2022届高三化学二轮专题复习《实际生产多重平衡的计算》

1、多重平衡体系专题 工业生产中的多重平衡 高三第二轮专题复习系列 一个化学反应体系中，往往存在着多个化学反应。一种物质既可能是某个反应的产物，同时也可能是其它反应的反应物，在一定的条件下，这些反应都可以达到平衡状态。这种现象称作为多重平衡现象，该体系称作为多重平衡体系。思考：水溶液中存在哪些平衡体系？水溶液中存在哪些平衡体系？u难溶电解质溶解平衡难溶电解质溶解平衡u难溶电解质之间的相互转化难溶电解质之间的相互转化u弱酸、弱碱、水的电离平衡弱酸、弱碱、水的电离平衡u盐类的水解平衡盐类的水解平衡络合平衡络合平衡（形成配离子）（形成配离子）(2020江苏高考江苏高考)向向 CaCl2 溶液中加入溶液中

2、加入 NH4F 溶液，可以将溶液，可以将Ca2+转化为转化为 CaF2 沉淀，沉淀，若溶液的若溶液的 pH 偏低，会导致偏低，会导致 CaF2 沉淀不完全，沉淀不完全，为什么？为什么？（Ksp(CaF2) = 5.310-9，Ka(HF) =6.3104）参考答案：pH 偏低形成偏低形成 HF，导致溶液中，导致溶液中F- 浓度减小，浓度减小，CaF2 沉淀不完全。沉淀不完全。CaF2(s) Ca2+(aq) + 2F-(aq)F-(aq) + H+ HF(aq)相互依存，相互制约每一步均处于平衡状态总反应才处于平衡状态思考：非溶液体系下存在多重平衡吗？非溶液体系下存在多重平衡吗？化工生产的实际

3、过程存在大量的多重平衡案例化工生产的实际过程存在大量的多重平衡案例 01.理解多重平衡的内涵，形成共存与互动的思想 02.掌握化工生产中多重平衡常数表达式的写法 03.掌握化工生产中多重平衡的计算方法与思路01 多重平衡体系的类型02 多重平衡体系的分析及 平衡常数的计算03 本课小结与下节启新（2020山东高考、2021湖北模拟考）：CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g) CO(g)2H2(g) CH3OH(g) CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g) （2019天津高考）:PH4I(s) PH3(g) + HI(g)；4PH3(g) P4(g) + 6H2(g)；2

4、HI(g) H2(g) + I2(g)以下两种多重平衡体系有何区别？以下两种多重平衡体系有何区别？对比分析前一步反应的生成物，前一步反应的生成物，继续参与后续反应生成新物质继续参与后续反应生成新物质多步反应之间是平行关系多步反应之间是平行关系同时也是竞争关系同时也是竞争关系竞争型多重平衡连续型多重平衡01 多重平衡体系的类型02 多重平衡体系的分析及平衡常数的计算03 本课小结与下节启新（2019天津高考）在在1L真空密闭容器中，加入真空密闭容器中，加入 a mol PH4I， t 时发生如下反应时发生如下反应 PH4I(s) PH3(g) + HI(g) 4PH3(g) P4(g) + 6H

5、2(g) 2HI(g) H2(g) + I2(g) 达到平衡时，体系中达到平衡时，体系中n(HI) = b mol，n(I2) = c mol，n(H2) = d mol，则，则 t 时，时，反应的平衡常数反应的平衡常数 K 值为值为 。K = c(PH3)c(HI)step1：写出平衡常数表达式 PH4I PH3 HI P4 H2 H2 I2c c d-c 消耗消耗 2c b+2c b+2c step3：流程分析= (d-c) 23b+2c- b消耗消耗 (d-c) 23任何物质只有一个平衡浓度！step2：连续型多重平衡 PH4I(s) PH3(g) + HI(g) 4PH3(g) P4(

6、g) + 6H2(g) 2HI(g) H2(g) + I2(g)step1step2平衡时平衡时xx开始开始反应反应平衡平衡xx0000cbccc2cx=2c+bd-cd-c (d-c) 23 (d-c) 23b+2c- 再次平衡 (d-c) 23b+2c- b“三段式”是平衡计算的核心方法方法二（2020山东高考）以以 CO2、H2 为原料合成为原料合成 CH3OH。反应反应 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H1 - 49.5 kJmol-1反应反应 CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) H2 - 90.4 kJmol-1反应反应 CO2(g)

7、+ H2(g) CO(g) + H2O(g) H3 + 40.9 kJmol-1 一定条件下，向体积为一定条件下，向体积为 V L的恒容密闭容器中通入的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2 和和 3 mol 的的 H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为为 a mol，CO为为 b mol。反应的反应的平衡常数平衡常数为为 (用用a、b、V表示表示)。K = step1：写出平衡常数表达式c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2) 一定条件下，向体积为一定条件下，向体积为 V L的恒容密闭容器中通入的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2 和

8、和 3 mol 的的 H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为为 a mol，CO为为 b mol。反应的反应的平衡常数平衡常数为为 (用用a、b、V表示表示)。step2：竞争型多重平衡 ABC生成目标产物的为主反应生成目标产物的为主反应其余反应为副反应其余反应为副反应思考：哪哪一步一步反应是主反应？反应是主反应？（2020山东高考）以以 CO2、H2 为原料合成为原料合成 CH3OH。反应反应 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H1 - 49.5 kJmol-1反应反应 CO(g) + 2H2(g) CH3O

9、H(g) H2 - 90.4 kJmol-1反应反应 CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) H3 + 40.9 kJmol-1（2020山东高考）反应反应 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)反应反应 CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)反应反应 CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)主反应副反应盖斯定律分析可知=+ V L； 开始开始时时 1 mol CO2 和和 3 mol H2；平衡时，；平衡时，CH3OH(g) a mol，CO b mol。K？CO由由CO2反应而来反应而来CH3OH由由CO2反应而来（

10、、可知反应而来（、可知CO是生产是生产CH3OH过程的中间产物）过程的中间产物）利用反应、计算step2：竞争型多重平衡step3：“三段式”计算 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)开始开始反应反应平衡平衡aaaa3a任何物质只有一个平衡浓度！bbbbbc(CO2)平衡平衡= =1-a-bVmol/Lc(H2)平衡平衡= =3-3a-bVmol/Lc(H2O)平衡平衡= =a+bVmol/LK = c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)找准消耗量是关键！ CO2(g) + 3H2(g) CH3OH

11、(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) V L； 开始开始时时 1 mol CO2 和和 3 mol H2；平衡时，；平衡时，CH3OH(g) a mol，CO b mol。“守恒法”计算C守恒：n(CO2)消耗消耗 = = n(CH3OH) + n(CO) = (a + b)molO守恒：n(CH3OH)平衡平衡 = = n(H2O) n(CO)平衡平衡 = = n(H2O) n(H2O)平衡平衡 = = (a + b)moln(CO2)平衡平衡 = = (1-a-b)molH守恒： n(H2)消耗消耗 = 2n(CH3OH) + n(H2O)

12、= (2a + a +b)moln(H2)平衡平衡 = = (3-3a-b)mol（2019全国卷改编）Shibata曾做过下列实验曾做过下列实验：使纯使纯 H2 缓慢地通过处于缓慢地通过处于 721 下的过量氧化钴下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原氧化钴部分被还原为金属钴为金属钴(Co)，平衡后气体中平衡后气体中 H2 的物质的量分数为的物质的量分数为 0.0250。在同一温度下用在同一温度下用 CO 还原还原 CoO(s)，平衡后气体中，平衡后气体中CO的物质的量分数为的物质的量分数为0.0192。计算计算CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的压强平衡常数的压强平

13、衡常数（用平衡分压代替平衡浓（用平衡分压代替平衡浓度，分压度，分压=总压物质的量分数）总压物质的量分数）step1：写出平衡常数表达式 K = c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)（2019全国卷改编）Shibata曾做过下列实验曾做过下列实验：使纯使纯 H2 缓慢地通过处于缓慢地通过处于 721 下的过量氧化钴下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为氧化钴部分被还原为金属钴金属钴(Co)，平衡后气体中平衡后气体中 H2 的物质的量分数为的物质的量分数为 0.0250。在同一温度下用在同一温度下用 CO 还原还原 CoO(s)，平衡后气体中，平衡后气体中CO的物质的量分数为的物

14、质的量分数为0.0192。计算计算CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的压强平衡常数的压强平衡常数（用平衡分压代替平衡浓度，（用平衡分压代替平衡浓度，分压分压=总压物质的量分数）总压物质的量分数）H2(g)+CoO(s) Co(s)+H2O(g)CO(g)+CoO(s) Co(s)+CO2(g)step2：竞争型多重平衡K1 K2 K = K2 K1 H2(g)+CoO(s) Co(s)+H2O(g)CO(g)+CoO(s) Co(s)+CO2(g)step3：计算K1、K2数据：平衡后气体中平衡后气体中 H2 的物的物质的量分数为质的量分数为 0.0250数据：平衡后气体中平衡

15、后气体中 CO 的物的物质的量分数为质的量分数为 0.0192Kp = (1-0.0250)p总总0.0250p总总= 39 Kp = (1-0.0192)p总总0.0192p总总= 51.1K = K2 K1 = 51.139 思考：还原还原CoO的倾向是的倾向是CO H2（填大于或小于）（填大于或小于）大于大于01 多重平衡体系的类型02 多重平衡体系的分析及平衡常数的计算03 本课小结与下节启新掌握多重平衡计算步骤：写出平衡常数表达式1.根据已知方程式根据已知方程式2.运用运用盖斯定律盖斯定律判断多重平衡类型连续型竞争型流程分析或“三段式”Key：找准反应的消耗量找准反应的消耗量分清主反应和副反应Key ：两个方程式运用两个方程式运用 三段式三段式或或元素守恒元素守恒课后总结归纳方法总结归纳方法step1：st