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。,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.(201
2、9海南，14)由-羟基丁酸生成-丁内酯的反应如下：,2,1,2,3,4,5,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：,(1)该反应在5080 min内的平均反应速率为_molL1min1。,0.000 7,6,7,8,1,2,3,4,5,(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_。,0.5(50%),将-丁内酯移走,6,7,8,2.2019全国卷，28(1)(2)(4)水煤气变换CO(g
3、)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0.019 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”)。,1,2,3,4,5,大于,6,7,8,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。
4、,1,2,3,4,5,6,7,8,(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.0.50,1,2,3,4,5,C,6,7,8,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 1 1 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 1x 1x x x,1,2,3,4,5,6,7,8,(4)Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换中C
5、O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_、_。,1,2,3,4,5,0.004 7,b c,a d,6,7,8,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
6、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。,1,2,3,4,5,6,7,8,3.2019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,1,2
7、,3,4,5,40%,3.56104,BD,6,7,8,1,2,3,4,5,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，,6,7,8,1,2,3,4,5,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，能提高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯
8、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。,6,7,8,(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.T1T2 B.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 molL1,1,2,3,4,5,CD,6,7,8,1,2,3,4,5,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，T1T2，A项错误； a点和b点温度相同，a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓
9、度，即a点的正反应速率大于b点的正反应速率，因为b点时反应未达到平衡，b点的正反应速率大于逆反应速率，故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C项正确； b点时，环戊二烯的浓度减小0.9 molL1，结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的 ，可知二聚体的浓度为0.45 molL1，D项正确。,6,7,8,4.2019全国卷，28(1)(3)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题： (1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)。如图为刚性容器中，
10、进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系：,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,可知反应平衡常数K(300 )_K(400 )(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)c(O2)11的数据计算K(400 ) _(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是_、_。,5,大于,O2和Cl2分离能耗较高,HCl转化率较低,6,7,8,解析 由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率
11、降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 )大于K(400 )。结合题图可知，c(HCl)c(O2)11、400 时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式： 4HCl(g) O2(g) = 2Cl2(g)2H2O(g) 起始 c0 c0 0 0 转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡 (10.84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0,进料浓度比c(HCl)c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化
12、率的方法是_ _。(写出2种),5,增加反应体系压强、,及时除去产物,解析 题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。,6,7,8,5.2019天津，7(5)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t 时发生如下反应：,1,2,3,4,5,达平衡时，体系中n(HI)b mol，n(I2)c mol，n(H2)d mol，则t 时反应的平衡常数K值为_(用字母表示)。,6,7,8,解析 反应生成的n(HI)体系中n(HI)2体系中n(I2)(b2c) mol， 反应中生成的n(H2)体系中n(H2)反应中
13、生成的n(H2)(dc) mol，,1,2,3,4,5,6,7,8,6.2018全国卷，27(1)节选对于CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)= 2CO(g)2H2(g) H247 kJmol1，某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡 常数为_mol2L2。,1,2,3,4,解析 CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g) 起始浓度/molL1 1 0.5 0 0 转化浓度/molL1 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡浓度/molL1 0.75 0.25 0.5 0
14、.5,5,6,7,8,7.2018全国卷，28(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),1,2,3,4,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：,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)。,13.4,5,6,7,8,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 235.8 kPa71.
15、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/kPa 0 71.6 转化压强/kPa x 2x 平衡压强/kPa x 71.62x 则x(71.62x)45.2，解得x26.4,71.6 kPa26.4 kPa218.8 kPa，,1,2,3,4,5,6,7,8,8.2018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2SiH
16、Cl3(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。,1,2,3,4,343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常数K343K_(保留2位小数)。,22,0.02,5,6,7,8,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)=SiH2C
17、l2(g)SiCl4(g) 起始浓度/molL1 1 0 0 转化浓度/molL1 0.22 0.11 0.11 平衡浓度/molL1 0.78 0.11 0.11,1,2,3,4,5,6,7,8,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_、_。,1,2,3,4,解析 在343 K时，要提高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。,及时移去产物,改进催化剂 提高反应物浓度,5,6,7,8,比较a、b处反应速率大小：va_v
18、b(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率vv正v逆 ，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)。,1,2,3,4,大于,1.3,5,6,7,8,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 ， 则有v正 ， ，343 K下反应达到平衡状态时v正v逆， 即 ， 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S
19、iHCl3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，,1,2,3,4,5,6,7,8,(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.8.5 C.9.6 D.10.2,3,1,2,3,4,5,6,解析 设N2O5的转化浓度为x，N2O3的转化浓度为y。
20、N2O5(g) N2O3(g)O2(g) 开始/molL1 4 0 0 转化/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 xy,1,2,3,4,5,6,所以x3.1 molL1 y1.4 molL1 所以反应的平衡常数为：,1,2,3,4,5,6,2.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
21、，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：,1,2,3,4,5,6,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)。,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 2CO26H2 C2H4(g)4H2O(g) 转化(molL1) 0.4 1.2 0.2 0.8 c(CO2)(20.20.4)molL11.4 molL1 c(H2)(
22、40.81.2)molL12 molL1 c(H2O)(0.40.8)molL11.2 molL1,1,2,3,4,5,6,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“”)。,1,2,3,4,5,6,(2)1
23、04 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)。,1,2,3,4,5,6,3.3103,解析 104 Pa、500 时，丙烯的平衡体积分数为33%，设起始丙烷为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,1,2,3,4,5,6,4.一定温度下，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
24、如图所示：,1,2,3,4,5,6,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、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_。,1,2,3,4,5,6,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%
25、，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_%。,1,2,3,4,5,6,48,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,1,2,3,4,5,6,(2)T 时，4NO(g) N2(g)2
26、NO2(g)反应的平衡常数Kp_(Kp为以分压表示的平衡常数)。,1,2,3,4,5,6,0.1,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)。,1,2,3,4,5,6,33.3%,解析 根据题意可列出三段式： 2H2(g)2NO(g)=N2(g)2H2O(g) 起始/mol: 2 3 0 0 转化/mol: 2x 2x x 2x 平衡/mol: 22x 32x x 2x 反应达到平衡，此时压强p0.9p0，,1,2,3,4,5,6,