高三化學二輪復習：速率常數、平衡常數的分析應用

速率常數、平衡常數的分析應用復習目標1.了解速率常數、平衡常數的關系。2.掌握化學平衡常數的計算。1.化學平衡常數(1)意義：化學平衡常數K表示反應進行的程度，K越大，反應進行的程度越大。K＞105時，可以認為該反應已經進行完全。K的大小只與溫度有關。(2)化學平衡常數表達式：對于可逆化學反應mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)在一定溫度下達到化學平衡時，K＝

。另可用壓強平衡常數表示：Kp＝

[p(C)為平衡時氣體C的分壓]。(3)依據化學方程式計算平衡常數①同一可逆反應中，K正·K逆＝1。②同一方程式中的化學計量數等倍擴大或縮小n倍，則新平衡常數K′與原平衡常數K間的關系是K′＝Kn或K′＝③幾個可逆反應方程式相加，得總方程式，則總反應的平衡常數等于各分步反應平衡常數之積。3.常用的氣體定律同溫同體積：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)4.速率常數與化學平衡常數關系的應用溫度為T1，在三個容積均為1L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應CH4(g)＋H2O(g)

CO(g)＋3H2(g)

ΔH＝＋206.3kJ·mol－1，該反應中，正反應速率為v正＝k正c(CH4)·c(H2O)，逆反應速率為v逆＝k逆c(CO)·c3(H2)，k正、k逆為速率常數，受溫度影響。已知T1時，k正＝k逆，則該溫度下，平衡常數K1＝____；當溫度改變?yōu)門2時，若k正＝1.5k逆，則T2____(填“>”“＝”或“<”)T1。1>解題步驟及過程：步驟1帶入特殊值平衡時v正＝v逆，即k正c(CH4)·c(H2O)＝k逆c(CO)·c3(H2)；步驟2適當變式求平衡常數步驟3求其他k正＝1.5k逆，K2＝1.5；1.5>1，平衡正向移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動；則T2>T1。1.[2022·全國乙卷，28(3)(4)]油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有硫化氫，需要回收處理并加以利用。回答下列問題：(3)在1470K、100kPa反應條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉化率為______，平衡常數Kp＝______kPa。50%

4.76假設在該條件下，硫化氫和氬起始投料的物質的量分別為1mol和4mol，平衡時轉化的n(H2S)＝xmol，根據三段式可知：2H2S(g)

S2(g)＋2H2(g)始/mol

1

0

0變/mol

x

0.5x

x平/mol

1－x

0.5x

x平衡時H2S和H2的分壓相等，則二者的物質的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，(4)在1373K、100kPa反應條件下，對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣，熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如圖所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉化率_________，理由是___________________________________________________________________________。越高n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分壓越小，平衡向正反應方向進行，H2S的平衡轉化率越高②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對應圖中曲線______，計算其在0～0.1s之間，H2S分壓的平均變化率為_______kPa·s－1。d24.92.[2020·全國卷Ⅰ，28(2)(3)(4)]硫酸是一種重要的基本化工產品，接觸法制硫酸生產中的關鍵工序是SO2的催化氧化：SO3(g)

ΔH＝－98kJ·mol－1?；卮鹣铝袉栴}：(2)當SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質的量分數分別為7.5%、10.5%和82%時，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強下，SO2平衡轉化率α隨溫度的變化如圖1所示。反應在5.0MPa、550℃時的α＝_______，判斷的依據是_______________________________________________________________________________。影響α的因素有__________________________________________。0.975

該反應氣體分子數減少，增大壓強，α提高，5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa濃度(組成)、溫度、壓強

反應物(N2和O2)的起始(3)將組成(物質的量分數)為2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的氣體通入反應器，在溫度t、壓強p條件下進行反應。平衡時，若SO2轉化率為α，則SO3壓強為_________，平衡常數Kp＝____________________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質的量分數)。(4)研究表明，SO2催化氧化的反應速率方程為：式中：k為反應速率常數，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉化率，α′為某時刻SO2轉化率，n為常數。在α′＝0.90時，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖2所示。曲線上v最大值所對應溫度稱為該α′下反應的最適宜溫度tm。t<tm時，v逐漸提高；t>tm后，v逐漸下降。原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。k增大使v逐漸提高，但α降低使v逐漸下降。當t＜tm，k增大對v的提高大于α引起的降低；當t＞tm，k增大對v的提高小于α引起的降低升高溫度，3.[2020·全國卷Ⅱ，28(1)]乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)

ΔH1，相關物質的燃燒熱數據如下表所示：物質C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286①ΔH1＝______kJ·mol－1。＋137②提高該反應平衡轉化率的方法有__________、_____________________。升高溫度

減小壓強(或增大體積)物質C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286③容器中通入等物質的量的乙烷和氫氣，在等壓下(p)發(fā)生上述反應，乙烷的平衡轉化率為α。反應的平衡常數Kp＝________________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數)。物質C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－2864.(2020·全國卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域?；卮鹣铝袉栴}：(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應中，產物的物質的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝______。當反應達到平衡時，若增大壓強，則n(C2H4)_______(填“變大”“變小”或“不變”)。1∶4變大(2)理論計算表明，原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在體系壓強為0.1MPa，反應達到平衡時，四種組分的物質的量分數x隨溫度T的變化如圖所示。圖中，表示C2H4、CO2變化的曲線分別是_____、_____。CO2催化加氫合成C2H4反應的ΔH_____0(填“大于”或“小于”)。d

c小于(3)根據圖中點A(440,0.39)，計算該溫度時反應的平衡常數Kp＝_________(MPa)－3(列出計算式。以分壓表示，分壓＝總壓×物質的量分數)。(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應往往伴隨副反應，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強條件下，為了提高反應速率和乙烯選擇性，應當_________________。選擇合適催化劑等5.[2019·全國卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤氣變換[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH<0]是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領域中?；卮鹣铝袉栴}：(1)Shibata曾做過下列實驗：①使純H2緩慢地通過處于721℃下的過量氧化鈷CoO(s)，氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s)，平衡后氣體中H2的物質的量分數為0.0250。②在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質的量分數為0.0192。根據上述實驗結果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO______H2(填“大于”或“小于”)。大于(2)721℃時，在密閉容器中將等物質的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當的催化劑進行反應，則平衡時體系中H2的物質的量分數為____(填標號)。A.<0.25

B.0.25

C.0.25～0.50

D.0.50

E.>0.50C(4)Shoichi研究了467℃、489℃時水煤氣變換中CO和H2分壓隨時間變化關系(如圖所示)，催化劑為氧化鐵，實驗初始時體系中的

和pCO相等、

和

相等。計算曲線a的反應在30～90min內的平均速率(a)＝________kPa·min－1。467℃時

和pCO隨時間變化關系的曲線分別是______、_____。489℃時

和pCO隨時間變化關系的曲線分別是______、_____。0.0047bca

d6.[2019·全國卷Ⅱ，27(2)(3)改編]環(huán)戊二烯(

)是重要的有機化工原料，廣泛用于農藥、橡膠、塑料等生產?；卮鹣铝袉栴}：(2)某溫度，等物質的量的碘和環(huán)戊烯()在剛性容器內發(fā)生反應[(g)＋I2(g)===

(g)＋2HI(g)

ΔH＝＋89.3kJ·mol－1]，起始總壓為105Pa，平衡時總壓增加了20%，環(huán)戊烯的轉化率為________，該反應的平衡常數Kp＝__________Pa。達到平衡后，欲增加環(huán)戊烯的平衡轉化率，可采取的措施有______(填標號)。A.通入惰性氣體

B.提高溫度C.增加環(huán)戊烯濃度

D.增加碘濃度40%3.56×104BD(3)環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應為可逆反應。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應時間的關系如圖所示，下列說法正確的是______(填標號)。A.T1>T2B.a點的反應速率小于c點的反應速率C.a點的正反應速率大于b點的逆反應速率D.b點時二聚體的濃度為0.45mol·L－1CD連續(xù)反應、競爭反應平衡常數的計算1.加熱N2O5依次發(fā)生的分解反應為①N2O5(g)

N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)

N2O(g)＋O2(g)。在容積為2L的密閉容器中充入8molN2O5，加熱到t

℃，達到平衡狀態(tài)后O2為9mol，N2O3為3.4mol。則t

℃時反應①的平衡常數為A.10.7 B.8.5C.9.6 D.10.2√分壓常數的計算2.CO2和CH4在一定條件下反應可制得合成氣。在1.0L密閉容器中充入1.0molCH4和1.0molCO2，在一定條件下發(fā)生反應：CH4(g)＋CO2(g)

2CO(g)＋2H2(g)，測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示。(1)比較壓強大?。簆1_____(填“＞”“＜”或“＝”)p3。＜(2)若要提高CH4的平衡轉化率，可采取的措施有_____________________________________________________________________________(寫出兩條即可)。充入二氧化碳氣體、及時分離出部分CO或者部分H2(任寫兩條)升高溫度、降低壓強、(3)若p4＝2.0MPa，則x點的平衡常數Kp＝__________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數)?；瘜W平衡常數與數學對數的結合3.乙苯脫氫反應為

(g)

(g)＋H2(g)

ΔH＞0。其速率方程式為v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯·p氫氣(k正、k逆為速率常數，只與溫度有關)，圖中③