡时 v 正v逆,故 Kk 正 k逆。 典题示例 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) H206.3 kJ mol 1, 该反应中, 正

    32、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_T1(填“”“”或“ 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); 步骤 2 适当变式求平衡常数, K1 cCO c3H2 cCH4 cH2O k正 k逆;k 正k逆,K11 步骤 3 求其他 K2 cCO c3H2 cCH4 cH2O k正 k逆;k 正1.5k逆

    33、,K21.5; 151,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动;则 T2T1。 1N2O4与 NO2之间存在反应 N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的 N2O4放入恒容密闭容器中, 在一定条件下,该反应 N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系:v(N2O4)k1 p(N2O4), v(NO2)k2 p2(NO2),其中 k1、k2是与反应温度有关的常数。则一定温度下,k1、k2与平衡常 数 Kp的关系是 k1_。 答案 1 2Kpk2 解 析 Kp p2NO2 pN2O4 , 平 衡 时 NO2、 N2O4的 消 耗 速 率 之 比 为 v(NO2)v(N2O4) k2p2(NO

    34、2)k1p(N2O4)21。 2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) H0 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 Kk 正 k逆,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k 正 k逆 cxN2 cyH2O c4NH3 c6 NO,该反应的平衡常数 K k正 k逆,平衡状

    35、态下 K c5N2 c4NH3 c6 NO,所以 x5, y0。 3苯乙烯是一种重要的化工原料,可采用乙苯催化脱氢法制备,反应如下: (g)H2(g) H17.6 kJ mol 1 实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和水蒸气,测得容器总压和乙苯转化率随时间变化结 果如图所示。 (1)平衡时, p(H2O)_kPa, 平衡常数 Kp_kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)。 (2)反应速率 vv正v逆k正 p(乙苯)k逆 p(苯乙烯) p(氢气),k正、k逆分别为正、逆反应速 率常数。计算 a 处的v 正 v逆_。 答案 (1)80 45 (2)2.5 4.已知在一定温度下的可逆反应 N2O4(g

    36、)2NO2(g)中,v正k正 c(N2O4),v逆k逆 c2(NO2)(k 正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数 K10,则 k正_k逆。升高温度,k正 增大的倍数_(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。 答案 10 大于 解析 当反应达到平衡时,v正v逆,即 k正 c(N2O4)k逆 c2(NO2),k正k 逆 c2NO2 cN2O4 k逆 K 10k逆;该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,k正增大的倍数大于 k逆增大 的倍数。 5研究表明,反应 2H2(g)2NO(g)N2(g)2H2O(g) H664.1 kJ mol 1 中,正反应 速率为 v正k正

    37、c2(NO) c2(H2),其中 k正为速率常数,此处只与温度有关。当 tt1时,v正 v1,若此刻保持温度不变,将 c(NO)增大到原来的 2 倍,c(H2)减少为原来的1 2,v 正v2。则有 v1_(填“”“”或“”)v2。 答案 解析 根据 v正k正 c2(NO) c2(H2),当 c(NO)增大到原来的 2 倍,c(H2)减少为原来的1 2时,v1 与 v2大小相等。 62NO(g)O2(g)2NO2(g)的反应历程如下: 反应:2NO(g)N2O2(g)(快) H10 v1正k1正 c2(NO),v1逆k1逆 c(N2O2); 反应:N2O2(g)O2(g)2NO2(g)(慢) H

    38、2”“”或“”) 反应的活化能 E。 (2)已知反应速率常数 k 随温度升高而增大, 则升高温度后 k2正增大的倍数_k2逆增大 的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。 答案 (1)k1 正 k2正 k1逆 k2逆 (2)小于 解析 (1)由反应达平衡状态,所以 v1正v1逆、v2正v2逆,所以 v1正 v2正v1逆 v2逆,即 k1 正 c2(NO) k2正 c(N2O2) c(O2)k1逆 c(N2O2) k2逆 c2(NO2),则有 K c2NO2 c2NO cO2 k1正 k2正 k1逆 k2逆;因为 决定 2NO(g)O2(g)2NO2(g)速率的是反应, 所以反应的活化能 E远小

    39、于反应的活 化能 E。 12020 全国卷,28(2)(3)(4)硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关 键工序是 SO2的催化氧化:SO2(g)1 2O2(g) 钒催化剂 SO3(g) H98 kJ mol 1。回答下列问 题: (2)当 SO2(g)、O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、10.5%和 82%时,在 0.5 MPa、 2.5 MPa 和 5.0 MPa 压强下,SO2平衡转化率 随温度的变化如图(b)所示。反应在 5.0 MPa、 550 时的 _, 判断的依据是_。 影响 的因素有_。 (3)将组成(物质的量分数)为 2m% SO2(g

    40、)、m% O2(g)和 q% N2(g)的气体通入反应器,在温度 t、 压强 p 条件下进行反应。平衡时,若 SO2转化率为 ,则 SO3压强为_, 平衡常数 Kp_(以分压表示,分压总压物质的量分数)。 (4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为 vk( 1) 0.8(1n)。式中:k 为反应速 率常数,随温度 t 升高而增大; 为 SO2平衡转化率,为某时刻 SO2转化率,n 为常数。 在 0.90 时,将一系列温度下的 k、 值代入上述速率方程,得到 vt 曲线,如图(c)所 示。 曲线上 v 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度 tm。 ttm后, v 逐渐下降。原因是_。

    41、答案 (2)0.975 该反应气体分子数减少,增大压强, 提高。5.0 MPa2.5 MPap2,所以 p15.0 MPa 反应物的起始浓度(组成)、温度、压强 (3) 2mp 100m 11.5 mp 100m 0.5 (4)升高温度,k 增大使 v 逐渐提高,但 降低使 v 逐渐 下降。当 ttm,k 增大对 v 的提高大于 引起的降低;当 ttm,k 增大对 v 的提高小于 引 起的降低 解析 (2)反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应,其他条 件相同时, 增大压强, 平衡正向移动, SO2平衡转化率增大, 则图中 p15.0 MPa, p30

    42、.5 MPa。 由图可知,反应在 5.0 MPa、550 时 SO2的平衡转化率 0.975。温度、压强和反应物的起 始浓度(组成)都会影响 SO2的平衡转化率 ,温度一定时,压强越大, 越大;压强一定时, 温度越高, 越小。 (3)假设原气体的物质的量为 100 mol,则 SO2、O2和 N2的物质的量分别为 2m mol、m mol 和 q mol,2mmq100,利用“三段式法”计算: SO2(g) 1 2O2(g) SO3(g) 起始量/mol 2m m 0 转化量/mol 2m m 2m 平衡量/mol 2m(1) m(1) 2m 平衡时混合气体的总物质的量为 2m(1)molm(

    43、1)mol2m molq mol(3m mq ) mol,SO3的物质的量分数为 2m mol 3mmqmol100% 2m 100m100%,则平衡时 SO3的压强为 2m 100mp。平衡时,SO2、O2 的压强分别为2m1 100mp、 m1 100mp,则平衡常 数 Kp 2m 100mp 2m1 100mp m1 100mp 0.5 11.5 m 100mp 0.5。 (4)在 0.90 时,SO2催化氧化的反应速率为 vk( 0.901) 0.8 (10.90n)。升高温度,k 增 大使 v 逐渐提高,但 降低使 v 逐渐下降。ttm时,k 增大对 v 的提高大于 引起的降低; t

    44、tm后,k 增大对 v 的提高小于 引起的降低。 2 2020 全国卷, 28(1)乙烷在一定条件可发生如下反应: C2H6(g)=C2H4(g)H2(g) H1, 相关物质的燃烧热数据如下表所示: 物质 C2H6(g) C2H4(g) H2(g) 燃烧热 H/(kJ mol 1) 1 560 1 411 286 H1_ kJ mol 1。 提高该反应平衡转化率的方法有_、_。 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气, 在等压下(p)发生上述反应, 乙烷的平衡转化率为 。 反应的平衡常数 Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算, 分压总压物质的量分数)。 答案 137 升高温度 减小压强(或增大体积)

    45、1 21p 解析 先写出三种气体的燃烧热的热化学方程式,然后根据盖斯定律,H11 560 kJ mol 1 (1 411 kJ mol 1)(286 kJ mol1)137 kJ mol1。 C2H6(g)=C2H4(g)H2(g) H1137 kJ mol 1 是一个气体分子数增大的吸热反应, 要提 高反应物的转化率,可以采取升高温度、减小压强(增大体积)等措施。 设容器中通入的乙烷和氢气均为 1 mol,则: C2H6(g)=C2H4(g)H2(g) n(总) 初始量/mol 1 0 1 转化量/mol 平衡量/mol 1 1 2 Kp 2p 1 2p 1 2p 1 21 p。 32019

    46、 全国卷,27(2)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、 塑料等生产。回答下列问题: 某温度,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) H0, 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。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的 措施有_(填标号)。 A通入惰性气体 B提高温度 C增加环戊烯浓度 D增加碘浓度 答案 40% 3.56104 BD 解析 设容器中起始加入 I2(g)和环戊烯的物质的量均为 a,平衡时转化的环戊烯的物质的量 为 x,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 ax ax x


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