壓強平衡常數(shù)　速率平衡常數(shù) 講義 上學期高二化學人教版（2019）選擇性必修1

2.2.6壓強平衡常數(shù)速率平衡常數(shù)【合作探究·形成關(guān)鍵能力】探究任務一:壓強平衡常數(shù)【歸納總結(jié)】1.分壓常數(shù)(Kp)的計算(1)平衡分壓計算平衡時混合氣體中各成分的分壓=總壓強×各成分的物質(zhì)的量分數(shù),如對于反應:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),p(A)=n(A)n(總)(2)Kp表達式對于有氣體參加或生成的可逆反應,通?？捎闷胶鈺r反應物氣體分壓和生成物氣體分壓代替反應物與生成物的平衡濃度,計算出的平衡常數(shù),稱之為壓強平衡常數(shù),符號為Kp。對于反應:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),Kp=pc(2.兩種Kp的計算模板(1)平衡總壓為p0N2(g)+3H2(g)2NH3(g)n(平) a b cp(分壓) aa+b+cp0 ba+Kp=((2)剛性容器起始壓強為p0,平衡轉(zhuǎn)化率為α2NO2(g)N2O4(g)p(始) p0 0Δp p0α 12p0p(平) p0-p0α 12p0Kp=1【針對訓練】用測壓法在剛性密閉容器中探究T℃時4NO(g)N2(g)+2NO2(g)的分解反應,現(xiàn)將一定量的NO充入該密閉容器中,測得體系的總壓強隨時間的變化如下表所示:反應時間/min010203040總壓強/MPa15.0014.0213.2012.5012.50(1)20min時,NO的轉(zhuǎn)化率α=________%。

(2)T℃時,該反應的壓強平衡常數(shù)Kp=____________(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

【解析】在恒容恒溫條件下,壓強之比等于物質(zhì)的量之比,因此可以直接用壓強代替物質(zhì)的量計算。4NO(g)N2(g)+2NO2(g)開始/MPa 15.00 0 0轉(zhuǎn)化/MPa 4x x 2x某時刻/MPa 15.00-4x x 2x(1)20min時,15.00-x=13.20,解得x=1.80,則NO的轉(zhuǎn)化率α=4×1.80MPa15.00MPa×100%=48%。(2)平衡時,15.00-x=12.50,解得x=2.50,則NO、N2、NO2的壓強分別為5.00MPa、2.50MPa、5.00MPa,則K答案:(1)48(2)0.1MPa-1【補償訓練】工業(yè)合成氨的原料氣來源于化石燃料,如采用甲烷與二氧化碳反應:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=akJ·mol-1。在某容器中,充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2,下列說法正確的是()A.該原料氣的制備反應為放熱反應,a<0B.壓強關(guān)系:p1>p2>p3>p4C.恒溫恒壓條件下,充入He,平衡逆向移動D.1000℃時的壓強平衡常數(shù)Kp=4MPa2【解析】選D。A.由題圖可知,溫度越高,CH4的轉(zhuǎn)化率越高,故正反應為吸熱反應,則a>0,A錯誤;B.由化學方程式可知,該反應為氣體分子數(shù)增大的反應,增大壓強,平衡逆向移動,即壓強越大,CH4的轉(zhuǎn)化率越小,則p1<p2<p3<p4,B錯誤;C.恒溫恒壓條件下,充入惰性氣體,容器容積增大,平衡正向移動,C錯誤;D.由題圖可知,1000℃時壓強為p4=3MPa,CH4的轉(zhuǎn)化率為50%,由三段式處理數(shù)據(jù):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起/mol n n 0 0變/mol 0.5n 0.5n n n平/mol 0.5n 0.5n n n該溫度時的壓強平衡常數(shù)Kp=(13×3)[借題發(fā)揮](1)若升高溫度,則反應的Kp________4MPa2。

提示:因為該反應正反應為吸熱反應,所以Kp>4MPa2。(2)若增大CH4與CO2的投料比,則CH4平衡轉(zhuǎn)化率如何變化?提示:減小。探究任務二:化學平衡常數(shù)與速率常數(shù)【歸納總結(jié)】1.速率常數(shù)的表示及影響因素假設(shè)基元反應(能夠一步完成的反應)為aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g),其速率可表示為v=k·ca(A)·cb(B),式中的k稱為反應速率常數(shù)或速率常數(shù),它表示單位濃度下的化學反應速率,與濃度無關(guān),但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響,通常反應速率常數(shù)越大,反應進行得越快。不同反應有不同的速率常數(shù)。2.正、逆反應的速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關(guān)系對于基元反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常數(shù)K=cc(C)·cd(D)ca(A)·cb【針對訓練】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(shù),受溫度影響。已知T1時,k正=k逆,則該溫度下,平衡常數(shù)K1=________;當溫度改變?yōu)門2時,若k正=1.5k逆,則T2___________(填“>”“=”或“<”)T1。

【解析】解題步驟及過程:步驟1代入特殊值平衡時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(shù)K1=c(CO)·c3(H2)c(C步驟3求其他K2=c(CO)·c3(H2)c(CH4)·c(H2O)=k正答案:1>[借題發(fā)揮]若升高溫度,k正k提示:升溫,k正、k逆均增大,正反應為吸熱反應,k正增大程度大于k逆,所以k正【補償訓練】在恒溫恒容密閉容器中發(fā)生反應2H2(g)+2NO(g)2H2O(g)+N2(g),N2的瞬時生成速率v=k·cm(H2)·c2(NO)?？刂芅O起始濃度為0.5mol·L-1,N2的瞬時生成速率和H2起始濃度的關(guān)系如圖所示,下列說法正確的是()A.由題可知,該反應的速率常數(shù)k為15B.隨著H2起始濃度增大,該反應平衡常數(shù)增大C.達平衡后,H2和NO的濃度均增加一倍,則NO轉(zhuǎn)化率減小D.H2起始濃度為0.2mol·L-1,某時刻NO的濃度為0.4mol·L-1,則N2的瞬時生成速率為0.24mol·L-1【解析】選A。NO起始濃度為0.5mol·L-1,由圖像可知,N2的瞬時生成速率與H2起始濃度呈線性關(guān)系,則m=1,將數(shù)據(jù)(0.2,0.75)代入v=k·c(H2)·c2(NO),該反應的速率常數(shù)k=vc(H2)·c2(NO)=0.750.2×0.52=15,A正確;同一反應,平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),溫度不變,平衡常數(shù)不變,B錯誤;達平衡后,H2和【鏈接高考·明晰高考方向】【真題示例】【典例】(2021·廣東選擇考節(jié)選)我國力爭于2030年前做到碳達峰,2060年前實現(xiàn)碳中和。CH4與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) ΔH1b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2c)CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH5設(shè)Kpr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p0(p0=100kPa)。反應a、c、e的lnKpr隨1(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Kpr=___________(3)在圖中A點對應溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100kPa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(zhuǎn)化率,寫出計算過程?！窘馕觥?1)由題圖可知,反應a、c的Kpr隨T升高而增大,故a、c均為吸熱反應,反應e的Kpr隨T升高而減小,故e為放熱反應。(2)由于C(s)是固體,反應c的相對壓力平衡常數(shù)表達式為Kpr=[p(H2)p0]2p(CH4)p0=p2(H2)p(CH4)·p0。(3)由題圖可知,A點對應溫度下反應c的lnK答案:(1)ac(2)p2(H2)p(CH4)·p0(3)由題圖中A點對應溫度下反應c的lnKpr=0,即Kpr=p2(H2)p(【對點演練】有效除去大氣中的SO2和氮氧化物,是打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重中之重。某溫度下,N2O5氣體在一體積固定的容器中發(fā)生如下反應:2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)(慢反應)ΔH<0,2NO2(g)N2O4(g)(快反應)ΔH<0,體系的總壓強p總和p(O2)隨時間的變化如圖所示。(1)圖中表示O2壓強變化的曲線是________(填“甲”或“乙”)。

(2)已知N2O5分解的反應速率v=0.12p(N2O5)(kPa·h-1),t=10h時,p(N2O5)=_______________kPa,v=______________kPa·h-1(結(jié)果保留兩位小數(shù),下同)。

(3)該溫度下2NO2N2O4反應的平衡常數(shù)Kp=________________kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

【解析】(1)根據(jù)反應分析,隨著反應的進行氧氣的壓強從0開始逐漸增大,所以乙為氧氣的壓強曲線;(2)t=10h時,p(O2)=12.8kPa,2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)反應消耗N2O5的分壓為25.6kPa,起始壓強為53.8kPa,所以10h時p(N2O5)=53.8-25.6=28.2(kPa),N2O5分解的反應速率v=0.12p(N2O5)=0.12×28.2≈3.38(kPa·h-1);(3)N2O5完全分解后,NO2與O2的分壓分別為2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) 53.8 107.6 26.9 2NO2 N2O4起始分壓/kPa 107.6 0改變分壓/kPa 2x x平衡分壓/kPa 107.6-2x x則有107.6-2x+x+26.9=94.7kPa,解得x=39.8kPa,平衡常數(shù)=39.82答案:(1)乙(2)28.23.38(3)0.05【課堂檢測·診斷學習效果】1.反應物濃度的關(guān)系是用實驗方法測定的,化學反應H2+Cl2===2HCl的反應速率v可表示為v=kcm(H2)cn(Cl2),式中k為常數(shù),m、n值可用下表中數(shù)據(jù)確定。c(H2)/(mol·L-1)c(Cl2)/(mol·L-1)mol·L-1·s-11.01.01.0k2.01.02.0k2.04.04.0k由此可推得,m、n值正確的是()A.m=1,n=1 B.m=12,n=C.m=12,n=1 D.m=1,n=【解析】選D。設(shè)三組數(shù)據(jù)編號分別為①②③,則有②①=2=2m,m=1;③②=2=4n,n=2.將amolX、Y混合氣體(物質(zhì)的量之比為1∶1)加入某容積可變的密閉容器中,發(fā)生反應:mX+nYpZ,保持一定溫度,改變壓強分別達到平衡時,測得不同壓強下氣體X的物質(zhì)的量濃度如表所示:壓強p/Pa2×1055×1051×1063×106c(X)/(mol·L-1)0.080.200.400.80下列說法正確的是()A.保持一定溫度,增大壓強,平衡正向移動B.當壓強為3×106Pa時,此反應的平衡常數(shù)表達式為Kp=pC.2×105Pa時X的平衡轉(zhuǎn)化率大于5×105Pa時X的平衡轉(zhuǎn)化率D.當壓強為2×105Pa時,若再向體系中加入bmolY,重新達到平衡時,體系中氣體總物質(zhì)的量為(a+b)mol【解析】選D。A.保持一定溫度,X(g)和Y(g)起始量相同,容積可變,結(jié)合表格中數(shù)據(jù)可知,在1×106Pa之前,增大壓強為原來的x倍,X的平衡濃度等于原來X平衡濃度的x倍,說明1×106Pa之前增大壓強,平衡不移動,m+n=p,且Z一定為氣體;同時3×106Pa是1×106Pa的3倍,但X的平衡濃度的值比0.40的3倍小,說明此時Z為非氣態(tài),在3×106Pa時,增大壓強,平衡正向移動,A錯誤;B.3×106Pa是1×106Pa的3倍,但X的平衡濃度的值比0.40的3倍小,說明平衡正向移動,若Z為氣體,則反應為氣體體積不變的反應,增大壓強,平衡不移動,說明Z為非氣態(tài),則此反應的平衡常數(shù)表達式為Kp=1pm(X)·pn(Y),B錯誤;C.根據(jù)A分析可知,1×106Pa之前增大壓強,平衡不移動,則2×105Pa時X的平衡轉(zhuǎn)化率等于5×105Pa時X的平衡轉(zhuǎn)化率,C錯誤;D.當壓強為2×105Pa時,反應前后氣體分子數(shù)不變,達到平衡時,體系共有amol氣體,再向體系中加入bmolY,3.(2023·全國乙卷節(jié)選)硫酸亞鐵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多用途,如可用作農(nóng)藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題:(1)將FeSO4置入抽空的剛性容器中,升高溫度發(fā)生分解反應:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)平衡時pSO3-T的關(guān)系如圖所示。660K時,該反應的平衡總壓p總=________kPa、平衡常數(shù)Kp(Ⅰ)=________(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變(2)提高溫度,上述容器中進一步發(fā)生