高中化学化学平衡常数及其计算

1、第1页共10页化学平衡常数及其计算1 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O3O2 OH 0 平衡常数为 K1；反应OO32O 2H 0 平衡常数为 K2；总反应 ：2O33O 2H 0BNH 3 的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 2.294C A 点对应状态的平衡常数K(A) 的值为 10D 30 时， B 点对应状态的 v正K，反应向逆反应方向进行，v 正 0， T 1 温度下的部分实验数据：t/s05001 0001 500 15.003.522.502

2、.50c(N2 O5)/(mol L )下列说法不正确的是 ()31 1A 500 s内 N2O5 分解速率为 2.96 10 mol L sB T1 温度下的平衡常数为K1 125,1 000 s 时 N2O 5 的转化率为 50%C其他条件不变时， T2 温度下反应到 1 000 s 时测得 N2O5 的浓度为 12.98 mol L ，则T1K3，则 T1T35.00 3.52 molL 1 31 1，A 正确； 1 000 s解析： 选 C v (N 2O5)500 s2.96 10mol L s后 N 2O5 的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式：2N 2O5(g)4NO

3、 2(g) O2 (g)1)5.0000起始 /(mol L转化 /(mol L1)2.505.001.25平衡 /(mol L1)2.505.001.2545.004 1则 Kc NO 2 1.252.50 mol L正c O2 2 125，(N 2O 5)1 100% 50% ， B22O52.50cN5.00 mol L确；1 000 s 时， T2 温度下的 N 2O5 浓度大于 T 1 温度下的 N 2O5 浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2K3，则 T 1T 3， D 正确。6T 1 时， 向容器为2 L 的密闭容器中充入一定

4、量的A(g)和 B(g)，发生如下反应 A(g) 2B(g)C(g) 。反应过程中测定的部分数据如下表：反应时间 /minn(A)/moln(B)/mol01.001.20100.50300.20下列说法错误的是()A前10 min内反应的平均速率为v(C) 0.025 0 mol L1min 1B其他条件不变， 起始时向容器中充入0.50 mol A(g) 和0.60 mol B(g) ，达到平衡时n(C) 0.25 mol第4页共10页C其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A ，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大， A 的体积分数增大D温度为 T2时 (T 1 T2)，

5、上述反应的平衡常数为20，则该反应的正反应为放热反应解析：选 D 前 10 min 内消耗 0.50 mol A，同时生成0.50 mol C ，则有 v (C) 0.50 mol2 L 10 min 1 10.025 0 mol L min ，A 正确。10 min 时，反应的 n(B) 2n(A) 2 (1.00 mol 0.50 mol) 1.00 mol，则 10 min 时， B 的物质的量为 0.20 mol ，与 30 min 时 B 的物质的量相等，则反应 10 min 时已达到平衡状态； 其他条件不变， 若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60mol B(g)

6、，将容积缩小为原来的1时与原平衡等效，达到平衡时2n(C) 0.25 mol，但扩大容积，恢复到原体积，压强减小，平衡逆向移动，故达到平衡时n(C) 0.25 mol，B 正确。其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A，平衡正向移动，与原平衡相比，达到平衡时 B 的转化率增大， A 的体积分数增大， C 正确。由上述分析可知， 10 min 时 n(A) 0.50 mol，此时达到平衡状态， A 、B、C 的浓度 (molL1c C)分别为 0.25、0.10 和 0.25，则有 K(T 1) c A c2 B0.250.102 0.25100 K(T2) 20，说明升高温度，平

7、衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应， D 错误。催化剂7工业合成氨反应为N2(g) 3H 2(g) 高温、高压 2NH 3(g)，对其研究如下：(1)已知 H H 键的键能为 436 kJ mol 1， N H 键的键能为 391 kJ mol 1，N N 键的键能是945.6 kJ mol 1H _。，则上述反应的(2)上述反应的平衡常数K 的表达式为 _ 。若反应方程式改写为1N2(g) 3H 2(g)NH 3 (g)，在该温度下的平衡常数K1 _22(用 K表示)。(3)在 773 K 时，分别将2 mol N 2 和 6 mol H 2 充入一个固定容积为1 L 的密闭容器中，随着

8、反应的进行，气体混合物中n(H 2)、n(NH 3 )与反应时间 t 的关系如下表：t/min051015202530n(H 2)/mol6.004.503.603.303.033.003.00n(NH 3)/mol01.001.601.801.982.002.00该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、 H 2、 NH 3 的浓度分别为 3 molL 1、 1 1)v 逆 。3 mol L 、 3 molL，则此时 v 正 _(填“大于”“小于”或“等于”由上表中的实验数据计算得到“浓度时间”的关系可用下图中的曲线表示，表示c(N2)-t 的曲线是 _ 。第5页共10页在此温度下，若起始

9、充入4 mol N2 和 12 mol H 2，则反应刚达到平衡时，表示c(H 2)-t的曲线上相应的点为_ 。解析： (1) 根据H E (反应物的总键能) E(生成物的总键能)，知H 945.6 kJ mol1 436 kJ mol 1 3 391 kJ mol 1 6 92.4 kJ mol 1。2NH 3c，(2) 该反应的平衡常数Kc N2c3H 2c NH 3211c NH 32K2。K1 13c N 23H 2c 2 N 2 c 2H 2c(3) 该温度下，25 min 时反应处于平衡状态，平衡时1、c(H1、c(N2) 1 mol L2) 3 mol L2 4 。在该温度下，若

10、向同容积的另一容器中投入的c(NH 3) 2 molL1，则 K2N、 H21 332721c2 NH 3321故 v和 NH 3 的浓度均为3 molL，则 Q c N 2 c3H 23 33 9 K，反应向正反应方向进行，正大于 v逆； 起始充入4 mol N 2 和 12 mol H 2，相当于将充入2 mol N 2 和 6 mol H 2 的两个容器 “ 压缩 ” 为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时1，而 “ 压缩 ” 后压强增大，反应c(H 2) 6 mol L速率加快，平衡正向移动，故平衡时3 molL 11，且达到平衡的时间缩短，故 c(H 2) 6 mol L对应的点为 B

11、。 121答案： (1) 92.4 kJ mol(2)Kc NH 3K2 (或 K) (3)大于乙 Bc N23cH 28甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。(1) 已知： CH 4(g) 2O2 (g)=CO 2(g) 2H 2O(l) H 1 890.3 kJ mol 15C2H 2(g)2O 2(g)=2CO 2(g) H 2O(l)H21299.6 kJ mol 12H 2(g) O2(g)=2H 2O(l)H 3 571.6 kJ mol1则甲烷气相裂解反应： 2CH 4(g)C 2H 2(g) 3H 2(g)的H _。第6页共1

12、0页(2) 该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa) 与温度 ( )的关系如图所示。 T1 时，向 2 L 恒容密闭容器中充入0.3 mol CH 4 只发生反应 2CH 4(g)C 2H 4(g) 2H 2(g) ，达到平衡时，测得c(C 2H 4 ) c(CH 4) 。该反应达到平衡时，CH 4的转化率为_。对上述平衡状态， 若改变温度至 T2 ， 经 10 s 后再次达到平衡， c(CH 4) 2c(C 2H 4 )，则 10 s 内 C2 H4 的平均反应速率v (C 2H4 ) _，上述变化过程中 T 1_(填“”或“” )T 2，判断理由是_ 。(3) 若

13、容器中发生反应2CH 4(g)C 2H 2(g) 3H 2(g)，列式计算该反应在图中A 点温度时的平衡常数 K _(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数 K 值变大，则该条件是_(填字母 )。A可能减小了 C2H 2 的浓度B一定是升高了温度C可能增大了反应体系的压强D可能使用了催化剂解析： (1) 将三个已知的热化学方程式依次编号为 ，根据盖斯定律，由 2 32CH4(g)C 2H 2(g) 3H 2(g)H 376.4 kJmol 1 可得热化学方程式。 (2) 设2达到平衡时，甲烷转化了x molL 1，根据 “ 三段式 ”法进行计算：2CH 4(g)C2

14、H 4(g) 2H 2(g)起始 /(mol L1)0.1500转化 /(mol L1)x0.5xx1)0.15 x0.5xx平衡 /(mol L则有 0.15 x 0.5x，解得 x 0.1，故 CH 4 的转化率为 0.1 100% 66.7% 。 由图像0.15判断出该反应为吸热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反应逆向移动，则T1 T 2 为降温过程，即 T 1 T2。结合 的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度变化了 y molL1 ，根据 “ 三段式 ” 法进行计算：2CH 4(g)C2H 4(g) 2H 2(g)起始 /(mol L1)0.050.050.1第7页共10页

15、转化 /(mol L1)y0.5yy平衡 /(mol L1)0.05 y0.05 0.5y0.1 y 1则有 0.05 y 2 (0.05 0.5y)，解得 y 0.025。则 v (C2H 4) 0.5 0.025 mol L 0.001 10 s1125 mol L s。(3) 由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下：2CH 4(g)C2H 2(g) 3H 2(g)1 1031 1011 1044 31101K 1 10平衡常数3 2 1 105。平衡常数只与温度有关，由题给图像可知1 10该反应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。 1答案： (1) 376.4 kJ mol1 1

16、 从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比(2) 66.7% 0.001 25 mol L sT1 和 T2 两种平衡状态，由T1到 T 2 ， CH 4 浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1T 25B(3)1 109 .某压强下工业合成氨生产过程中，N 2 与 H 2 按体积比为 1 3 投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。(1) 图甲中表示该反应的平衡曲线的是 _(填“”或“” )；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是 _(填“吸热”或“放热” )反应。(2)图甲中a 点 ， 容 器 内 气 体n(N 2

17、) n(NH 3) _ ， 图 甲 中b点 ，v(正 )_v(逆 )(填“”“”或“” )。.以工业合成氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为2NH 3(g) CO 2(g)CO(NH 2)2(l) H 2 O(g)。工业生产时， 需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线、 、表示在不同水碳比n H2On CO 2时， CO2的平衡转化率与氨碳比n NH 3之间的关系。n CO 2(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：第8页共10页_ 。(2) 曲线、对应的水碳比最大的是_，判断依据是_ 。(3) 测得 B 点氨气的平衡转化率为40% ，则 x1 _。解析： .(1)曲线 表示随着反应的进行，NH 3

18、的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨气的体积分数减小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH 3 的体积分数会逐渐降低，故曲线表示该反应平衡时的曲线。(2) 设反应前 N2、H2 的物质的量分别为1 mol、3 mol，a 点时消耗 N2 的物质的量为 x mol。N2 3H22NH 3n(初始 )/mol130n(变化 )/molx3x2xn(平衡 )/mol 1 x 3 3x2x2x 50% ，解得 x 2，此时 n(N2 4 1 4。由图甲知， b 点后2x32) n(NH 3) 1334NH 3

19、的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时v (正 ) v(逆 )。 .(2)当氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二氧化碳的转化率越小，则曲线 、 、 中对应的水碳比最大的是曲线 。(3) B 点二氧化碳的平衡转化率为60% ，氨气的平衡转化率是40% ，设 NH 3、CO 2 的起1x始物质的量分别为x mol、 y mol，则 x mol 40% 2 y mol60% ，解得 y 3，即 x1 3。答案： .(1) 放热(2)1 4c H 2O .(1)K c2 NH 3 c CO 2(2) 当氨碳比相同时，水碳比越大，CO 2 的平衡转化率越小(3)310

20、甲醚又称二甲醚， 简称 DME ，熔点 141.5 ，沸点 24.9 ，与石油液化气 (LPG)相似，被誉为“ 21 世纪的清洁燃料”。由合成气(CO 、 H 2)制备二甲醚的反应原理如下： CO(g) 2H 2(g)CH 3OH(g)H 1 90.0 kJ mol1 2CH 3OH(g)CH 3OCH 3(g) H 2O(g)H 2回答下列问题：(1)若由合成气 (CO 、 H 2 )制备 1 mol CH 3 OCH 3 (g)，且生成 H2 O(l) ，整个过程中放出的热量为 244 kJ ，则 H 2 _kJmol 1。 已知： H 2 O(l)=H 2O(g) 1H 44.0 kJ

21、mol (2) 有人模拟该制备原理， 500 K 时，在 2 L 的密闭容器中充入2 mol CO 和 6 mol H 2,5 min达到平衡，平衡时CO 的转化率为60% ， c(CH 3OCH 3) 0.2 molL 1，用 H 2 表示反应的第9页共10页 11，可逆反应的平衡常数K2 _。若在 500 K 时，测速率是 _ molL min得容器中 n(CH 3 OCH 3) 2n(CH 3OH) ，此时反应的v 正 _v逆 (填“”“”或“” )。(3) 在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2 值变小，下列说法正确的是 _。A在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小B

22、容器中CH 3OCH 3 的体积分数增大C容器中混合气体的平均相对分子质量减小D达到新平衡后体系的压强增大(4) 一定条件下在恒温恒容的密闭容器中， 按不同投料比充入 CO(g) 和 H 2(g)进行反应，平衡时 CO(g) 和 H2(g)的转化率如图所示，则a _(填数值 )。解析：(1)已 知 CO(g) 2H 2(g)CH 3OH(g)H 1 90.0kJmol 1 ， 2CH 3OH(g)CH 3OCH 3(g) H 2 O(g)H 2 ， H 2O(l)=H 2 O(g)H 3 44.0 kJ mol 1 。由合成气 (CO 、 H 2)制备 1 mol CH 3OCH 3(g) ，且生成 H 2O(l) ，整个过程中放出的热量为244 kJ ，可写出热化学方程式为 2CO(g) 4H 2 (g)CH 3OCH 3(g) H 2 O(l)H 4 244 kJ mol 1。根据盖斯定律可知反应 2 ，则H 42 H1 H 2 H 3，所以H2 H4 H3 2 H1 20.0 kJ mol 1。(2)CO(g)