魯科版2023-2024年高中化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)第7章 第41講化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算

第41講化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算

［復(fù)習(xí)目標(biāo)］L掌握化學(xué)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算。2.了解壓強(qiáng)平衡常數(shù)的含義，并能進(jìn)

行簡(jiǎn)單計(jì)算。

考點(diǎn)一化學(xué)平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算

■歸納整合

1.常用的四個(gè)公式

公式備注

"(轉(zhuǎn)化)”轉(zhuǎn)化)

反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率?)×1≡=??×1≡

實(shí)際產(chǎn)量①平衡量可以是物質(zhì)的

生成物的產(chǎn)率理論產(chǎn)量X100%

量、氣體的體積；

平衡時(shí)混合物組分平衡量②某組分的體積分?jǐn)?shù)，

平衡時(shí)各物質(zhì)的總量Xlo0%

的百分含量也可以是物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

某組分的物質(zhì)的量

某組分的體積分?jǐn)?shù)混合氣體總的物質(zhì)的量Xι0%

2.平衡常數(shù)的計(jì)算步驟

(1)根據(jù)有關(guān)可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式，寫出平衡常數(shù)表達(dá)式。

(2)利用“三段式”確定各物質(zhì)的起始濃度、轉(zhuǎn)化濃度、平衡濃度。

(3)將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式(注意單位的統(tǒng)一)。

(4)計(jì)算模式

對(duì)于反應(yīng)：wA(g)+〃B(g)pC(g)+qD(g),令A(yù)、B起始物質(zhì)的量(mol)分別為a、b,達(dá)到

平衡后，A的消耗量為∕m?mol,容器容積為ML。

mA(g)+∕∕B(g)pC(g)+2(g)

起始∕molab00

變化∕moltnxnxpxqx

平衡∕mola-mxb-nxpxqx

(?r-(?

則有①平衡常數(shù)：KFT=。

-)m?(-^)π

∩—mχ

②A的平衡濃度：C(A)=氣；mol?L-'c

③A的平衡轉(zhuǎn)化率：α(A)=詈X100%,α(A)：α(B)=詈：詈=鬻

/7—wτr

④平衡時(shí)A的體積分?jǐn)?shù)：?>(A)≈,,,,,----------×100%?

*a+b+(p-vq-m-ri)x

~k,.Lrc_,〃(平)a-?-b-?-(p+q-m-n)x

⑤平衡壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比：嬴j=---------七方-------O

⑥平衡時(shí)混合氣體的平均密度萬(混)=""(A)："M(B)g1`

⑦平衡時(shí)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量后=金瞥翌MB)「1。

a-rb-r(p-rq-m-n)x

⑧生成物的產(chǎn)率：一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。

■專項(xiàng)突破關(guān)鍵能力

一、平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的相互計(jì)算

1.已知在密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)：M(g)+N(g)P(g)+Q(g)ΔH>0o某溫度下，反應(yīng)物

的起始濃度分別為C(M)=Imol-L',C(N)=2.4mol?L-ι.

思考并解答下列問題：

(1)若達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%,列出“三段式”,計(jì)算此時(shí)N的平衡濃度是多少？

平衡常數(shù)K是多少？

(2)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為C(M)=4mol?LLc(N)=amol?L^';達(dá)到平衡

后，c(P)=2mol?L-∣,則M的轉(zhuǎn)化率為,N的起始濃度為。

2.[2021.重慶1月適應(yīng)性測(cè)試，17]內(nèi)酯在化工、醫(yī)藥、農(nóng)林等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。內(nèi)酯可以

通過有機(jī)竣酸異構(gòu)化制得。某竣酸A在0.2mol?L1鹽酸中轉(zhuǎn)化為內(nèi)酯B的反應(yīng)可表示為

A(aq)B(aq),忽略反應(yīng)前后溶液體積變化。一定溫度下，當(dāng)A的起始濃度為amol-L^l

時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化如下表所示：

/∕min02136506580100OO

A的轉(zhuǎn)化率/%013.320.027.833.340.045.075.0

(1)反應(yīng)進(jìn)行到IOOmin時(shí)，B的濃度為mol?L

(2)。正。=50min)(填">"或"=")。逆(f=8min)。

(3)增加A的起始濃度,A在f=8min時(shí)轉(zhuǎn)化率將(填“增大”“減小”或“不變”)。

(4)該溫度下，平衡常數(shù)K=；在相同條件下，若反應(yīng)開始時(shí)只加入B,B的起始濃

度也為amol?L^',平衡時(shí)B的轉(zhuǎn)化率為。

(5)研究發(fā)現(xiàn)，其他條件不變時(shí)，減小鹽酸的濃度，反應(yīng)速率減慢，但平衡時(shí)B的含量不變，

原因是o

二、提取信息計(jì)算平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率

3.CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳燒，主要有以下兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

反應(yīng)∏:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

為分析催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入2molCO2和4molH2,測(cè)得有關(guān)物質(zhì)

的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示：

該催化劑在較低溫度時(shí)主要選擇(填“反應(yīng)I”或“反應(yīng)∏”)。520°C時(shí)，反應(yīng)I的

平衡常數(shù)K=(只列算式

不計(jì)算)。

考點(diǎn)二壓強(qiáng)平衡常數(shù)(KP)

提醒混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和。

例一定溫度和催化劑條件下，將1molN2和3mol&充入壓強(qiáng)為PO的恒壓容器中，測(cè)得平

衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為50%,計(jì)算該溫度下的壓強(qiáng)平衡常數(shù)(Kp)。

■專項(xiàng)突破關(guān)鍵能力

1.設(shè)4為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替

濃度。氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以POSo=IOOkPa)。在某溫度下，原料組成

H(CO)：”(NO)=I：1,發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g).初始總壓為IOOkPa

的恒容密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時(shí)N2的分壓為20kPa,則該反應(yīng)的相對(duì)壓力

平衡常數(shù)辭=。

2.丙烷無氧脫氫法制備丙烯反應(yīng)如下：

l

C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔW=+124kJ?moΓ

⑴總壓分別為IOOkPa、IokPa時(shí)發(fā)生該反應(yīng)，平衡體系中C3K和C3H6的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨

溫度變化關(guān)系如圖所示：

%

、

淤70

余

翊50

￡

圈3()

蔡

1()

500520540560580

溫度化

IOOkPa時(shí)，C3H8和C3H6的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系的曲線分別是、。

⑵某溫度下，在剛性容器中充入C3H8，起始?jí)簭?qiáng)為10kPa,平衡時(shí)總壓為13.3kPa,C3H8

的平衡轉(zhuǎn)化率為o該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=kPa(保留1位小數(shù))。

真題演練明確考向

1.[2021?廣東,19(4)]我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4-?CO2

重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：

(a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔW∣

(b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔW2

(c)CH4(g)C(s)+2H2(g)Δ∕∕3

(d)2CO(g)CO2(g)+C(s)ΔW4

(e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)Δ∕∕5

設(shè)跖為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替濃度。

氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以PO(PO=IOokPa)。

反應(yīng)a、c、e的In&隨玄溫度的倒數(shù))的變化如圖所示。

=8

O

-8

-16

①反應(yīng)a、c、e中，屬于吸熱反應(yīng)的有(填字母)。

②反應(yīng)C的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為晶=。

③在圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下、原料組成為〃(Co2)：n(CH4)=l：1、初始總壓為IoOkPa的恒容

密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時(shí)H2的分壓為40kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，寫出

計(jì)算過程。

2.[2021?全國(guó)乙卷，28(2)(3)(4)]一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬

直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：

⑵氯伯酸領(lǐng)(BaPtCk)固體加熱時(shí)部分分解為BaCI2、Pt和Cb,376.8℃時(shí)平衡常數(shù)KP=LOXIO4

Pa2,在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCI6,抽真空后，通過一支管通入碘蒸氣(然后將支管

封閉)。在376.8℃,碘蒸氣初始?jí)簭?qiáng)為20.0kPao376.8℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa,

則Pici=kPa,反應(yīng)2ICl(g)=C12(g)+L(g)的平衡常數(shù)K=(列出計(jì)

算式即可)。

(3)McMorris測(cè)定和計(jì)算了在136?180C范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp.

2NO(g)+2ICl(g)2NOCI(g)+l2(g)KPl

2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)Kp2

得到IgKPl?/口Ig勺2?料為線性關(guān)系，如下圖所示：

①由圖可知，Nocl分解為No和Ck,反應(yīng)的0(填“大于”或“小于")。

②反應(yīng)21Cl(g)=Cb(g)+l2(g)的K=(用Kpi、/表示)；該反應(yīng)的AH0(填“大

于，，或“小于“)，寫出推理過程：0

(4)Kistiakowsky曾研究了NOCl光化學(xué)分解反應(yīng)，在一定頻率(V)光的照射下機(jī)理為：

NOCl+?V—>NOC1*

NOCl+NOCI*―<NO+C12

其中加表示一個(gè)光子能量，Ne)C「表示NoCl的激發(fā)態(tài)?？芍纸?mol的NOCl需要吸

收mol的光子。

3.(2022?全國(guó)甲卷，28節(jié)選)(1)Tio2轉(zhuǎn)化為TiCI4有直接氯化法和碳氯化法。在IOooe時(shí)反

應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：

(i)直接氯化：TiO2(S)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)

Δ∕∕∣=+172kJ?moΓl,KPl=LoX1O9

(ii)碳氯化：TiO2(S)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2C0(g)AH2=~5?l<J?mol?,Kp2=

1.2XlO12Pa

反應(yīng)2C(s)+02(g)=2C0(g)的△4為kJ?moΓl,KP=Pa。

(2)在LOXIO$pa,將TiO2、C、Cb以物質(zhì)的量比1：2.2：2進(jìn)行反應(yīng)。體系中氣體平衡組成

比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計(jì)算結(jié)果如圖所