2019年高考化學(xué)講與練 第7章 第3講 化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算（含解析）新人教版.doc
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第7章第3講化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算 李仕才 考綱要求 1.了解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的含義。2.能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計算。 考點一 化學(xué)平衡常數(shù)的概念及應(yīng)用 1．概念 在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，用符號K表示。 2．表達(dá)式 對于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)， K＝(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達(dá)式中)。 3．意義及影響因素 (1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。 (2)K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。 (3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。 4．應(yīng)用 (1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。 (2)利用化學(xué)平衡常數(shù)，判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡或向何方向進(jìn)行。 對于化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)的任意狀態(tài)，濃度商：Q＝。 Q＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行； Q＝K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)； Q＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。 (3)利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)：若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 (1)平衡常數(shù)表達(dá)式中，可以是物質(zhì)的任一濃度( ) (2)催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，也能改變平衡常數(shù)( ) (3)平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動( ) (4)化學(xué)平衡發(fā)生移動，平衡常數(shù)不一定發(fā)生變化( ) (5)平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都能體現(xiàn)可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度( ) (6)化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)的變化取決于該反應(yīng)的反應(yīng)熱( ) 答案 (1) (2) (3) (4)√ (5)√ (6)√ 書寫下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式。 (1)Cl2＋H2O??HCl＋HClO (2)C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g) (3)CH3COOH＋C2H5OH??CH3COOC2H5＋H2O (4)CO＋H2O??HCO＋OH－ (5)CaCO3(s)??CaO(s)＋CO2(g) 答案 (1)K＝ (2)K＝ (3)K＝ (4)K＝ (5)K＝c(CO2) 題組一 化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫 1．寫出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式： (1)4NO2(g)＋2NaCl(s)??2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g) K＝________________。 (2)人體中肌紅蛋白(Mb)與血紅蛋白(Hb)的主要功能為運輸氧氣與二氧化碳，肌紅蛋白(Mb)可以與小分子X(如氧氣或一氧化碳)結(jié)合，反應(yīng)方程式為Mb(aq)＋X(g)??MbX(aq)，反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝____________________________________________________________。 答案 (1) (2) 2．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示： 化學(xué)反應(yīng) 平衡常數(shù) 溫度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)??CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)??H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________(用K1、K2表示)。 (2)反應(yīng)③的ΔH________(填“>”或“＜”)0。 答案 (1)K1K2 (2)＜ 解析 (1)K1＝， K2＝， K3＝， K3＝K1K2。 (2)根據(jù)K3＝K1K2,500℃、800℃時，反應(yīng)③的平衡常數(shù)分別為2.5,0.375；升溫，K減小，平衡左移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以ΔH＜0。 1．化學(xué)平衡常數(shù)與具體的化學(xué)反應(yīng)方程式有關(guān)，同一類型的化學(xué)方程式，化學(xué)計量數(shù)不同，則K不同。 2．在水溶液中進(jìn)行的可逆反應(yīng)，水可視為純液體，不要寫入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中；固體也不能寫入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式中。 題組二 影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素 3．(2018西安市鐵一中學(xué)質(zhì)檢)O3是一種很好的消毒劑，具有高效、潔凈、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點。O3可溶于水，在水中易分解，產(chǎn)生的[O]為游離氧原子，有很強的殺菌消毒能力。常溫常壓下發(fā)生的反應(yīng)如下： 反應(yīng)① O3??O2＋[O] ΔH>0 平衡常數(shù)為K1； 反應(yīng)② [O]＋O3??2O2 ΔH<0 平衡常數(shù)為K2； 總反應(yīng)：2O3??3O2 ΔH<0 平衡常數(shù)為K。 下列敘述正確的是( ) A．降低溫度，總反應(yīng)K減小 B．K＝K1＋K2 C．適當(dāng)升溫，可提高消毒效率 D．壓強增大，K2減小 答案 C 解析 降溫，總反應(yīng)平衡向右移動，K增大，A項錯誤；K1＝、K2＝、K＝＝K1K2，B項錯誤；升高溫度，反應(yīng)①平衡向右移動，c([O])增大，可提高消毒效率，C項正確；對于給定的反應(yīng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，D項錯誤。 4．在一個體積為2L的真空密閉容器中加入0.5molCaCO3，發(fā)生反應(yīng)CaCO3(s)??CaO (s)＋CO2(g)，測得二氧化碳的物質(zhì)的量濃度隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示，圖中A表示CO2的平衡濃度與溫度的關(guān)系曲線，B表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過相同時間時CO2的物質(zhì)的量濃度的變化曲線。請按要求回答下列問題： (1)該反應(yīng)正反應(yīng)為______(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)；溫度為T5時，該反應(yīng)耗時40s達(dá)到平衡，則此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為________。 (2)如果該反應(yīng)的平衡常數(shù)K值變大，該反應(yīng)________(填編號)。 a．一定向逆反應(yīng)方向移動 b．在平衡移動時正反應(yīng)速率先增大后減小 c．一定向正反應(yīng)方向移動 d．在平衡移動時逆反應(yīng)速率先減小后增大 (3)請說明隨溫度的升高，曲線B向曲線A逼近的原因：______________________________。 (4)保持溫度、體積不變，充入CO2氣體，則CaCO3的質(zhì)量________，CaO的質(zhì)量________，CO2的濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)。 答案 (1)吸 0.20 (2)bc (3)隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需要的時間變短 (4)增大 減小 不變 解析 (1)T5時，c(CO2)＝0.20molL－1，K＝c(CO2)＝0.20。 (2)K值增大，平衡正向移動，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。 (4)體積不變，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3質(zhì)量增大，CaO質(zhì)量減小，由于溫度不變，K不變，所以c(CO2)不變。 注意 濃度、壓強引起化學(xué)平衡發(fā)生移動時，平衡常數(shù)不變，只有溫度變化引起的化學(xué)平衡移動，平衡常數(shù)才發(fā)生變化。 5．(2017山西八校聯(lián)考)將一定量的SO2(g)和O2(g)分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，在不同溫度下進(jìn)行反應(yīng)，得到如下表中的兩組數(shù)據(jù)： 實驗 編號 溫度/℃ 平衡常數(shù) 起始量/mol 平衡量 /mol 達(dá)到平衡所需時間/min SO2 O2 SO2 O2 1 T1 K1 4 2 x 0.8 6 2 T2 K2 4 2 0.4 y t 下列說法中不正確的是( ) A．x＝2.4 B．T1、T2的關(guān)系：T1＞T2 C．K1、K2的關(guān)系：K2＞K1 D．實驗1在前6min的反應(yīng)速率v(SO2)＝0.2molL－1min－1 答案 A 解析 根據(jù)題中信息可列“三段式”： 2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) n(起始)/mol 4 2 n(轉(zhuǎn)化)/mol 4－x 2－0.8 n(平衡)/mol x 0.8 (4－x)∶(2－0.8)＝2∶1 解得：x＝1.6 同理，解得y＝0.2， 由于2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)是放熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度越小，根據(jù)x，y可以判斷出T1＞T2，K1＜K2。實驗1在前6 min的反應(yīng)速率v(SO2)＝＝ 0.2 molL－1min－1，故本題選A。 題組三 化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用 6．(2018合肥高三模擬)在體積為1L的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)，化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表： T/℃ 700 800 850 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列問題： (1)升高溫度，化學(xué)平衡向________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動。 (2)若某溫度下，平衡濃度符合下列關(guān)系：c(CO2)c(H2)＝c(CO)c(H2O)，此時的溫度為________；在此溫度下，若該容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，則此時反應(yīng)所處的狀態(tài)為__________(填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行中”“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行中”或“平衡狀態(tài)”)。 答案 (1)正反應(yīng) (2)850℃ 向正反應(yīng)方向進(jìn)行中 解析 (1)由表格數(shù)據(jù)，可知隨著溫度升高，平衡常數(shù)增大，說明化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動；(2)c(CO2)c(H2)＝c(CO)c(H2O)，則計算出K＝1.0，即此時溫度為850℃，此溫度下＝<1.0，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行中。 1．溫度變化與化學(xué)平衡常數(shù)變化不一定對應(yīng)。若正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫，K增大，降溫，K減小；若正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則相反。 2．Q與K的表達(dá)式相同，但代入的濃度不同。K的表達(dá)式中各物質(zhì)濃度為平衡濃度，而Q中為任意時刻物質(zhì)的濃度。 考點二 有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計算 1．一個模式——“三段式” 如mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為amolL－1、bmolL－1，達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mxmolL－1。 mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g) c始/molL－1ab00 c轉(zhuǎn)/molL－1mxnxpxqx c平/molL－1a－mxb－nxpxqx K＝。 2．明確三個量的關(guān)系 (1)三個量：即起始量、變化量、平衡量。 (2)關(guān)系 ①對于同一反應(yīng)物，起始量－變化量＝平衡量。 ②對于同一生成物，起始量＋變化量＝平衡量。 ③各轉(zhuǎn)化量之比等于各反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之比。 3．掌握四個公式 (1)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率＝100%＝100%。 (2)生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。 產(chǎn)率＝100%。 (3)平衡時混合物組分的百分含量＝100%。 (4)某組分的體積分?jǐn)?shù)＝100%。 將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：①NH4I(s)??NH3(g)＋HI(g)，②2HI(g)??H2(g)＋I(xiàn)2(g)。達(dá)到平衡時：c(H2)＝0.5molL－1，c(HI)＝4molL－1，則此溫度下反應(yīng)①的平衡常數(shù)為___________________________________________________________。 答案 20 解析 由平衡時H2的濃度，可求得反應(yīng)②分解消耗HI的濃度，c分解(HI)＝0.5 molL－12＝1 molL－1，故①式生成c(HI)＝c平衡(HI)＋c分解(HI)＝4 molL－1＋1 molL－1＝5 molL－1，則c平衡(NH3)＝5 molL－1，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝c平衡(NH3)c平衡(HI)＝54＝20。 這是一道比較經(jīng)典的“易錯”題，極易錯填成25。原因是將①式生成的c(HI)＝5molL－1代入公式中進(jìn)行求算，而未帶入平衡時HI的濃度(4molL－1)。計算平衡常數(shù)時，應(yīng)嚴(yán)格按照平衡常數(shù)的定義進(jìn)行求算，代入的一定是物質(zhì)的平衡濃度。 題組一 化學(xué)平衡常數(shù)的單純計算 1．(2018南寧二中月考)在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g)??2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。 回答下列問題： (1)反應(yīng)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0；100℃時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化如上圖所示。反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為________。 (2)100℃時達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c(N2O4)以0.0020molL－1s－1的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡。 ①T________(填“大于”或“小于”)100℃，判斷理由是_____________________________。 ②列式計算溫度T時反應(yīng)的平衡常數(shù)K2_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)大于 0.36 (2)①大于 正反應(yīng)吸熱，反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行，故溫度升高 ②平衡時，c(NO2)＝0.0020molL－1s－110s2＋0.120molL－1＝0.160molL－1 c(N2O4)＝0.040molL－1－0.0020molL－1s－110s＝0.020molL－1 K2＝＝1.28 解析 (1)升溫，顏色變深，NO2增多，即平衡右移，所以正反應(yīng)吸熱，即ΔH＞0。由題中圖像可知平衡時NO2和N2O4的濃度，將數(shù)據(jù)代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算即可。 (2)①由題意可知，改變溫度使N2O4的濃度降低，即平衡正向移動，則應(yīng)是升高溫度，T大于100 ℃；②根據(jù)速率和時間，求出減少的N2O4的濃度為0.020 molL－1，則平衡時N2O4的濃度為0.020 molL－1，NO2的濃度為0.160 molL－1，由平衡常數(shù)表達(dá)式可得K2的值。 題組二 化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率相結(jié)合計算 2．羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達(dá)到下列平衡： CO(g)＋H2S(g)??COS(g)＋H2(g) K＝0.1 反應(yīng)前CO的物質(zhì)的量為10mol，平衡后CO的物質(zhì)的量為8mol。下列說法正確的是( ) A．升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B．通入CO后，正反應(yīng)速率逐漸增大 C．反應(yīng)前H2S物質(zhì)的量為7mol D．CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80% 答案 C 解析 A項，升高溫度，H2S濃度增大，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)吸熱，正反應(yīng)放熱，錯誤；B項，通入CO氣體瞬間正反應(yīng)速率增大，達(dá)到最大值，向正反應(yīng)方向建立新的平衡，正反應(yīng)速率逐漸減小，錯誤；C項，設(shè)反應(yīng)前H2S的物質(zhì)的量為nmol，容器的容積為1L，則 CO(g)＋H2S(g)??COS(g)＋H2(g) K＝0.1 n(始)/mol10n00 n(轉(zhuǎn))/mol2222 n(平)/mol8n－222 K＝＝0.1，解得n＝7，正確；D項，根據(jù)上述計算可知CO的轉(zhuǎn)化率為20%，錯誤。 3．[2017全國卷Ⅰ，28(3)]H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)：H2S(g)＋CO2(g)??COS(g)＋H2O(g)。在610K時，將0.10molCO2與0.40molH2S充入2.5L的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。 ①H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝________%，反應(yīng)平衡常數(shù)K＝________。 ②在620K重復(fù)實驗，平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03，H2S的轉(zhuǎn)化率α2________α1，該反應(yīng)的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。 ③向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是________(填標(biāo)號) A．H2SB．CO2C．COSD．N2 答案?、?.5 2.810－3 ②> >?、跙 解析 ①設(shè)平衡時H2S轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x。 H2S(g)＋CO2(g)??COS(g)＋H2O(g) 初始/mol 0.40 0.100 0 轉(zhuǎn)化/mol xxxx 平衡/mol 0.40－x 0.10－xxx 由題意得： ＝0.02 解得：x＝0.01 mol H2S的平衡轉(zhuǎn)化率α1＝100%＝2.5% K＝＝＝≈2.810－3。 ②溫度升高，水的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，平衡右移，則H2S的轉(zhuǎn)化率增大，故α2>α1。溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，故ΔH>0。 ③A項，充入H2S，、H2S的轉(zhuǎn)化率反而減?。籅項，充入CO2，增大了一種反應(yīng)物的濃度，能夠提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故H2S的轉(zhuǎn)化率增大；C項，充入COS，平衡左移，H2S的轉(zhuǎn)化率減?。籇項，充入N2，對平衡無影響，不改變H2S的轉(zhuǎn)化率。 題組三 有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的另類計算 4．(2016海南，16)順1,2二甲基環(huán)丙烷和反1,2二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化： 該反應(yīng)的速率方程可表示為v(正)＝k(正)c(順)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定溫度時為常數(shù)，分別稱作正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。回答下列問題： (1)已知：t1溫度下，k(正)＝0.006s－1，k(逆)＝0.002s－1，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值K1＝________；該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，則ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。 (2)t2溫度下，圖中能表示順式異構(gòu)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時間變化的曲線是________(填曲線編號)，平衡常數(shù)值K2＝________；溫度t1________(填“小于”“等于”或“大于”)t2，判斷理由是________________________________________________________________________。 答案 (1)3 小于 (2)B 小于 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動 解析 (1)根據(jù)v(正)＝k(正)c(順)，k(正)＝0.006s－1，則v(正)＝0.006c(順)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002s－1，則v(逆)＝0.002c(反)，化學(xué)平衡狀態(tài)時正、逆反應(yīng)速率相等，則0.006c(順)＝0.002c(反)，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K1＝＝＝3；該反應(yīng)的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，說明斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量，即該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則ΔH小于0。(2)隨著時間的推移，順式異構(gòu)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷減少，則符合條件的曲線是B。設(shè)順式異構(gòu)體的起始濃度為x，可逆反應(yīng)左右物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)相等，均為1，則平衡時，順式異構(gòu)體為0.3x，反式異構(gòu)體為0.7x，所以平衡常數(shù)為K2＝＝。因為K1＞K2，放熱反應(yīng)升高溫度時平衡逆向移動，所以溫度t2＞t1。 5．一定量的CO2與足量的C在恒壓密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)??2CO(g) ΔH＝＋173kJmol－1，若壓強為pkPa，平衡時體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示，回答下列問題： (1)650℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。 (2)t1℃時平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；該溫度下達(dá)平衡后若再充入等物質(zhì)的量的CO和CO2氣體，則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動，原因是_____________________________________________。 答案 (1)25% (2)0.5p 不 Qp＝Kp 解析 (1)650℃時，平衡時CO2的體積分?jǐn)?shù)為60%，設(shè)其物質(zhì)的量為0.6mol，則平衡時CO的物質(zhì)的量為0.4mol，起始時CO2的物質(zhì)的量為0.6mol＋0.4mol＝0.8mol，故CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為100%＝25%。(2)t1℃時，平衡時CO與CO2的體積分?jǐn)?shù)相等，其平衡分壓均為0.5pkPa，則此時的平衡常數(shù)為Kp＝＝0.5p。 Kp含義：在化學(xué)平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度計算的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù)。 計算技巧：第一步，根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度；第二步，計算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)；第三步，根據(jù)分壓計算分式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))；第四步，根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。例如，N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，壓強平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp＝。 微專題 化學(xué)反應(yīng)原理在物質(zhì)制備中的調(diào)控作用 1．化學(xué)反應(yīng)方向的判定 (1)自發(fā)反應(yīng) 在一定條件下無需外界幫助就能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。 (2)熵和熵變的含義 ①熵的含義 熵是衡量一個體系混亂度的物理量。用符號S表示。同一條件下，不同物質(zhì)有不同的熵值，同一物質(zhì)在不同狀態(tài)下熵值也不同，一般規(guī)律是S(g)>S(l)>S(s)。 ②熵變的含義 熵變是反應(yīng)前后體系熵的變化，用ΔS表示，化學(xué)反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。 (3)判斷化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù) ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0時，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行； ΔG＝0時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)； ΔG>0時，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。 2．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則 (1)從化學(xué)反應(yīng)速率分析，既不能過快，又不能太慢。 (2)從化學(xué)平衡移動分析，既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性。 (3)從原料的利用率分析，增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本。 (4)從實際生產(chǎn)能力分析，如設(shè)備承受高溫、高壓能力等。 (5)注意催化劑的活性對溫度的限制。 3．平衡類問題需綜合考慮的幾個方面 (1)原料的來源、除雜，尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響。 (2)原料的循環(huán)利用。 (3)產(chǎn)物的污染處理。 (4)產(chǎn)物的酸堿性對反應(yīng)的影響。 (5)氣體產(chǎn)物的壓強對平衡造成的影響。 (6)改變外界條件對多平衡體系的影響。 專題訓(xùn)練 1．(2017四川資陽診斷)無機鹽儲氫是目前科學(xué)家正在研究的儲氫新技術(shù)，其原理如下： NaHCO3(s)＋H2(g)HCOONa(s)＋H2O(l) 在2L恒容密閉容器中加入足量碳酸氫鈉固體并充入一定量的H2(g)，在上述條件下發(fā)生反應(yīng)，體系中H2的物質(zhì)的量與反應(yīng)時間的關(guān)系如表所示： t/min 0 2 4 6 8 10 n(H2)/mol 2.0 1.5 1.2 0.9 0.8 0.8 下列推斷正確的是( ) A．當(dāng)容器內(nèi)氣體的相對分子質(zhì)量不再變化時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài) B．0～4min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)＝0.2molL－1min－1 C．若溫度不變，平衡后再充入2molH2，達(dá)到新平衡時c(H2)＝0.4molL－1 D．若保持溫度不變，平衡后再充入少量H2，H2的轉(zhuǎn)化率減小 答案 C 解析 該可逆反應(yīng)中只有H2呈氣態(tài)，H2的相對分子質(zhì)量始終保持不變，A項錯誤；v(H2)＝＝0.1molL－1min－1，B項錯誤；達(dá)到平衡時c(H2)＝0.4molL－1，平衡常數(shù) K＝，溫度不變時平衡常數(shù)不變，再充入H2達(dá)到新平衡時，H2的平衡濃度保持不變，C項正確；溫度不變，再充入H2，相當(dāng)于將原體系壓縮，平衡向右移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，D項錯誤。 2．①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515kJmol－1?、贑3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353kJmol－1，上述①②反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大的原因是________________________________________________________，其中反應(yīng)ΔS>0的是反應(yīng)________________________________________________________________________。 答案?、佗诜磻?yīng)均為放熱量大的反應(yīng) ① 3．(2018武漢高三模擬)化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。 (1)利用“化學(xué)蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應(yīng)： TaS2(s)＋2I2(g)??TaI4(g)＋S2(g) ΔH＞0(Ⅰ) 如下圖所示，反應(yīng)(Ⅰ)在石英真空管中進(jìn)行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純凈TaS2晶體，則溫度T1________(填“＞”“＜”或“＝”)T2。上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是________。 (2)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如下圖所示。該反應(yīng)ΔH________(填“＞”或“＜”)0。實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3104kPa左右，選擇此壓強的理由是___________________________ ______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)＜ I2 (2)＜ 在1.3104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失 解析 (1)由題意知，未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反應(yīng)(Ⅰ)先在溫度T2端正向進(jìn)行，后在溫度T1端逆向進(jìn)行，反應(yīng)(Ⅰ)的ΔH大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的物質(zhì)是I2。(2)從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，則ΔH＜0，綜合溫度、壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在題給壓強下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，不必再增大壓強。 4．(2018重慶適應(yīng)性考試)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，其反應(yīng)原理為N2 (g)＋3H2 (g)??2NH3 (g) ΔH＝－92.4kJmol－1，一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下： (1)天然氣中的H2S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH4HS。一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________。 (2)步驟Ⅱ中制氫氣原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g)??CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4kJmol－1 ②CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2kJmol－1 對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是________(填字母)。 a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強 利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1molCO和H2的混合氣體(CO的體積分?jǐn)?shù)為20%)與H2O反應(yīng)，得到1.18molCO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為________。 (3)圖1表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)：________。 (4)依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在圖2坐標(biāo)中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。 (5)上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是________(填序號)。簡述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：_______________________________________。 答案 (1)2NH4HS＋O22NH3H2O＋2S↓(2)a 90% (3)14.5% (4)(5)Ⅳ 對原料氣加壓；分離液氨后，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用 解析 (1)向NH4HS溶液中通入空氣，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有S單質(zhì)生成，故反應(yīng)為2NH4HS＋O22NH3H2O＋2S↓。 (2)反應(yīng)①是一個吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，將會增加H2的百分含量，同時提高反應(yīng)速率；增大水蒸氣的濃度，會提高反應(yīng)速率，但H2的百分含量會降低；加入催化劑，不會引起H2含量的改變；降低壓強，反應(yīng)速率減小；故a正確。設(shè)CO反應(yīng)掉nmol。 CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g) 投入量/mol0.200.8 變化量/molnnn 最終量/mol0.2－nn0.8＋n 則：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18 解得：n＝0.18 CO的轉(zhuǎn)化率為100%＝90%。 (3)設(shè)投入N2和H2的物質(zhì)的量分別是1mol、3mol，平衡時N2反應(yīng)掉mmol。 N2 ＋ 3H2??2NH3 起始量/mol 130 變化量/mol m3m2m 平衡量/mol 1－m3－3m2m 根據(jù)題意：＝42%，解得m≈0.59，所以平衡時N2的體積分?jǐn)?shù)為100%≈14.5%。 (4)通入原料氣，反應(yīng)開始，氨氣的量增加，因為合成氨是一個放熱反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到平衡后溫度升高，氨氣的含量將減小。所以圖像為 (5)從流程圖看，反應(yīng)放出的能量得到充分利用是在熱交換器中。提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的方法是將未反應(yīng)的原料重新送回反應(yīng)器中循環(huán)使用、對原料氣加壓。 1．(2017天津理綜，6)常壓下羰基化法精煉鎳的原理為：Ni(s)＋4CO(g)??Ni(CO)4(g)。230℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝210－5。已知：Ni(CO)4的沸點為42.2℃，固體雜質(zhì)不參與反應(yīng)。 第一階段：將粗鎳與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4； 第二階段：將第一階段反應(yīng)后的氣體分離出來，加熱至230℃制得高純鎳。 下列判斷正確的是( ) A．增加c(CO)，平衡向正向移動，反應(yīng)的平衡常數(shù)增大 B．第一階段，在30℃和50℃兩者之間選擇反應(yīng)溫度，選50℃ C．第二階段，Ni(CO)4分解率較低 D．該反應(yīng)達(dá)到平衡時，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO) 答案 B 解析 A項，增加c(CO)，平衡向正向移動，因平衡常數(shù)大小只與溫度有關(guān)，與濃度無關(guān)，所以反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，錯誤；B項，第一階段，50℃時，Ni(CO)4為氣態(tài)，易于分離，有利于Ni(CO)4的生成，正確；C項，第二階段，230℃制得高純鎳的反應(yīng)方程式為Ni(CO)4(g)??Ni(s)＋4CO(g)，平衡常數(shù)K1＝＝5104，所以Ni(CO)4分解率較高，錯誤；D項，因反應(yīng)達(dá)到平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等，再根據(jù)該反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)可知，該反應(yīng)達(dá)到平衡時，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，錯誤。 2．[2016全國卷Ⅰ，27(2)]元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍(lán)紫色)、Cr(OH)(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在，Cr(OH)3為難溶于水的灰藍(lán)色固體，回答下列問題： (2)CrO和Cr2O在溶液中可相互轉(zhuǎn)化。室溫下，初始濃度為1.0molL－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)隨c(H＋)的變化如圖所示。 ①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)：__________________________________ ________________________________________________________________________。 ②由圖可知，溶液酸性增大，CrO的平衡轉(zhuǎn)化率______(填“增大”“減小”或“不變”)。根據(jù)A點數(shù)據(jù)，計算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為________。 ③升高溫度，溶液中CrO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則該反應(yīng)的ΔH________(填“大于”“小于”或“等于”)0。 答案?、?CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O ②增大 1.01014?、坌∮? 解析?、儆蓤D可知，隨著溶液酸性增大，溶液中c(Cr2O)逐漸增大，說明CrO逐漸轉(zhuǎn)化為Cr2O，則CrO的平衡轉(zhuǎn)化率逐漸增大，其反應(yīng)的離子方程式為2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O；②由圖中A點數(shù)據(jù)可知：c(Cr2O)＝0.25molL－1、c(H＋)＝1.010－7molL－1，則進(jìn)一步可知c(CrO)＝1.0molL－1－20.25molL－1＝0.5molL－1，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可計算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.01014；③升高溫度，溶液中CrO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，說明化學(xué)平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即該反應(yīng)的ΔH小于0。 3．[2016全國卷Ⅲ，27(2)(3)]煤燃燒排放的煙氣含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大氣，采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝，回答下列問題： (2)在鼓泡反應(yīng)器中通入含有SO2和NO的煙氣，反應(yīng)溫度323K，NaClO2溶液濃度為510－3molL－1。反應(yīng)一段時間后溶液中離子濃度的分析結(jié)果如下表。 離子 SO SO NO NO Cl－ c/molL－1 8.3510－4 6.8710－6 1.510－4 1.210－5 3.410－3 ①寫出NaClO2溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式：____________________________。 增加壓強，NO的轉(zhuǎn)化率________(填“提高”“不變”或“降低”)。 ②隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行，吸收劑溶液的pH逐漸________(填“增大”“不變”或“減小”)。 ③由實驗結(jié)果可知，脫硫反應(yīng)速率________脫硝反應(yīng)速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)在不同溫度下，NaClO2溶液脫硫、脫硝的反應(yīng)中SO2和NO的平衡分壓pe如圖所示。 ①由圖分析可知，反應(yīng)溫度升高，脫硫、脫硝反應(yīng)的平衡常數(shù)均________(填“增大”“不變”或“減小”)。 ②反應(yīng)ClO＋2SO??2SO＋Cl－的平衡常數(shù)K表達(dá)式為_________________________。 答案 (2)①4NO＋3ClO＋4OH―===4NO＋3Cl－＋2H2O 提高 ②減小?、鄞笥凇O溶解度較低(或脫硝反應(yīng)活化能較高)(3)①減小?、贙＝ 解析 (2)①亞氯酸鈉具有氧化性，可將NO氣體氧化為NO，則NaClO2溶液脫硝過程中主要反應(yīng)的離子方程式為4NO＋3ClO＋4OH―===4NO＋3Cl－＋2H2O。該反應(yīng)是一個氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，有利于反應(yīng)向消耗NO的方向進(jìn)行，所以增大壓強，NO的轉(zhuǎn)化率提高；②脫硝反應(yīng)消耗OH―，故隨著吸收反應(yīng)的進(jìn)行，吸收劑溶液的pH逐漸減?。虎鄹鶕?jù)題中表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)一段時間后溶液中SO的濃度大于NO的濃度，說明脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)速率。原因除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是NO溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高。(3)①由圖分析可知，溫度升高，SO2或NO平衡分壓的負(fù)對數(shù)均減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，因此脫硫、脫硝反應(yīng)的平衡常數(shù)均減??；②根據(jù)反應(yīng)ClO＋2SO??2SO＋Cl―可寫出其平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝。 1．只改變一個影響化學(xué)平衡的因素，平衡常數(shù)K與化學(xué)平衡移動的關(guān)系敘述不正確的是( ) A．K值不變，平衡可能移動 B．平衡向右移動時，K值不一定變化 C．K值有變化，平衡一定移動 D．相同條件下，同一個反應(yīng)的方程式的化學(xué)計量數(shù)增大2倍，K值也增大兩倍 答案 D 解析 因改變壓強或濃度引起化學(xué)平衡移動時，K值不變，A項和B項均正確；K值只與溫度有關(guān)，K值發(fā)生了變化，說明體系的溫度改變，則平衡一定移動，C項正確；相同條件下，同一個反應(yīng)的方程式的化學(xué)計量數(shù)增大2倍，K值應(yīng)該變?yōu)镵，D項錯誤。 2．(2018大連重點中學(xué)聯(lián)考)一定溫度下，在一個容積為1L的密閉容器中，充入1molH2(g)和1molI2(g)，發(fā)生反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g)??2HI(g)，經(jīng)充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，生成的HI(g)占?xì)怏w體積的50%，該溫度下，在另一個容積為2L的密閉容器中充入1molHI(g)發(fā)生反應(yīng)HI(g)??H2(g)＋I(xiàn)2(g)，則下列判斷正確的是( ) A．后一反應(yīng)的平衡常數(shù)為1 B．后一反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.5 C．后一反應(yīng)達(dá)到平衡時，H2的平衡濃度為0.25molL－1 D．后一反應(yīng)達(dá)到平衡時，HI(g)的平衡濃度0.5molL－1 答案 B 解析 前一反應(yīng)達(dá)平衡時c(H2)＝c(I2)＝0.5molL－1，c(HI)＝1molL－1，則平衡常數(shù)K1＝＝＝4，而后一反應(yīng)的平衡常數(shù)K2＝＝＝0.5，A項錯誤，B項正確；設(shè)后一反應(yīng)達(dá)平衡時c(H2)＝xmolL－1，則平衡時c(I2)＝xmolL－1，c(HI)＝(0.5－2x) molL－1，K2＝＝0.5，解得x＝0.125，故平衡時c(HI)＝0.25molL－1，C、D項錯誤。 3．利用醋酸二氨合銅[Cu(NH3)2Ac]溶液吸收CO，能達(dá)到保護(hù)環(huán)境和能源再利用的目的，反應(yīng)方程式為Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)??[Cu(NH3)3]AcCO(aq)。已知該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如表所示： 溫度/℃ 15 50 100 化學(xué)平衡常數(shù) 5104 2 1.910－5 下列說法正確的是( ) A．上述正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) B．15℃時，反應(yīng)[Cu(NH3)3]AcCO(aq)??Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)的平衡常數(shù)為210－5 C．保持其他條件不變，減小壓強，CO的轉(zhuǎn)化率升高 D．醋酸二氨合銅溶液的濃度大小對CO的吸收多少沒有影響 答案 B 解析 根據(jù)題給數(shù)據(jù)知，溫度降低，平衡常數(shù)增大，說明降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項錯誤；[Cu(NH3)3]AcCO(aq)??Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)為Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)??[Cu(NH3)3]AcCO(aq)的逆反應(yīng)，兩反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，則15℃時，反應(yīng)[Cu(NH3)3]AcCO(aq)??Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)的平衡常數(shù)K＝＝210－5，B項正確；減小壓強，平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，C項錯誤；增大醋酸二氨合銅溶液的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，有利于CO的吸收，D項錯誤。 4．(2017江西九江十校聯(lián)考)在一定條件下發(fā)生反應(yīng)4NO2(g)＋O2(g)??2N2O5(g) ΔH<0，T1時，向體積為2L的恒容密閉容器中通入NO2和O2，部分實驗數(shù)據(jù)如表所示。下列說法不正確的是( ) 時間/s 0 5 10 15 c(NO2)/molL－1 4.00 2.52 2.00 c3 c(O2)/molL－1 1.00 c1 c2 0.50 A．0～5s內(nèi)N2O5的平均反應(yīng)速率為0.148molL－1s－1 B．其他條件不變，將容器體積壓縮一半，則重新達(dá)到平衡時c(N2O5)<2molL－1 C．設(shè)T1時平衡常數(shù)為K1，T2時平衡常數(shù)為K2，若T1下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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