化学第七章 化学反应速率和化学平衡 第25讲 化学平衡常数及转化率的计算.ppt

第25讲化学平衡常数及转化率的计算第七章化学反应速率和化学平衡考纲要求1.了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。微专题24化学反应原理在物质制备中的调控作用探究高考明确考向考点二有关化学平衡常数的计算内容索引考点一化学平衡常数的概念及应用课时作业化学平衡常数的概念及应用考点一知识梳理1.概念概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物与反应物的比值是一个常数，用符号 表示。2.表达式表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。浓度幂之积浓度幂之积K3.意义及影响因素意义及影响因素(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。温度4.应用应用(1)判断可逆反应进行的程度。(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态，浓度商：Q。QK，反应向反应方向进行；QK，反应处于状态；QK，反应向反应方向进行。正平衡逆(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为热反应。放吸正误判断 辨析易错易混辨析易错易混(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数()(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化()(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度()(6)化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热()答案书写下列反应的平衡常数表达式。(1)Cl2H2OHClHClO答案深度思考 提升思维能力提升思维能力(2)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)(3)CH3COOHC2H5OHCH3COOC2H5H2O答案(5)CaCO3(s)CaO(s)CO2(g)答案答案Kc(CO2)解题探究题组一化学平衡常数表达式的书写题组一化学平衡常数表达式的书写1.写出下列反应的平衡常数表达式：(1)4NO2(g)2NaCl(s)2NaNO3(s)2NO(g)Cl2(g)K_。(2)人体中肌红蛋白(Mb)与血红蛋白(Hb)的主要功能为运输氧气与二氧化碳，肌红蛋白(Mb)可以与小分子X(如氧气或一氧化碳)结合，反应方程式为Mb(aq)X(g)MbX(aq)，反应的平衡常数表达式K_。答案2.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：答案解析化学反应平衡常数温度/5008002H2(g)CO(g)CH3OH(g)K12.50.15H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)K21.02.503H2(g)CO2(g)CH3OH(g)H2O(g)K3(1)据反应与可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3_(用K1、K2表示)。K1K2(2)反应的H_(填“”或“”)0。答案解析解解析析 根据K3K1K2,500、800 时，反应的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以H0。反思归纳反思归纳1.化学平衡常数与具体的化学反应方程式有关，同一类型的化学方程式，化学计量数不同，则K不同。2.在水溶液中进行的可逆反应，水可视为纯液体，不要写入化学平衡常数表达式中；固体也不能写入化学平衡常数表达式中。题组二影响化学平衡常数的因素题组二影响化学平衡常数的因素3.(2018西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2H”“解解析析温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故21。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故H0。向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_(填标号)A.H2SB.CO2C.COSD.N2解析解析A项，充入H2S，、H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。B答案解析题组三有关化学平衡常数的另类计算题组三有关化学平衡常数的另类计算4.(2016海南，16)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为v(正)k(正)c(顺)和v(逆)k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知：t1温度下，k(正)0.006s1，k(逆)0.002s1，该温度下反应的平衡常数值K1_；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则H_(填“小于”“等于”或“大于”)0。3小于答案解析(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_(填曲线编号)，平衡常数值K2_；温度t1_(填“小于”“等于”或“大于”)t2，判断理由是_。答案解析B小于该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动5.一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)CO2(g)2CO(g)H173kJmol1，若压强为pkPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题：答案解析(1)650时CO2的平衡转化率为_。25%(2)t1时平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_。0.5p不QpKp答案解析方法技巧方法技巧Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算分式求出各气体物质的分压，某气体的分压气体总压强该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp化学反应原理在物质制备中的调控作用微专题241.化学反应方向的判定化学反应方向的判定(1)自发反应在一定条件下就能自发进行的反应称为自发反应。(2)熵和熵变的含义熵的含义熵是衡量一个体系的物理量。用符号 表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)S(l)S(s)。熵变的含义熵变是反应前后体系，用表示，化学反应的S越大，越有利于反应。无需外界帮助混乱度S熵的变化S自发进行(3)判断化学反应方向的判据GHTSG0时，反应自发进行。能平衡不能2.化工生产适宜条件选择的一般原则化工生产适宜条件选择的一般原则(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。(2)从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。(5)注意催化剂的活性对温度的限制。3.平衡类问题需综合考虑的几个方面平衡类问题需综合考虑的几个方面(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。(2)原料的循环利用。(3)产物的污染处理。(4)产物的酸碱性对反应的影响。(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。专题训练专题训练1.(2017四川资阳诊断)无机盐储氢是目前科学家正在研究的储氢新技术，其原理如下：1234在2L恒容密闭容器中加入足量碳酸氢钠固体并充入一定量的H2(g)，在上述条件下发生反应，体系中H2的物质的量与反应时间的关系如表所示：t/min0246810n(H2)/mol2.01.51.20.90.80.8下列推断正确的是A.当容器内气体的相对分子质量不再变化时，反应达到平衡状态B.04min内H2的平均反应速率v(H2)0.2molL1min1C.若温度不变，平衡后再充入2molH2，达到新平衡时c(H2)0.4molL1D.若保持温度不变，平衡后再充入少量H2，H2的转化率减小答案解析12342.C3H6(g)NH3(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1，上述反应在热力学上趋势均很大的原因是_，其中反应S0的是反应_。1234反应均为放热量大的反应答案3.(2018武汉高三模拟)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0()如下图所示，反应()在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1_(填“”“”或“”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是_。答案解析1234I2(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应H_(填“”或“”)0。实际生产条件控制在250、1.3104kPa左右，选择此压强的理由是_。答案解析1234在1.3104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失4.(2018重庆适应性考试)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4kJmol1，一种工业合成氨的简易流程图如下：1234(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：_。答案解析答案解析(2)步骤中制氢气原理如下：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.4kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2kJmol1对于反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是_(填字母)。a.升高温度b.增大水蒸气浓度c.加入催化剂d.降低压强利用反应，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1molCO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为_。1234a90%答案解析(3)图1表示500、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：_。123414.5%答案解析(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。1234答案答案答案解析(5)下述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是_(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_。1234气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用对原料解解析析从流程图看，反应放出的能量得到充分利用是在热交换器中。提高合成氨原料转化率的方法是将未反应的原料重新送回反应器中循环使用、对原料气加压。探究高考明确考向1.(2017天津理综，6)常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)4CO(g)Ni(CO)4(g)。230时，该反应的平衡常数K2105。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230制得高纯镍。下列判断正确的是 A.增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大B.第一阶段，在30和50两者之间选择反应温度，选50C.第二阶段，Ni(CO)4分解率较低D.该反应达到平衡时，v生成Ni(CO)44v生成(CO)答案解析123123答案用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：_。解析123由图可知，溶液酸性增大，的平衡转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。增大1.01014答案解析123升高温度，溶液中的平衡转化率减小，则该反应的H_(填“大于”“小于”或“等于”)0。答案解析小于1233.2016全国卷，27(2)(3)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323K，NaClO2溶液浓度为5103molL1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。123答案解析写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式：_。增加压强，NO的转化率_(填“提高”“不变”或“降低”)。提高123答案解析随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐_(填“增大”“不变”或“减小”)。减小解解析析脱硝反应消耗OH，故随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐减小；123答案解析由实验结果可知，脱硫反应速率_脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是_。大于NO溶解度较低(或脱硝反应活化能较高)123答案解析(3)在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均_(填“增大”“不变”或“减小”)。减小123答案解析123课时作业1.只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是 A.K值不变，平衡可能移动B.平衡向右移动时，K值不一定变化C.K值有变化，平衡一定移动D.相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值也增大两倍答案12345678910111213解析14A.后一反应的平衡常数为1B.后一反应的平衡常数为0.5C.后一反应达到平衡时，H2的平衡浓度为0.25molL1D.后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度0.5molL1答案解析12345678910111213143.利用醋酸二氨合铜Cu(NH3)2Ac溶液吸收CO，能达到保护环境和能源再利用的目的，反应方程式为Cu(NH3)2Ac(aq)CO(g)NH3(g)Cu(NH3)3AcCO(aq)。已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示：12345678910111213答案解析温度/1550100化学平衡常数510421.9105下列说法正确的是 A.上述正反应为吸热反应B.15时，反应Cu(NH3)3AcCO(aq)Cu(NH3)2Ac(aq)CO(g)NH3(g)的平衡常数为2105C.保持其他条件不变，减小压强，CO的转化率升高D.醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO的吸收多少没有影响14时间/s051015c(NO2)/molL14.002.522.00c3c(O2)/molL11.00c1c20.504.(2017江 西 九 江 十 校 联 考)在 一 定 条 件 下 发 生 反 应 4NO2(g)O2(g)2N2O5(g)H0，T1时，向体积为2L的恒容密闭容器中通入NO2和O2，部分实验数据如表所示。下列说法不正确的是 答案解析12345678910111213A.05s内N2O5的平均反应速率为0.148molL1s1B.其他条件不变，将容器体积压缩一半，则重新达到平衡时c(N2O5)2molL1C.设T1时平衡常数为K1，T2时平衡常数为K2，若T1K2D.T1时平衡常数为0.125，平衡时NO2和O2的转化率均为50%145.甲、乙两个密闭容器中均发生反应：C(s)2H2O(g)CO2(g)2H2(g)H0，有关实验数据如下表所示：12345678910111213容器容积/L温度/起始量/mol平衡量/mol 达到平衡所需时间/min平衡常数C(s)H2O(g)H2(g)甲2T1243.23.5K1乙1T2121.23K2下列说法正确的是 A.T10，达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是 A.压强：p1p2B.b、c两点对应的平衡常数：KcKbC.a点：2v正(NH3)3v逆(H2)答案解析12345678910111213147.(2017广东七校一模)在容积一定的密闭容器中，置入一定量的一氧化氮和足量碳发生化学反应：C(s)2NO(g)CO2(g)N2(g)，平衡时c(NO)与温度T的关系如图所示，则下列说法正确的是 A.该反应的H0B.若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1pBD.在T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正v逆答案解析1234567891011121314下列说法不正确的是 A.平衡时，、中反应物的转化率(N2O4)(NO2)B.平衡后，升高相同温度，以N2O4表示的反应速率v()v()C.平衡时，、中上述正反应的平衡常数K()K()D.平衡后，升高温度，、中气体颜色都将加深8.(2017湖南十三校一联)在某温度T时，将N2O4、NO2分别充入两个各为1L的密闭容器中发生反应：2NO2(g)N2O4(g)H0。反应过程中浓度变化如下：答案12345678910111213解析容器物质起始浓度/molL1平衡浓度/molL1N2O40.1000.040NO200.120N2O400.0142NO20.1000.071614下列说法正确的是 A.增加Fe2O3固体可以提高CO的转化率B.该反应的H0C.减小容器体积既能提高反应速率又能提高平衡转化率D.容器内气体密度恒定时，不能标志反应达到平衡状态答案解析12345678910111213温度/100011501300平衡常数4.03.73.514A.上述反应的H0B.压强：p4p3p2p1C.1100时该反应平衡常数为1.64D.压强为p4时，在Y点：v正0，在密闭容器中投入过量碳酸镁在温度T下达到平衡，p(CO2)4MPa。(1)该平衡常数表达式K_。答案12345678910111213解析c(CO2)解析解析只有CO2是气体，其他物质为固体，固体不列入平衡常数表达式。(2)若反应体系的体积不变，升高温度，则p(CO2)将_(填“增大”“减小”或“不变”)。增大解解析析碳酸镁分解反应是吸热反应，升高温度，平衡向右移动，p(CO2)增大。14(3)若反应温度T不变，将反应体系的体积缩小至原来的一半，则p(CO2)变化范围为_。答案123456789101112134MPap(CO2)KC解解析析平衡常数只与温度有关，CO与H2反应生成CH3OH的反应为放热反应，则升高温度，平衡常数减小，则KCKC。12345678910111213答案解析1412345678910111213答案解析若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为_L。214答案解析14.工业生产硫酸接触室发生如下化学反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6kJmol1，解答下列问题：(1)开始时，在容积为1L的恒容密闭容器中加入4molSO2和5molO2的混合气体，当反应达到平衡时放出热量196.6kJ，则该温度下的化学平衡常数K_。如果该温度下，某时刻混合体系中各气体的浓度为c(SO2)0.4molL1、c(O2)0.6molL1、c(SO3)0.8molL1，请判定该体系中反应进行的方向：_(填“正向进行”“逆向进行”或“达到平衡”)。0.25逆向进行1234567891011121314答案解析(2)下列关于可逆反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的图像，不正确的是_(填字母)。C1234567891011121314A.甲乙，平衡向正反应方向移动，(SO2)增大B.平衡时，丙中c(SO3)是甲中的2倍C.该温度下，平衡常数K400D.平衡时，SO2的转化率：180%2(3)一定温度下，向甲、乙、丙三个容积均为2L的恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g)，其起始物质的量及SO2的平衡转化率如表所示，下列判断中，正确的是_(填字母)。D甲乙丙起始物质的量n(SO2)/mol0.61.21.2n(O2)/mol0.360.360.72SO2的平衡转化率80%12答案解析1234567891011121314