2025版新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡微专题2平衡常数的应用平衡转化率的分析一化学平衡常数的应用学生用书新人教版选择性必修1

微专题2平衡常数的应用、平衡转化率的分析一、化学平衡常数的应用1．化学平衡常数的应用1．已知在25℃时，下列反应的平衡常数如下：①N2(g)＋O2(g)2NO(g)K1＝1×10－30②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×1081③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92下列说法正确的是(C)A．NO分解反应NO(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)的平衡常数为1×10－30B．依据K2的值可以推断常温下H2和O2很简洁反应生成H2OC．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向依次为NO>H2O>CO2D．温度上升，上述三个反应的平衡常数均增大解析：A项，此反应的平衡常数K＝eq\f(c\f(1,2)N2·c\f(1,2)O2,cNO)＝eq\r(\f(cN2·cO2,c2NO))＝eq\r(\f(1,K1))＝1015，错误；B项，K2的值与反应条件无关，事实上常温下H2和O2不易反应，错误；C项，通过分解反应的平衡常数大小分析分解放出O2的倾向的依次为NO>H2O>CO2，正确；D项，①②是放热反应，③是吸热反应，上升温度平衡向吸热方向移动，所以温度上升①②平衡常数减小，③平衡常数增大，错误。2．多重平衡体系中化学平衡常数计算(1)多重平衡体系：一个化学反应体系中存在多个化学反应，在确定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。(2)多重平衡反应类型①连续型(耦合)反应：某物质是某反应的产物，同时又是其他反应的反应物。②平行型(竞争型)反应：某物质同时是多个反应的反应物。(3)多重平衡体系中有关平衡常数的计算，各组分的平衡量指的是整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量。2．(1)在1L真空密闭容器中加入amolPH4I固体，t℃时发生如下反应：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③平衡时，体系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，则t℃时反应①的平衡常数K为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8c－2d,3)))b(用字母表示)。(2)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3确定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为amol，CO为bmol，此时H2O(g)的浓度为eq\f(a＋b,V)mol·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。解析：(1)解法一：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，因反应达到平衡时，n(I2)＝cmol，即该反应生成n(H2)＝cmol，反应消耗n(HI)＝2cmol，则PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c)mol；在反应4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)中，生成n(H2)＝(d－c)mol，该反应消耗的n(PH3)＝eq\f(2,3)(d－c)mol，在反应PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)达到平衡时，n(HI)＝bmol，n(PH3)＝(b＋2c)mol－eq\f(2,3)(d－c)mol，该反应的化学平衡常数K＝b×eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(b＋2c－\f(2,3)d－c))＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8c－2d,3)))×b。解法二：设反应消耗了xmolPH4I，平衡时有ymolPH3，由H原子守恒得4x＝b＋2d＋3y，由I原子守恒得x＝b＋2c，解得y＝b＋eq\f(8,3)c－eq\f(2,3)d，则化学平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8,3)c－\f(2,3)d))×b。(2)解法一：假设反应Ⅱ中，CO反应了xmol，则Ⅱ生成的CH3OH为xmol，I生成的CH3OH为(a－x)mol，Ⅲ生成的CO为(b＋x)mol，依据反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)转化量/mola－x3(a－x)a－xa－x反应Ⅱ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)转化量/molx2xx反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)转化量/molb＋xb＋xb＋xb＋x所以平衡时H2O(g)的物质的量为(a－x)mol＋(b＋x)mol＝(a＋b)mol，H2O(g)的浓度为eq\f(a＋b,V)mol·L－1；平衡时CO2的物质的量为1mol－(a－x)mol－(b＋x)mol＝(1－a－b)mol，H2的物质的量为3mol－3(a－x)mol－2x－(b＋x)mol＝(3－3a－b)mol，CO的物质的量为bmol，水的物质的量为(a＋b)mol，则反应Ⅲ的平衡常数为eq\f(\f(b,V)×\f(a＋b,V),\f(1－a－b,V)×\f(3－3a－b,V))＝eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。解法二：反应前，n(CO2)＝1mol，n(H2)＝3mol，反应后，n(CH3OH)＝amol，n(CO)＝bmol，依据C原子守恒得n(CO2)＝(1－a－b)mol，依据O原子守恒得n(H2O)＝[2－2(1－a－b)－a－b]mol＝(a＋b)mol，依据H原子守恒得n(H2)＝eq\f(1,2)[6－4a－2(a＋b)]mol＝(3－3a－b)mol，从而计算化学平衡常数。3．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)为分析催化剂对反应的选择性，在1L密闭容器中充入2molCO2和4molH2，测得有关物质的物质的量随温度变更如图所示：该催化剂在较低温度时主要选择_反应Ⅰ__(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝eq\f(0.2×1.22,1.4×24)。(只列算式不计算)。解析：温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)转化/(mol·L－1)0.20.80.20.42CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)转化/(mol·L－1)0.41.