高中化学 化学平衡常数及其计算

高中化学化学平衡常数及其计算O(g)的压力为0.5atm，CO(g)的压力为0.2atm。此时该反应是否达到平衡？如果没有达到平衡，向容器中继续添加CH4(g)或H2O(g)，使反应达到平衡后，CO(g)的压力为多少？解析：该反应未达到平衡，因为反应物的压力大于产物的压力，根据LeChatelier原理，向容器中继续添加CH4(g)或H2O(g)会使反应向产物方向移动，达到平衡。设CO(g)的压力为xatm，则H2O(g)的压力为0.5-xatm，根据平衡常数的定义，K=[CO][H2]3/[CH4][H2O]，代入已知数据可得K=0.8。根据平衡常数的表达式，有x(0.5-x)3=0.8，解得x=0.2atm。因此，向容器中继续添加反应物，使CO(g)的压力达到0.2atm即可达到平衡。本题考查化学平衡的相关知识。第一问要求判断O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线，正确选项为C。由图可知，在10分钟时反应到达平衡，平衡时水蒸气和氢气的浓度均为0.75mol·L^-1，因此该反应的化学平衡常数K=0.1875。第二问要求判断加入1molZ(g)后，X、Y、Z的体积分数是否变化，正确选项为C。由于X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%，因此加入1molZ(g)后，X、Y、Z的体积分数仍然保持不变。第三问要求判断哪个选项不正确，正确选项为D。由于平衡时Z的体积分数为10%，因此1molZ(g)的浓度为0.1mol·L^-1，加入后总浓度为3mol·L^-1，因此第二次平衡时Z的浓度为0.4mol·L^-1，故选项D不正确。是一种新型硝化剂，可以在一定温度下发生以下反应：2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g)ΔH>0，根据再次加入1molZ(g)，平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m=2。由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数相同。因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4mol，而平衡后Z的体积分数为10%，平衡时Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol，容器体积为2L，Z的浓度为0.2mol/L。对于N2O5的分解反应，根据实验数据可得到c(N2O5)的变化情况。500s内N2O5分解速率为2.96×10^3mol/L/s，因此选项A正确。经过1000s后，N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡。根据反应式，可以列出三段式，计算得到平衡常数K=125，N2O5的转化率为50%，因此选项B正确。在其他条件不变的情况下，1000s时测得N2O5的浓度为2.98mol/L，因此T1<T2，选项C不正确。对于选项D，由于K1>K3，根据反应的热力学性质可知T1>T3，因此选项D正确。浓度对化学反应的影响是很重要的，改变温度可以使平衡向正向或逆向移动。对于放热反应来说，降低温度会使平衡向逆向移动，即温度越低，平衡越偏向放热反应；而对于吸热反应来说，温度越高，平衡越偏向正向反应。因此，如果K1>K3，则T1>T3，这个说法是正确的。在温度为T1℃时，向一个容积为2L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g)，发生A(g)+2B(g)→C(g)的反应。根据测定的数据，可以得出反应速率为v(C)=0.0250mol·L^-1·min^-1。此外，当充入0.50molA(g)和0.60molB(g)时，达到平衡时n(C)<0.25mol。如果再向平衡体系中充入0.50molA，则平衡正向移动，B的转化率增大，A的体积分数也增大。因此，选项A、B、C都是正确的。根据上述信息，可以计算出反应达到平衡时A、B、C的浓度分别为0.25、0.10和0.25mol·L^-1。如果在温度为T2℃时，反应的平衡常数为20，则该反应为放热反应，这个说法也是正确的。7.工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在高温高压下进行。对该反应进行研究，得到如下信息：(1)已知H-H键的键能为436kJ/mol，N-H键的键能为391kJ/mol，N≡N键的键能为945.6kJ/mol，则该反应的ΔH为-92.4kJ/mol。(2)该反应的平衡常数K的表达式为K=[NH3]^2/([N2][H2]^3)。(3)在773K时，将2mol的N2和6mol的H2充入一个固定容积为1L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表：t/minn(H2)/moln(NH3)/mol060103.61.6153.31.8203.031.9825323032①该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3mol/L、3mol/L、3mol/L，则此时v正=v逆。②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的曲线是一个下降的曲线，表示c(H2)-t的曲线是一个下降的曲线，表示c(NH3)-t的曲线是一个上升的曲线。根据上述信息，可以得到该反应在该温度下的平衡常数K1为3.00。在此温度下，若起始充入4mol的N2和12mol的H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)-t的曲线上相应的点为t=30min，n(H2)=2mol。(1)根据热力学定律，反应热ΔH可以表示为反应物摩尔热的差值，即ΔH=∑nΔHf(产物)-∑nΔHf(反应物)。代入反应式可得：ΔH=-2ΔHf(CH4)+ΔHf(C2H2)+3ΔHf(H2)。根据化学计量关系，2molCH4分解产生1molC2H2和3molH2，所以ΔH=-2ΔHf(CH4)+ΔHf(C2H2)+3ΔHf(H2)=-2*(-74.8kJ/mol)+226.7kJ/mol+3*(-285.8kJ/mol)=-1011.6kJ/mol。(2)根据图可知，当温度为T1时，0.3molCH4分解后达到平衡状态，此时C2H2和H2的分压分别为0.1Pa和0.15Pa。根据平衡常数的定义，Kp=PH2^3*PC2H2/PCH4^2，代入数值可得Kp=(0.15)^3*0.1/(0.3)^2=0.005625Pa^2。根据平衡常数和反应物和生成物的摩尔数关系，可得ΔG=-RTlnKp，代入数值可得ΔG=-8.314*10^-3*298*ln0.005625=-20.7kJ/mol。根据ΔG=ΔH-TΔS，可得ΔS=(ΔH-ΔG)/T=-(1011.6-20.7)/(298)=3.29J/(mol*K)。因为甲烷分解反应是吸热反应，所以ΔS应该为正值。2.化学方程式2CH4(g)↔C2H4(g)+2H2(g)，达到平衡时，测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应达到平衡时，甲烷的转化率为约67%。3.对上述平衡状态，若将温度从T1℃改变至T2℃，经过10秒后再次达到平衡，测得c(CH4)=2c(C2H4)，则10秒内丙烯的平均反应速率为0.025mol·L-1·s-1。此外，T1＞T2，因为图像表明该反应为吸热反应，重新达到平衡后甲烷浓度增大，反应逆向移动。4.若容器中发生反应2CH4(g)↔C2H2(g)+3H2(g)，则在A点温度时的平衡常数K=（PC2H2×PH2³）/P²CH4=（0.2×0.3³）/0.1²=2.7。若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大，则该条件可能增大了反应体系的压强（选项C）。(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是Ⅱ；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是吸热反应。(2)图甲中a点，容器内气体n(N2)∶n(NH3)＝1∶2，图甲中b点，v(正)＜v(逆)。II.工业合成氨进一步合成尿素的反应原理为2NH3(g)+CO2(g)→CO(NH2)2(l)+H2O(g)。工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比n(H2O)/n(CO2)和氨碳比n(NH3)/n(CO2)时，CO2的平衡转化率与氨碳比n(NH3)/n(CO2)之间的关系。化学平衡常数表达式为K=[CO(NH2)2]/[NH3]^2[CO2]。(g)的物质的量为xmol，CO(g)的物质的量为ymol，则有什么关系式？(2)该反应是放热还是吸热反应？为什么？(3)该反应的热力学平衡常数K是多少？(4)若反应体系中CO和H2的物质的量分别为1mol和2mol，求生成DME的物质的量和剩余CO和H2的物质的量。解析：(1)由反应式可知，1molCH3OH(g)需要1molCO(g)和2molH2(g)才能生成，所以有关系式y＝x/2。(2)该反应是放热反应，因为反应的焓变ΔH为负数。(3)根据热力学平衡常数的定义，K＝cCH3OHc2CO·cH22，代入反应物的初始物质的量，得到K＝cCH3OHc2CO·cH22＝1/4。(4)由于1molCO(g)和2molH2(g)生成1molCH3OH(g)，所以生成DME的物质的量为1/4mol。剩余的CO(g)的物质的量为1-xmol，剩余的H2(g)的物质的量为2-2xmol。代入y＝x/2，解得x＝1/3，所以剩余的CO(g)的物质的量为2/3mol，剩余的H2(g)的物质的量为4/3mol。(1)根据已知反应式，合成1molCH3OCH3(g)需要2molCO(g)和6molH2(g)，反应放出244kJ的热量。根据盖斯定律，可得到热化学方程式为2CO(g)+6H2(g)->CH3OCH3(g)+H2O(l)，ΔH2=-20.0kJ/mol。(2)根据反应式，反应①的速率可表示为r=k[CO][H2]^2。根据平衡常数的定义，K2=[CH3OCH3][H2O]/[CH3OH]^2。在500K时，平衡时CO的转化率为60%，即[CO]平衡=0.4mol/L，[H2]平衡=1.2mol/L，[CH3OCH3]平衡=0.2mol/L，[CH3OH]平衡=0.8mol/L。代入反应速率公式可得速率为r=k(0.4)(1.2)^2=0.576kmol/L/min。根据平衡常数的定义，K2=[CH3OCH3][H2O]/[CH3OH]^2=0.2(1.2)/0.8^2=0.375。(3)根据LeChatelier原理，当平衡常数K2变小时，体系会向生成物的方向移动，即逆反应速率增大。因此选项A正确。(4)根据图示可得，当a>1时，反应向生成物方向移动，CO(g)和H2(g)的转化率增大；当a<1时，反应向反应物方向移动，CO(g)和H2(g)的转化率减小。因此，a=2/3。起始量/(mol·L1)13转化量/(mol·L1)0.61.20.6平衡量/(mol·L1)0.41.80.6根据反应①，使用H2表示速率v(H2)＝0.24mol·L1·min1。Δt=5min2CH3OH(g)→CH3OCH3(g)+H2O(g)起始量/(mol·L1)0.6转化量/(mol·L1)0.40.20.2平衡量/(mol·L1)0.20.20.2反应②的平衡常数K2=1，因为0.2×0.2/0.22=1。当n(CH3OCH3)=2n(CH3OH)且n(CH3OCH3)=n(H2O)时，Q=c(CH3OCH3)·c(H2O)=4>K2，因此反