2024屆新高考二輪復習 化學平衡常數(shù)相關計算 學案

高三化學專題復習——化學平衡常數(shù)相關計算一、平衡常數(shù)表達式及計算例題1由g-羥基丁酸生成g-丁內(nèi)酯的反應如下:HOCH2CH2CH2COOH +H2O在298K下，g-羥基丁酸水溶液的初始濃度為0.180mol/L，測得g-丁內(nèi)酯的濃度隨時間變化的數(shù)據(jù)如表所示t/min215080100120160220∞C/(mol/L）0.0240.0500.0710.0810.0900.1040.0060.132298K時該反應的平衡常數(shù)K=________練習1、（2017全國III）298K時，將20mL3xmol·L?1Na3AsO3、20mL3xmol·L?1I2和20mLNaOH溶液混合，發(fā)生反應：AsO33?(aq)+I2(aq)+2OH?(aq)AsO43?(aq)+2I?(aq)+H2O(l)。若平衡時溶液的pH=14，則該反應的平衡常數(shù)K為：______________。例題2下圖為氣相直接水合法C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系[其中n(H2O):n(C2H4)=1:1]計算乙烯水合制乙醇反應在圖中A點的平衡常數(shù)Kp＝________________二、涉及轉化量的計算例題3某溫度下，等物質的量的碘和環(huán)戊烯（C5H8）在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應C5H8(g)+I2(g)C5H6(g)+2HI(g)，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(shù)Kp=____________Pa?！揪毩?】硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品,接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關鍵工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列問題:(2)將組成(物質的量分數(shù))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(shù)Kp=____(以分壓表示,分壓=總壓×物質的量分數(shù))。利用平衡常數(shù)作定性判斷例題4溫度為T時，在三個容積均為1L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應：2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)。關于平衡狀態(tài)，下列說法正確的是容器編號C始/（mol/L）C(O2)平/（mol/L）NO2NOO210.6000.220.30.50.2300.50.35A．容器I的平衡常數(shù)為1B．容器I與容器II中的總壓強之比為4:5C．容器III中NO的體積分數(shù)小于50%分壓平衡常數(shù)(Kp)1.氣體的分壓p(B)相同溫度下，當某組分氣體B單獨存在且具有與混合氣體總體積相同體積時，該氣體B所具有的壓強，稱為氣體B的分壓強，簡稱氣體B的分壓。符號為p(B)，單位為Pa或kPa或MPa。2.分壓定律(1)分壓定律：混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和。p(A)+p(B)+p(C)+p(D)+……=p(2)氣體的分壓之比等于其物質的量之比：=。(3)某氣體的分壓p(B)與總壓之比等于其物質的量分數(shù)：==x(B)。3.分壓平衡常數(shù)Kp(只受溫度影響)(1)一定溫度下，氣相反應：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)達平衡時，氣態(tài)生成物分壓冪之積與氣態(tài)反應物分壓冪之積的比值為一個常數(shù)，稱為該反應的壓力平衡常數(shù)，用符號Kp表示，Kp的表達式如下：Kp=，單位：(壓強單位)e+f-(m+n)。(2)壓力平衡常數(shù)Kp與總壓p、氣體體積分數(shù)x的關系一定溫度下，剛性密閉容器中發(fā)生氣相反應：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。達到平衡時，令A、B、C、D的分壓分別為p(A)、p(B)、p(C)、p(D)，A、B、C、D的體積分數(shù)為x(A)、x(B)、x(C)、x(D)，體系總壓p=p(A)+p(B)+p(C)+p(D)。Kp===·pe+f-(m+n)當m+n=e+f時，pe+f-(m+n)=p0=1，Kp==(Kp無單位)。4.計算模式——三段式一定溫度下，向剛性密閉容器中充入A、B兩種氣體，發(fā)生氣相反應：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。令A、B起始分壓分別為p(A)、p(B)，達到平衡后A氣體分壓的減小值為mx。mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)p起始/kPa p(A) p(B) 0 0Δp/kPa mx nx ex fxp平衡/kPa p(A)-mx p(B)-nx ex fxKp=【典例】F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應器中研究了25℃時N2O5(g)分解反應：其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如表所示[t=∞時，N2O5(g)完全分解]：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1已知：2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)ΔH=-4.4kJ·mol-12NO2(g)N2O4(g)ΔH=-55.3kJ·mol-1(1)若提高反應溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p∞(35℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是__(2)25℃時N2O4(g)2NO2(g)反應的平衡常數(shù)Kp=________kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結果保留1位小數(shù))?！窘馕觥?1)①2NO2(g)N2O4(g)ΔH=-55.3kJ·mol-1升高溫度、平衡左移氣體增多剛性(恒容)反應器壓強增大，②溫度越高壓強越大，根據(jù)①②分析可知p∞(35℃)>63.1kPa。(2)恒溫恒容反應器，物質的量之比等于壓強之比，可用分壓表示組分的物質的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始p(N2O5)=35.8kPa，其完全分解時p(N2O4)=35.8kPa，p(O2)=17.9kPa，設25℃平衡時N2O4轉化了x，則N2O4(g)2NO2(g)平衡 35.8kPa-x 2x35.8kPa-x+2x+17.9kPa=63.1kPa，解得x=9.4kPa。然后求p(N2O4)和p(NO2)最后代入Kp==kPa≈13.4kPa。答案：(1)大于溫度升高，體積不變，總壓強提高；NO2二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系物質的量增加，總壓強提高(2)13.41.在溫度T時將NH4HS(s)置于抽真空的容器中，當反應NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)達到平衡時，測得總壓力為p，則該反應的平衡常數(shù)Kp為 ()A.pB.p2C.p2D.p【解析】選C。則該反應的平衡常數(shù)Kp=p(H2S)·p(NH3)=p×p=p2。2.活性炭也可用于處理汽車尾氣中的NO，在1L恒容密閉容器中加入0.1000molNO和2.030mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，在不同溫度下測得平衡體系中各物質的物質的量以及容器內(nèi)壓強如表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa2002.0000.04000.03000.03003.933352.0050.05000.02500.0250p根據(jù)表中數(shù)據(jù)，寫出容器中發(fā)生反應的化學方程式：，判斷p________(選填“>”“<”或“=”)3.93MPa。計算反應體系在200℃時的平衡常數(shù)Kp=________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×體積分數(shù))。【解析】1L恒容密閉容器中加入0.1000molNO和2.030mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，從不同溫度下測得平衡體系中各物質的物質的量以及容器內(nèi)壓強數(shù)據(jù)可以看出：n(C)∶n(NO)∶n(A)∶n(B)=1∶2∶1∶1，所以可以推斷出生成的A、B兩種氣體為N2和CO2，反應的化學方程式為C+2NON2+CO2。該反應的平衡常數(shù)Kp=，容器的體積為1L，平衡分壓之比等于平衡濃度之比，代入表中數(shù)據(jù)計算得200℃時的平衡常數(shù)Kp=。答案：C+2NON2+CO2>3.(1)高溫下，CO2與足量的碳在密閉容器中實現(xiàn)反應：C(s)+CO2(g)2CO(g)。向壓強為p、體積可變的恒壓容器中充入一定量CO2，650℃時反應達到平衡，CO的體積分數(shù)為40.0%，則CO2的轉化率為________。氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×體積分數(shù)，用某物質的平衡分壓代替物質的量濃度也可以表示化學平衡常數(shù)(記作Kp)，此溫度下，該反應的化學平衡常數(shù)Kp=________(用含p的代數(shù)式表示)，若向平衡體系中再充入V(CO2)∶V(CO)=5∶4的混合氣體，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動。已知t℃時，反應FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常數(shù)K=0.25。 ①t℃時，反應達到平衡時n(CO)∶n(CO2)=________。②若在1L密閉容器中加入0.02molFeO(s)，并通入xmolCO，t℃時反應達到平衡。此時FeO(s)的轉化率為50%，則x=________?！窘馕觥?1)設CO2的初始濃度為amol·L-1，轉化濃度為xmol·L-1，根據(jù)三段式法進行計算：C(s)+CO2(g)2CO(g)初始濃度(mol·L-1) a 0轉化濃度(mol·L-1) x 2x平衡濃度(mol·L-1) a-x 2x則有×100%=40.0%，解得x=a，所以CO2的轉化率為×100%=25%。根據(jù)題意可知，氣體總濃度為+=(mol·L-1)。CO2的分壓為p×(÷)=0.6p。CO分壓為0.4p，Kp=≈0.267p，原平衡體系中V(CO2)∶V(CO)=3∶2，恒壓條件下，向原平衡體系中再充入V(CO2)∶V(CO)=5∶4的混合氣體，相當于在原平衡的基礎上再通入CO，所以平衡逆向移動。(2)①在t℃時，K===0.25，則=。②FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)n(起始)/mol 0.02 x 0 0n(轉化)/mol 0.01 0.01 0.01 0.01n(平衡)/mol 0.01 x-0.010.01 0.01根據(jù)t℃時，K====0.25，求得x=0.05。答案：(1)25%(或0.267p)逆向(2)①4∶1②0.05【加固訓練】T℃時，將等物質的量的NO和CO充入容積為2L的密閉容器中，發(fā)生反應2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH=-744kJ·mol-1，保持溫度和體積不變，反應過程(0～15min)中NO的物質的量隨時間變化如圖所示。已知：平衡時氣體的分壓=氣體的體積分數(shù)×體系的總壓強，T℃時達到平衡，此時體系的總壓強為p=20MPa，則T℃時該反應的壓力平衡常數(shù)Kp=________；平衡后，若保持溫度不變，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡將________(