魯科版2023-2024年高中化學大一輪復習第7章 第41講化學平衡常數(shù)的計算

第41講化學平衡常數(shù)的計算

［復習目標］L掌握化學平衡常數(shù)及平衡轉化率的計算。2.了解壓強平衡常數(shù)的含義，并能進

行簡單計算。

考點一化學平衡常數(shù)與平衡轉化率的計算

■歸納整合

1.常用的四個公式

公式備注

"(轉化)”轉化)

反應物的轉化率?)×1≡=??×1≡

實際產(chǎn)量①平衡量可以是物質的

生成物的產(chǎn)率理論產(chǎn)量X100%

量、氣體的體積；

平衡時混合物組分平衡量②某組分的體積分數(shù)，

平衡時各物質的總量Xlo0%

的百分含量也可以是物質的量分數(shù)

某組分的物質的量

某組分的體積分數(shù)混合氣體總的物質的量Xι0%

2.平衡常數(shù)的計算步驟

(1)根據(jù)有關可逆反應的化學方程式，寫出平衡常數(shù)表達式。

(2)利用“三段式”確定各物質的起始濃度、轉化濃度、平衡濃度。

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

(4)計算模式

對于反應：wA(g)+〃B(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物質的量(mol)分別為a、b,達到

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的平衡轉化率：α(A)=詈X100%,α(A)：α(B)=詈：詈=鬻

/7—wτr

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

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

~k,.Lrc_,〃(平)a-?-b-?-(p+q-m-n)x

⑤平衡壓強與起始壓強之比：嬴j=---------七方-------O

⑥平衡時混合氣體的平均密度萬(混)=""(A)："M(B)g1`

⑦平衡時混合氣體的平均摩爾質量后=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，轉化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。

■專項突破關鍵能力

一、平衡常數(shù)與轉化率的相互計算

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

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)若達到平衡后，M的轉化率為60%,列出“三段式”,計算此時N的平衡濃度是多少？

平衡常數(shù)K是多少？

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

后，c(P)=2mol?L-∣,則M的轉化率為,N的起始濃度為。

2.[2021.重慶1月適應性測試，17]內(nèi)酯在化工、醫(yī)藥、農(nóng)林等領域有廣泛的應用。內(nèi)酯可以

通過有機竣酸異構化制得。某竣酸A在0.2mol?L1鹽酸中轉化為內(nèi)酯B的反應可表示為

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

時，A的轉化率隨時間的變化如下表所示：

/∕min02136506580100OO

A的轉化率/%013.320.027.833.340.045.075.0

(1)反應進行到IOOmin時，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時轉化率將(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，若反應開始時只加入B,B的起始濃

度也為amol?L^',平衡時B的轉化率為。

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

原因是o

二、提取信息計算平衡常數(shù)及轉化率

3.CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳燒，主要有以下兩個競爭反應：

反應I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

反應∏:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)

為分析催化劑對反應的選擇性，在1L密閉容器中充入2molCO2和4molH2,測得有關物質

的物質的量隨溫度變化如圖所示：

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

平衡常數(shù)K=(只列算式

不計算)。

考點二壓強平衡常數(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&充入壓強為PO的恒壓容器中，測得平

衡時N2的轉化率為50%,計算該溫度下的壓強平衡常數(shù)(Kp)。

■專項突破關鍵能力

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

濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(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：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g).初始總壓為IOOkPa

的恒容密閉容器中進行上述反應，體系達到平衡時N2的分壓為20kPa,則該反應的相對壓力

平衡常數(shù)辭=。

2.丙烷無氧脫氫法制備丙烯反應如下：

l

C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔW=+124kJ?moΓ

⑴總壓分別為IOOkPa、IokPa時發(fā)生該反應，平衡體系中C3K和C3H6的物質的量分數(shù)隨

溫度變化關系如圖所示：

%

、

淤70

余

翊50

￡

圈3()

蔡

1()

500520540560580

溫度化

IOOkPa時，C3H8和C3H6的物質的量分數(shù)隨溫度變化關系的曲線分別是、。

⑵某溫度下，在剛性容器中充入C3H8，起始壓強為10kPa,平衡時總壓為13.3kPa,C3H8

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

真題演練明確考向

1.[2021?廣東,19(4)]我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。CH4-?CO2

重整是CO2利用的研究熱點之一。該重整反應體系主要涉及以下反應：

(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

設跖為相對壓力平衡常數(shù)，其表達式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達式中，用相對分壓代替濃度。

氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以PO(PO=IOokPa)。

反應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a、c、e中，屬于吸熱反應的有(填字母)。

②反應C的相對壓力平衡常數(shù)表達式為晶=。

③在圖中A點對應溫度下、原料組成為〃(Co2)：n(CH4)=l：1、初始總壓為IoOkPa的恒容

密閉容器中進行反應，體系達到平衡時H2的分壓為40kPa。計算CH4的平衡轉化率，寫出

計算過程。

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

直接反應，也可用作有機合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：

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

Pa2,在一硬質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℃,碘蒸氣初始壓強為20.0kPao376.8℃平衡時，測得燒瓶中壓強為32.5kPa,

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

算式即可)。

(3)McMorris測定和計算了在136?180C范圍內(nèi)下列反應的平衡常數(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?料為線性關系，如下圖所示：

①由圖可知，Nocl分解為No和Ck,反應的0(填“大于”或“小于")。

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

于，，或“小于“)，寫出推理過程：0

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

NOCl+?V—>NOC1*

NOCl+NOCI*―<NO+C12

其中加表示一個光子能量，Ne)C「表示NoCl的激發(fā)態(tài)?？芍?，分解1mol的NOCl需要吸

收mol的光子。

3.(2022?全國甲卷，28節(jié)選)(1)Tio2轉化為TiCI4有直接氯化法和碳氯化法。在IOooe時反

應的熱化學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2C(s)+02(g)=2C0(g)的△4為kJ?moΓl,KP=Pa。

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

比例(物質的量分數(shù))隨溫度變化的理論計算結果如圖所