1、化学反应速率、平衡的综合计算专题六大题题空逐空突破(五)1.化学平衡常数(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。高考必备高考必备1 1(3)依据化学方程式计算平衡常数同一可逆反应中，K正K逆1。同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K与原平衡常数K间的关系是KKn或K 。几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。2.转化率、产率及分压的计算分压总压物质的量分数3.常用的气体定律同温同体积：p(前)p(后)n(前)n(后)1.(2019海南，1
2、4)由羟基丁酸生成丁内酯的反应如下：真题演练真题演练2 212345在298 K下，羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 molL1，测得丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：t/min215080100120160220c/molL10.0240.0500.0710.0810.0900.1040.1160.132(1)该反应在5080 min内的平均反应速率为_molL1min1。0.000 767812345(2)120 min时羟基丁酸的转化率为_。(3)298 K时该反应的平衡常数K_。(4)为提高羟基丁酸的平衡转化率，除适当控制反应温度外，还可采取的措施是_。t/min
3、215080100120160220c/molL10.0240.0500.0710.0810.0900.1040.1160.1320.5(50%)将丁内酯移走6782.2019全国卷，28(1)(2)(4)水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H0是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：使纯H2缓慢地通过处于721 下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.01
4、9 2。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_H2(填“大于”或“小于”)。12345大于678相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。12345678(2)721 时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为_(填标号)。A.0.5012345C678设起始时CO(g)、H2O(g)的物质的量都为1 mol，容器体积为1 L，在721 下，反应达平衡时H2的物质的量为x mol。CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)起始/mol 110 0转化/mol
5、x xxx平衡/mol 1x 1x x x12345678(4)Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的 和pCO相等、 和 相等。计算曲线a的反应在3090 min内的平均速率 (a)_kPamin1。467 时 和 pCO随时间变化关系的曲线分别是_、_。489 时 和pCO随时间变化关系的曲线分别是_、_。123452OHp2COp2Hp2Hp2Hp0.004 7b ca d678水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压
6、强增大。故a曲线代表489 时 随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 时 随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 时pCO随时间变化关系的曲线。123452Hp2Hp6783.2019全国卷，27(2)(3)改编环戊二烯()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：(2)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)H89.3 kJmol1)，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
7、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1234540%3.56104BD67812345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： a a 0 0转化： x x x 2x平衡： ax ax x 2x根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，67812345通入惰性气体，对反应的平衡无影响，A项不符合题意；反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提
8、高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。678(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是_(填标号)。A.T1T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45 molL112345CD67812345解析由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1vb。反应速率vv正v逆 ，则有v正 ， ，343 K下反应达到平衡状态时v正v逆，即 ，此时S
9、iHCl3的平衡转化率22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正0.782k逆0.112，k正/k逆0.112/0.7820.02。a处SiHCl3的平衡转化率20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，12342k xk xx正逆3224Si H C lSi H C lSi C l32SiHClk x正k xx逆逆224Si H C lSi C lv2k xk xx正逆3224Si H C lSi H C lSi C l2k xk xx正逆3224Si H C lSi
10、 H C lSi C l2xxx3224Si H C lSi H C lSi C l5678(一)连续反应、竞争反应平衡常数的计算1.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3.4 mol。则t 时反应的平衡常数为A.10.7 B.8.5C.9.6 D.10.2模拟预测模拟预测3 3123456解析设N2O5的转化浓度为x，N2O3的转化浓度为y。N2O5(g)N2O3(g)O2(g)开始/molL1 4 0 0转化/
11、molL1 x x x平衡/molL1 4x x x N2O3(g)N2O(g)O2(g)开始/molL1 x 0 x转化/molL1 y y y平衡/molL1 xy y xy123456所以x3.1 molL1y1.4 molL1所以反应的平衡常数为：1234562.CO2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：123456该催化剂在较低
12、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)。反应解析温度较低时，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。 CO2(g)4H2(g)CH4(g)2H2O(g)转化(molL1) 0.2 0.8 0.2 0.4 2CO26H2C2H4(g)4H2O(g)转化(molL1) 0.4 1.2 0.2 0.8c(CO2)(20.20.4)molL11.4 molL1c(H2)(40.81.2)molL12 molL1c(H2O)(0.40.8)molL11.2 molL1123456解析丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向
13、逆反应方向移动，丙烯的平衡体积分数减小；该反应为吸热反应，温度升高，平衡向正反应方向移动，故曲线代表104 Pa时丙烯的平衡体积分数。(二)分压平衡常数的计算3.图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104 Pa和105 Pa)。(已知：丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程)(1)104 Pa时，图中表示丙烯的曲线是_(填“”“”“”或“”)。 123456(2)104 Pa、500 时，主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp_(已知：气体分压气体总压体积分数)。1234563.3103解析104 Pa、500 时，丙烯的平衡体积分数为33%，设起始
14、丙烷为1 mol，转化率为x，由题意建立如下三段式： C3H8(g)C3H6(g)H2(g)起(mol) 1 0 0变(mol) x x x平(mol) 1x x x则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数1234564.一定温度下，向某密闭容器中充入1 mol NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，测得反应体系中气体体积分数与压强之间的关系如图所示：123456解析由图知，a点到c点的过程中，N2O4的体积分数不断增大，故逆反应速率不断增大。一定温度下，保持压强不变，加入稀有气体，相当于降低压强，故平衡向左移动。(1)a、b、c三点逆反应速率由大到小的顺序为_。平衡时若保持压强、
15、温度不变，再向体系中加入一定量的Ne，则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动。cba逆向(2)a点时NO2的转化率为_，用平衡分压代替平衡浓度也可求出平衡常数Kp，则该温度下Kp_。123456解析a点时，设消耗了x mol NO2，则生成0.5x mol N2O4，66.7%此时NO2的转化率为66.7%，平衡时p(N2O4)0.96p0，p(NO2)0.04p0，5.用测压法在刚性密闭容器中研究T 时4NO(g)N2(g)2NO2(g)的分解反应，现将一定量的NO充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示：(1)20 min时，NO的转化率_%。123456反应时间/mi
16、n010203040压强/MPa15.0014.0213.2012.5012.5048解析在一定条件下 ，压强之比等于物质的量之比，因此可以直接用压强代替物质的量计算。 4NO(g)N2(g)2NO2(g)开始的压强/MPa 15 0 0转化的压强/MPa 4x x 2x 平衡的压强/MPa 154x x 2x 123456(2)T 时，4NO(g)N2(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp_(Kp为以分压表示的平衡常数)。 123456反应时间/min010203040压强/MPa15.0014.0213.2012.5012.500.1解析平衡时，15x12.5，x2.5，NO、N2、NO2的压强分别为5、2.5、5，6.在温度T下，容积固定的密闭容器中充入3 mol NO和2 mol H2发生2H2(g)2NO(g)=N2(g)2H2O(g)，起始压强为p0，一段时间后，反应达到平衡，此时压强p0.9p0，则NO的平衡转化率(NO)_(结果保留三位有效数字)，该反应的平衡常数Kp_(用含p的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数，且某气体的分压总压该气体的物质的量分数)。12345633.3%
