高三化学二轮复习：速率常数、平衡常数的分析应用

速率常数、平衡常数的分析应用复习目标1.了解速率常数、平衡常数的关系。2.掌握化学平衡常数的计算。1.化学平衡常数(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝

。另可用压强平衡常数表示：Kp＝

[p(C)为平衡时气体C的分压]。(3)依据化学方程式计算平衡常数①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。3.常用的气体定律同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)4.速率常数与化学平衡常数关系的应用温度为T1，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应CH4(g)＋H2O(g)

CO(g)＋3H2(g)

ΔH＝＋206.3kJ·mol－1，该反应中，正反应速率为v正＝k正c(CH4)·c(H2O)，逆反应速率为v逆＝k逆c(CO)·c3(H2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。已知T1时，k正＝k逆，则该温度下，平衡常数K1＝____；当温度改变为T2时，若k正＝1.5k逆，则T2____(填“>”“＝”或“<”)T1。1>解题步骤及过程：步骤1带入特殊值平衡时v正＝v逆，即k正c(CH4)·c(H2O)＝k逆c(CO)·c3(H2)；步骤2适当变式求平衡常数步骤3求其他k正＝1.5k逆，K2＝1.5；1.5>1，平衡正向移动，升高温度平衡向吸热方向移动；则T2>T1。1.[2022·全国乙卷，28(3)(4)]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：(3)在1470K、100kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为______，平衡常数Kp＝______kPa。50%

4.76假设在该条件下，硫化氢和氩起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，平衡时转化的n(H2S)＝xmol，根据三段式可知：2H2S(g)

S2(g)＋2H2(g)始/mol

1

0

0变/mol

x

0.5x

x平/mol

1－x

0.5x

x平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，(4)在1373K、100kPa反应条件下，对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡转化率_________，理由是___________________________________________________________________________。越高n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S的平衡转化率越高②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9对应图中曲线______，计算其在0～0.1s之间，H2S分压的平均变化率为_______kPa·s－1。d24.92.[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(3)(4)]硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO3(g)

ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列问题：(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图1所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝_______，判断的依据是_______________________________________________________________________________。影响α的因素有__________________________________________。0.975

该反应气体分子数减少，增大压强，α提高，5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa浓度(组成)、温度、压强

反应物(N2和O2)的起始(3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为_________，平衡常数Kp＝____________________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图2所示。曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低升高温度，3.[2020·全国卷Ⅱ，28(1)]乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)

ΔH1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286①ΔH1＝______kJ·mol－1。＋137②提高该反应平衡转化率的方法有__________、_____________________。升高温度

减小压强(或增大体积)物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－2864.(2020·全国卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝______。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)_______(填“变大”“变小”或“不变”)。1∶4变大(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是_____、_____。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH_____0(填“大于”或“小于”)。d

c小于(3)根据图中点A(440,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝_________(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_________________。选择合适催化剂等5.[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH<0]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO______H2(填“大于”或“小于”)。大于(2)721℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为____(填标号)。A.<0.25

B.0.25

C.0.25～0.50

D.0.50

E.>0.50C(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的

和pCO相等、

和

相等。计算曲线a的反应在30～90min内的平均速率(a)＝________kPa·min－1。467℃时

和pCO随时间变化关系的曲线分别是______、_____。489℃时

和pCO随时间变化关系的曲线分别是______、_____。0.0047bca

d6.[2019·全国卷Ⅱ，27(2)(3)改编]环戊二烯(

)是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：(2)某温度，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应[(g)＋I2(g)===

(g)＋2HI(g)

ΔH＝＋89.3kJ·mol－1]，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝__________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有______(填标号)。A.通入惰性气体

B.提高温度C.增加环戊烯浓度

D.增加碘浓度40%3.56×104BD(3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是______(填标号)。A.T1>T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1CD连续反应、竞争反应平衡常数的计算1.加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)

N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)

N2O(g)＋O2(g)。在容积为2L的密闭容器中充入8molN2O5，加热到t

℃，达到平衡状态后O2为9mol，N2O3为3.4mol。则t

℃时反应①的平衡常数为A.10.7 B.8.5C.9.6 D.10.2√分压常数的计算2.CO2和CH4在一定条件下反应可制得合成气。在1.0L密闭容器中充入1.0molCH4和1.0molCO2，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g)

2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。(1)比较压强大小：p1_____(填“＞”“＜”或“＝”)p3。＜(2)若要提高CH4的平衡转化率，可采取的措施有_____________________________________________________________________________(写出两条即可)。充入二氧化碳气体、及时分离出部分CO或者部分H2(任写两条)升高温度、降低压强、(3)若p4＝2.0MPa，则x点的平衡常数Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。化学平衡常数与数学对数的结合3.乙苯脱氢反应为

(g)

(g)＋H2(g)

ΔH＞0。其速率方程式为v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯·p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图中③