2.2.3 化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算專題 課件 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算人教版化學(xué)選修一第二章第二節(jié)計(jì)算類型【題型一】恒溫恒容條件下濃度平衡常數(shù)的計(jì)算【題型二】恒溫恒壓條件下濃度平衡常數(shù)的計(jì)算【題型三】恒溫恒容條件下壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算【題型四】恒溫恒壓條件下壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算【題型五】無關(guān)氣體參與的壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)【題型六】多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算【題型七】速率平衡常數(shù)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)常用公式①反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

=②生成物的產(chǎn)率=指根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算的產(chǎn)量③平衡時(shí)混合物組分的百分含量=④某組分的體積分?jǐn)?shù)=即“物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”【例1】250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向4L容器中通入6molCO2、6molCH4，發(fā)生如下反應(yīng)：CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)如下表：此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。一、恒溫恒容，算K物質(zhì)CH4CO2COH2體積分?jǐn)?shù)0.10.10.40.464一、恒溫恒容，算K【例2】乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)：維持體系總壓強(qiáng)P恒定，在溫度T時(shí)，物質(zhì)的量為n、體積為VL的乙苯蒸汽發(fā)生催化脫氫反應(yīng)。已知乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝____________（用α等符號(hào)表示）。二、恒溫恒壓，算K注意：體積改變二、恒溫恒壓，算K【例3】如下圖所示，將2molA氣體和1molB氣體充入一容積可變的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：2A（g）+B（g）

2C（g）。反應(yīng)開始時(shí)可滑動(dòng)的活塞的位置如甲圖所示，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，活塞位置如乙圖所示。則當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率為_____；該條件下的反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______L/mol。二、恒溫恒壓，算K90%5670L/mol二、恒溫恒壓，算K【例4】在一密閉容器中，起始時(shí)向該容器中充入H2S和CH4且n(H2S)∶n(CH4)＝2∶1，發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。0.11MPa時(shí)，溫度變化對(duì)平衡時(shí)產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的影響如下圖所示：N點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下，該反應(yīng)的Kp＝______（MPa）2三、恒溫恒壓，算Kp8×10－4三、恒溫恒壓，算Kp【例5】已知CO2催化加氫合成乙醇的反應(yīng)原理為2CO2（g）+6H2（g）C2H5OH（g）+3H2O（g）。m代表起始時(shí)的投料比，即m＝n(H2)：n(CO2)。m＝3時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后p（總）＝20aMPa，恒壓條件下各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖2所示。T4溫度時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)物質(zhì)d的分壓p(d)_________。三、恒溫恒壓，算Kp2.5aMPa三、恒溫恒壓，算Kp【例6】一定溫度和催化劑條件下，將1molN2和3molH2充入壓強(qiáng)為p0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)。四、恒溫恒容，算Kp注意：平衡總壓變化N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)130轉(zhuǎn)化0.5

1.5

1平衡0.5

1.5

1解析:起始p(N2)=p00.53平衡時(shí)p(H2)=p01.53p(NH3)=p013

代入公式計(jì)算=【例7】在溫度為383K?壓強(qiáng)為p0時(shí)，將一定量的HCOOH氣體充入一個(gè)盛有催化劑的剛性容器中，HCOOH（g）

CO2（g）+H2（g）達(dá)到平衡時(shí)，H2的分壓為0.55p0，則該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率α（HCOOH）＝______________，該溫度下的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝__________（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）四、恒溫恒容，算Kp技巧：假設(shè)分壓求解55%0.67p0【例8】在1470K、100kPa反應(yīng)條件下，反應(yīng)2H2S

S2（g）+2H2（g）將n（H2S）∶n（Ar）＝1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時(shí)混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為________，平衡常數(shù)Kp＝________kPa。五、無關(guān)氣體參與的壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算50%2H2S（g）

S2（g）+2H2（g）4.76五、無關(guān)氣體參與的壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算體系1:PH4I(S)?PH3(g)+HI(g)體系2:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)4PH3(g)?P4(g)+6H2(g)CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)2HI(g)?H2(g)+I2(g)CO(g)+H2(g)?CH3OH(g)連續(xù)反應(yīng)關(guān)鍵：弄清楚體系中自投料始至平衡各物質(zhì)的來源、去向注意:多重平衡體系中有關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算，各組分的平衡是指整個(gè)平衡體系中的量，而不是指某一單一反應(yīng)中的量。競爭反應(yīng)六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算【例8】苯催化加氫制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝，一定條件下，發(fā)生如下反應(yīng)：恒壓反應(yīng)器中，按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料，發(fā)生Ⅰ、Ⅱ反應(yīng)，總壓為p0，平衡時(shí)苯的轉(zhuǎn)化率為α，環(huán)己烷的分壓為p，則反應(yīng)Ⅰ的Kp=______________(列出計(jì)算式即可，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。Ⅰ.主反應(yīng)：

(g)＋3H2(g)(g)ΔH1<0Ⅱ.副反應(yīng)：

(g)(g)ΔH2>0回答下列問題：六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算Ⅰ.主反應(yīng)：

(g)＋3H2(g)(g)ΔH1<0Ⅱ.副反應(yīng)：

(g)(g)ΔH2>0轉(zhuǎn)化α

3α

α轉(zhuǎn)化x

x則平衡時(shí)，4－3α1－αα－xn(H2)=n(C6H6)=n(C6H12)=n()=xn總=5-3α苯的分壓:p0H2的分壓：p0Kp=＝技巧：分設(shè)變量法六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算分設(shè)變量法六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算【例9】探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH1＝-49.5kJ/molⅡ.CO(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)

ΔH2＝-90.4kJ/molⅢ.CO2(g)＋H2(g)

CO(g)＋H2O(g)

ΔH3一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，容器中CH3OH(g)為amol，CO為bmol，此時(shí)H2O(g)的濃度為______mol/L(用含a、b、V的代數(shù)式表示，下同)，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為

。六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)

Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)解析:假設(shè)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的轉(zhuǎn)化量分別為xmol、ymol、zmol轉(zhuǎn)化x

3x

x

x轉(zhuǎn)化z

z

zz轉(zhuǎn)化y

2y

yz-y=b

x+y=

a

x+z=a+

b平衡時(shí),CH3OH(g)CO(g)H2O(g)x+z=a+b平衡時(shí),CO2(g)1-x-z=

1-a-

b平衡時(shí),H2(g)3-3x-z-2y3x+z+2y=3a+b=3-(3a+b)K=【例10】變化nxxx變化nyyyyx-y=0.1x+y=0.5x=0.3(mol)y=0.2(mol)生成0.3molCO要吸收熱量39.42kJ，生成0.2molCO2要放出熱量8.22kJ此時(shí)，因此整個(gè)體系吸收熱量39.42kJ-8.22kJ=31.2kJKp=P(CO)·P(H2)P(H2O)平衡后n(mol):0.50.10.50.21.3molP總=0.26MPa=MPa=0.02MPa

H2OCOH2CO2

吸收31.20.02MPa六、多平衡體系中的平衡常數(shù)的計(jì)算七、速率平衡常數(shù)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)1.速率方程對(duì)于基元反應(yīng)aA＋bB=cC＋dD速率方程可寫為v＝k·ca(A)·cb(B)k:速率常數(shù)(只與溫度有關(guān))2.正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關(guān)系對(duì)于基元反應(yīng)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＝ca(A)·cb(B)cc(C)·cd(D)=k正·v逆k逆·v正反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正＝v逆k正k逆K＝七、速率平衡常數(shù)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)【例11】溫度為T1，在三個(gè)容積均為1L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

ΔH=+206.3kJ/mol，該反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正=k正·c(CH4)·c(H2O)，逆反應(yīng)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(shí)，k正=k逆，則該溫度下，平衡常數(shù)K1=__；當(dāng)溫度改變?yōu)門2時(shí)，若k正=1.5k逆，則T2___(填“>”“=”或“<”)T1。K=k正k逆=平衡時(shí)v正＝v逆k正·v逆k逆·v正K＝1)T1時(shí)，k正=k逆，K1=12)T2時(shí)，k正=1.5k逆，K2=1.5K2>K1,平衡正向移動(dòng)則T2>T1。七、速率平衡常數(shù)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)(1)反應(yīng)達(dá)到平衡后，僅降低溫度，下列說法正確的是____(填字母)。A.k正、k逆均增大，且k正增大的倍數(shù)更多B.k正、k逆均減小，且k正減小的倍數(shù)更少C.k正增大、k逆減小，平衡正向移動(dòng)D.k正、k逆均減小，且k逆減小的倍數(shù)更少B解析:該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡后，僅降低溫度，k正、k逆均減小，平衡向放熱方向即正向移動(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，因此k正減小的倍數(shù)更少?！纠?2】乙烯、環(huán)氧乙烷是重要的化工原料，用途廣泛。實(shí)驗(yàn)測(cè)得2CH2=CH2(g)＋O2(g)

2(g)ΔH<0中，v逆＝k逆·c2()，v正＝k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))。七、速率平衡常數(shù)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)【例12】乙烯、環(huán)氧乙烷是重要的化工原料，用途廣泛。實(shí)驗(yàn)測(cè)得2CH2=CH2(g)＋O2(g)

2(g)ΔH<0中，v逆＝k逆·c2()，v正＝k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)(k正、