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
