1、微专题2全面突破化学反应速率、化学平衡 常数及转化率的判断与计算1.化学平衡常数化学平衡常数(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。核心知识透析(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。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。分压总压物质的量分数3.常用的气体定律常用的气体定律同温同体积：p(前)p(后)n(前)n(后)1.(2018全国卷，28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问
2、题：(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为_。高考真题研究O2答案解析解析解析Cl2与AgNO3反应生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。123456(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t 的变化如下表所示t时，N2O5(g)完全分解：t/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.5
3、45.949.261.262.363.1123456已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)H14.4 kJmol12NO2(g)=N2O4(g)H255.3 kJmol1则反应N2O5(g)=2NO2(g)的H_kJmol1。解析解析令2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)H14.4 kJmol1a2NO2(g)=N2O4(g)H255.3 kJmol1b53.1答案解析123456研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v2103 kPamin1。t62 min时，测得体系中 2.9 kPa，则此时 _kPa，v_kPamin1。答案解析解析解析由方程式2N2O5(g)=4N
4、O2(g)O2(g)可知，62 min时，2.9 kPa，则减小的N2O5为5.8 kPa，此时 35.8 kPa5.8 kPa30.0 kPa，则v(N2O5)210330.0 kPamin16.0102 kPamin1。30.06.010212345625N Op25N Op2Op2Op25N Op若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)_63.1 kPa(填“大小”“等于”或“小于”)，原因是_。25 时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp_kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。答案大于解析温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二
5、聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4123456解析解析时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)知，此时生成的 2 235.8 kPa71.6 kPa，0.535.8 kPa17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa17.9 kPa45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则 N2O4(g)2NO2(g)初始压强/kPa071.6转化压强/kPax2x平衡压强/kPax71.62x1234562NOp25N Op2Op123456(3)对于反
6、应2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：第一步N2O5NO2NO3快速平衡第二步NO2NO3 NONO2O2慢反应第三步NONO3 2NO2快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是_(填标号)。A.v(第一步的逆反应)v(第二步反应)B.反应的中间产物只有NO3C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D.第三步反应活化能较高AC答案解析123456解析解析第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错
7、误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。1234562.2018全国卷，28(3)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常数K343K_(保留2位小数)。220.02答案解析123456解析解析温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，左边曲线达到平衡的时间短，则此曲线代表343 K时SiHCl3的转化率变化，右边曲线代表323 K时SiHCl3的
8、转化率变化。由题图可知，343 K时反应的平衡转化率22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 molL1，则有 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)起始浓度/molL1 100转化浓度/molL1 0.220.11 0.11平衡浓度/molL1 0.780.11 0.11则343 K时该反应的平衡常数K343 Kc(SiH2Cl2)c(SiCl4)/c2(SiHCl3)0.112/0.7820.02。123456在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。答案解析及时移去产物解析解析在343 K时，要提高
9、SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物浓度、改进催化剂等。改进催化剂提高反应物浓度123456比较a、b处反应速率大小：va_vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率vv正v逆k正x2 k逆x x ，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的 _(保留1位小数)。答案大于1.3解析1234563SiHCl22SiH Cl4SiCl解析解析温度越高，反应速率越快，a点温度为343 K，b点温度为323 K，故反应速率：vavb。反应速率vv正v逆k正x2 k逆x x ，则
10、有v正k正x2 ，v逆k逆x x ，343 K下反应达到平衡状态时v正v逆，即k正x2 k逆x x ，此时SiHCl3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，则有v正/v逆(k正x2 )/(k逆x x )k正/k逆x2 /(x x )0.020.82/0.121.3。1234563SiHCl22SiH Cl4SiCl3
11、SiHCl22SiH Cl4SiCl3SiHCl22SiH Cl4SiCl3SiHCl22SiH Cl4SiCl3SiHCl22SiH Cl4SiCl3.2017全国卷，28(3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率1_%，反应平衡常数K_。答案解析2.52.8103123456解析解析设平衡时H2S转化的物质的量为x mol。H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)初始/mol 0.40 0
12、.10 0 0转化/mol x x x x平衡/mol 0.40 x 0.10 x x x解得：x0.01，123456123456在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0(填“”“解析解析温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故21。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故H0。123456向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_(填标号)。A.H2S B.CO2 C.COS D.N2答案解析B解析解析A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种
13、反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。123456由图可知，溶液酸性增大，的平衡转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。增大1.01014答案解析123456123456若平衡时溶液的pH14，则该反应的平衡常数K为_。答案解析123456起始浓度/molL1 x x 0 0平衡浓度/molL1 xy xy y 2y1234566.2014新课标全国卷，28(3)改编乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。热化学方程式为：
14、C2H4(g)H2O(g)CH3CH2OH(g)H45.5 kJmol1下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中 11)。1234562H On24C Hn答案列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。123456图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为_，理由是_。p4p3p2p1反应分子数减少，相同温度下，压强增大，乙烯转化率提高解析解析C2H4(g)H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，C2H4的转化率提高，所以p4p3p2p1。答案解
15、析123456题组一分类突破化学平衡常数的计算题组一分类突破化学平衡常数的计算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考向题组集训答案解析12345解析解析设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(molL1)x x x平衡(molL1)4x x xN
16、2O3(g)N2O(g)O2(g)开始(molL1)x 0 0转化(molL1)y y y平衡(molL1)xy y y12345所以x3.1 molL1y1.4 molL1所以反应的平衡常数为：123452.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：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_(
17、只列算式不计算)。反应答案解析12345解析解析温度较低时，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)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 molL112345题组二分压平衡常数的计算题组二分压平衡常数的计算3.(1)(2017潍坊市高三下学期第一次模拟)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)
18、2C(s)N2(g)2CO2(g)，在恒温条件下，1 mol NO2和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：A、B、C三点中NO2的转化率最高的是_(填“A”“B”或“C”)点。答案A解析解析解析增大压强，平衡左移，NO2的转化率减小，所以A点NO2的转化率最高。12345计算C点时该反应的压强平衡常数Kp_(Kp是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4解析12345解析解析设C点时NO2的浓度为c molL1，则CO2的浓度也为c molL12NO2(g)2C(s)N2(g)2CO2(g)1234512345(2)(2017
19、日照市高三下学期第一次模拟)以CO作还原剂与磷石膏反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图所示。在低于800 时主要反应的化学方程式为_；1 150 下，反应CaSO4COCaOCO2SO2达到平衡时，c平衡(SO2)8.0105 molL1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)_molL1，该反应的压强平衡常数Kp_(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数；忽略副反应)。1.01040.32a解析答案12345解析解析在低于800 时，固
20、体产物为CaS，所以此时反应方程式为CaSO44COCaS4CO2平衡(molL1)2.0105 8.0105 8.01051234512345题组三新题预测题组三新题预测4.氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：.4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g)H906 kJmol1.4NH3(g)3O2(g)2N2(g)6H2O(g)H126 kJmol1将固定比例NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。(1)催化氧化步骤中，最适宜的温度为_(填“T1”或“T2”)。T2答案解析12345解析解析制硝酸用NH
21、3和氧气反应生成NO，NO与O2反应生成NO2，NO2与水反应生成硝酸。T2时NO的产率最高，因此最适宜的温度是T2。12345(2)低于T1时，NO的产率较低的原因为_。答案解析温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2解析解析低于T1时，反应速率慢，同时部分反应物转化为N2造成NO的产率较低。12345(3)高于T2时，NO的产率降低的可能原因为_(填字母)。A.催化剂活性降低B.平衡常数减小C.反应活化能增大D.氨气溶于水答案解析AB12345解析解析A项，催化剂活性受温度影响，在一定温度时催化剂催化效率最高，超过此温度催化剂的活性降低，正确；B项，根据反应方程式生成NO是放热反应，
22、升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，正确；C项，活化能的大小不影响平衡移动，错误；D项，这里的水为气态，所以氨气溶于水是错的。12345(4)T2(T1T2)时，向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2，发生反应。反应过程中各物质的物质的量随时间(t)变化的关系如图2所示。T2时，该反应的平衡常数K_；5 min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为_。答案解析0.075升高温度或缩小容器容积12345由图知氨气和氧气的物质的量增大，NO和H2O(g)的物质的量减小，说明改变这一条件平衡向逆反应方向移动，即升高温度或缩小容器容积。123455.现将定量的H2
23、O 与足量碳在体积可变的恒压密闭容器中发生反应：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H，测得压强、温度对CO的平衡组成的影响如图所示：(1)下列措施能够提高H2产率的是_(填字母)。a.加压 b.分离出COc.加热 d.增大碳固体的量答案解析bc12345解析解析由图中信息可知，升高温度，CO的体积分数增大，则正反应为吸热反应，反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)为气体体积增大的吸热反应。a项，加压，平衡逆向移动，降低氢气的产率，错误；b项，分离出CO，平衡正向移动，提高氢气的产率，正确；c项，加热，平衡正向移动，提高氢气的产率，正确；d项，增大碳固体的量，反应物浓度不变，平衡不移
24、动，错误。12345a、b、c三点所对应的水的转化率最小的是_。答案解析b解析解析温度相同，a点CO的体积分数大于b点，则水的转化率a点较大，正反应为吸热反应，c点温度高于a点，升高温度平衡正向移动水的转化率增大，故三点对应的水的转化率最小的是b。12345(2)700、p3时，将1 mol H2O 与足量碳充入初始体积为1 L的密闭容器中，恒温、恒压条件下，当反应进行到10 min时，测得容器中H2的物质的量为0.12 mol。答案解析10 min内CO的平均反应速率为_ molL1min1(保留两位有效数字)。0.01112345解析解析700、p3时，C(s)H2O(g)CO(g)H2(
25、g)开始时的量(mol)1 0 0改变的量(mol)0.12 0.12 0.12平衡时的量(mol)0.88 0.12 0.1212345此温度下该反应的平衡常数K_。答案0.812345向容器中投料后，在右图中画出从0时刻到t1时刻达到平衡时容器中混合气体的平均摩尔质量的变化曲线。答案答案答案 (起点必须 18开始)解析12345解析解析开始时为水的摩尔质量18 gmol1，随着反应的进行气体的体积增大，平均摩尔质量减小，故图如下：。12345从t1时刻开始，保持温度不变，对容器加压，混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如右图，出现该变化的原因是_。答案解析压强增大，水蒸气液化解析解析从t1时刻开始，保持温度不变，对容器加压，混合气体平均摩尔质量从t2时刻后变化如右图，出现该变化的原因是压强增大，水蒸气液化。12345
