2024届新高考二轮复习 化学平衡常数相关计算 学案

高三化学专题复习——化学平衡常数相关计算一、平衡常数表达式及计算例题1由g-羟基丁酸生成g-丁内酯的反应如下:HOCH2CH2CH2COOH +H2O在298K下，g-羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180mol/L，测得g-丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示t/min215080100120160220∞C/(mol/L）0.0240.0500.0710.0810.0900.1040.0060.132298K时该反应的平衡常数K=________练习1、（2017全国III）298K时，将20mL3xmol·L−1Na3AsO3、20mL3xmol·L−1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO33−(aq)+I2(aq)+2OH−(aq)AsO43−(aq)+2I−(aq)+H2O(l)。若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为：______________。例题2下图为气相直接水合法C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O):n(C2H4)=1:1]计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________________二、涉及转化量的计算例题3某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（C5H8）在刚性容器内发生反应C5H8(g)+I2(g)C5H6(g)+2HI(g)，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。【练习3】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:SO2(g)+O2(g)SO3(g)ΔH=-98kJ·mol-1。回答下列问题:(2)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)。利用平衡常数作定性判断例题4温度为T时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)。关于平衡状态，下列说法正确的是容器编号C始/（mol/L）C(O2)平/（mol/L）NO2NOO210.6000.220.30.50.2300.50.35A．容器I的平衡常数为1B．容器I与容器II中的总压强之比为4:5C．容器III中NO的体积分数小于50%分压平衡常数(Kp)1.气体的分压p(B)相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压。符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa。2.分压定律(1)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。p(A)+p(B)+p(C)+p(D)+……=p(2)气体的分压之比等于其物质的量之比：=。(3)某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：==x(B)。3.分压平衡常数Kp(只受温度影响)(1)一定温度下，气相反应：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压力平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：Kp=，单位：(压强单位)e+f-(m+n)。(2)压力平衡常数Kp与总压p、气体体积分数x的关系一定温度下，刚性密闭容器中发生气相反应：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。达到平衡时，令A、B、C、D的分压分别为p(A)、p(B)、p(C)、p(D)，A、B、C、D的体积分数为x(A)、x(B)、x(C)、x(D)，体系总压p=p(A)+p(B)+p(C)+p(D)。Kp===·pe+f-(m+n)当m+n=e+f时，pe+f-(m+n)=p0=1，Kp==(Kp无单位)。4.计算模式——三段式一定温度下，向刚性密闭容器中充入A、B两种气体，发生气相反应：mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。令A、B起始分压分别为p(A)、p(B)，达到平衡后A气体分压的减小值为mx。mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)p起始/kPa p(A) p(B) 0 0Δp/kPa mx nx ex fxp平衡/kPa p(A)-mx p(B)-nx ex fxKp=【典例】F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示[t=∞时，N2O5(g)完全分解]：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1已知：2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)ΔH=-4.4kJ·mol-12NO2(g)N2O4(g)ΔH=-55.3kJ·mol-1(1)若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是__(2)25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。【解析】(1)①2NO2(g)N2O4(g)ΔH=-55.3kJ·mol-1升高温度、平衡左移气体增多刚性(恒容)反应器压强增大，②温度越高压强越大，根据①②分析可知p∞(35℃)>63.1kPa。(2)恒温恒容反应器，物质的量之比等于压强之比，可用分压表示组分的物质的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始p(N2O5)=35.8kPa，其完全分解时p(N2O4)=35.8kPa，p(O2)=17.9kPa，设25℃平衡时N2O4转化了x，则N2O4(g)2NO2(g)平衡 35.8kPa-x 2x35.8kPa-x+2x+17.9kPa=63.1kPa，解得x=9.4kPa。然后求p(N2O4)和p(NO2)最后代入Kp==kPa≈13.4kPa。答案：(1)大于温度升高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高(2)13.41.在温度T时将NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)达到平衡时，测得总压力为p，则该反应的平衡常数Kp为 ()A.pB.p2C.p2D.p【解析】选C。则该反应的平衡常数Kp=p(H2S)·p(NH3)=p×p=p2。2.活性炭也可用于处理汽车尾气中的NO，在1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa2002.0000.04000.03000.03003.933352.0050.05000.02500.0250p根据表中数据，写出容器中发生反应的化学方程式：，判断p________(选填“>”“<”或“=”)3.93MPa。计算反应体系在200℃时的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数)。【解析】1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：n(C)∶n(NO)∶n(A)∶n(B)=1∶2∶1∶1，所以可以推断出生成的A、B两种气体为N2和CO2，反应的化学方程式为C+2NON2+CO2。该反应的平衡常数Kp=，容器的体积为1L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，代入表中数据计算得200℃时的平衡常数Kp=。答案：C+2NON2+CO2>3.(1)高温下，CO2与足量的碳在密闭容器中实现反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)。向压强为p、体积可变的恒压容器中充入一定量CO2，650℃时反应达到平衡，CO的体积分数为40.0%，则CO2的转化率为________。气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)，此温度下，该反应的化学平衡常数Kp=________(用含p的代数式表示)，若向平衡体系中再充入V(CO2)∶V(CO)=5∶4的混合气体，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。已知t℃时，反应FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。 ①t℃时，反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)=________。②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO(s)，并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)的转化率为50%，则x=________。【解析】(1)设CO2的初始浓度为amol·L-1，转化浓度为xmol·L-1，根据三段式法进行计算：C(s)+CO2(g)2CO(g)初始浓度(mol·L-1) a 0转化浓度(mol·L-1) x 2x平衡浓度(mol·L-1) a-x 2x则有×100%=40.0%，解得x=a，所以CO2的转化率为×100%=25%。根据题意可知，气体总浓度为+=(mol·L-1)。CO2的分压为p×(÷)=0.6p。CO分压为0.4p，Kp=≈0.267p，原平衡体系中V(CO2)∶V(CO)=3∶2，恒压条件下，向原平衡体系中再充入V(CO2)∶V(CO)=5∶4的混合气体，相当于在原平衡的基础上再通入CO，所以平衡逆向移动。(2)①在t℃时，K===0.25，则=。②FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)n(起始)/mol 0.02 x 0 0n(转化)/mol 0.01 0.01 0.01 0.01n(平衡)/mol 0.01 x-0.010.01 0.01根据t℃时，K====0.25，求得x=0.05。答案：(1)25%(或0.267p)逆向(2)①4∶1②0.05【加固训练】T℃时，将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中，发生反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH=-744kJ·mol-1，保持温度和体积不变，反应过程(0～15min)中NO的物质的量随时间变化如图所示。已知：平衡时气体的分压=气体的体积分数×体系的总压强，T℃时达到平衡，此时体系的总压强为p=20MPa，则T℃时该反应的压力平衡常数Kp=________；平衡后，若保持温度不变，再向容器中充入NO和CO2各0.3mol，平衡将________(