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文档简介
化学平衡常数的计算人教版化学选修一第二章第二节计算类型【题型一】恒温恒容条件下浓度平衡常数的计算【题型二】恒温恒压条件下浓度平衡常数的计算【题型三】恒温恒容条件下压强平衡常数的计算【题型四】恒温恒压条件下压强平衡常数的计算【题型五】无关气体参与的压强平衡常数的计【题型六】多平衡体系中的平衡常数的计算【题型七】速率平衡常数计算化学平衡常数常用公式①反应物的转化率
=②生成物的产率=指根据反应方程式计算的产量③平衡时混合物组分的百分含量=④某组分的体积分数=即“物质的量分数”【例1】250℃时,以镍合金为催化剂,向4L容器中通入6molCO2、6molCH4,发生如下反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表:此温度下该反应的平衡常数K=________。一、恒温恒容,算K物质CH4CO2COH2体积分数0.10.10.40.464一、恒温恒容,算K【例2】乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:维持体系总压强P恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为VL的乙苯蒸汽发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K=____________(用α等符号表示)。二、恒温恒压,算K注意:体积改变二、恒温恒压,算K【例3】如下图所示,将2molA气体和1molB气体充入一容积可变的密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(g)
2C(g)。反应开始时可滑动的活塞的位置如甲图所示,当反应达到平衡时,活塞位置如乙图所示。则当达到平衡时,A的转化率为_____;该条件下的反应的平衡常数为_______L/mol。二、恒温恒压,算K90%5670L/mol二、恒温恒压,算K【例4】在一密闭容器中,起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S)∶n(CH4)=2∶1,发生反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。0.11MPa时,温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如下图所示:N点对应温度下,该反应的Kp=______(MPa)2三、恒温恒压,算Kp8×10-4三、恒温恒压,算Kp【例5】已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)。m代表起始时的投料比,即m=n(H2):n(CO2)。m=3时,该反应达到平衡状态后p(总)=20aMPa,恒压条件下各物质的物质的量分数与温度的关系如图2所示。T4温度时,反应达到平衡时物质d的分压p(d)_________。三、恒温恒压,算Kp2.5aMPa三、恒温恒压,算Kp【例6】一定温度和催化剂条件下,将1molN2和3molH2充入压强为p0的恒压容器中,测得平衡时N2的转化率为50%,计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。四、恒温恒容,算Kp注意:平衡总压变化N2(g)+3H2(g)2NH3(g)130转化0.5
1.5
1平衡0.5
1.5
1解析:起始p(N2)=p00.53平衡时p(H2)=p01.53p(NH3)=p013
代入公式计算=【例7】在温度为383K、压强为p0时,将一定量的HCOOH气体充入一个盛有催化剂的刚性容器中,HCOOH(g)
CO2(g)+H2(g)达到平衡时,H2的分压为0.55p0,则该反应的转化率α(HCOOH)=______________,该温度下的压强平衡常数Kp=__________(计算结果保留2位有效数字)四、恒温恒容,算Kp技巧:假设分压求解55%0.67p0【例8】在1470K、100kPa反应条件下,反应2H2S
S2(g)+2H2(g)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。五、无关气体参与的压强平衡常数的计算50%2H2S(g)
S2(g)+2H2(g)4.76五、无关气体参与的压强平衡常数的计算六、多平衡体系中的平衡常数的计算体系1:PH4I(S)⇌PH3(g)+HI(g)体系2:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)4PH3(g)⇌P4(g)+6H2(g)CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)CO(g)+H2(g)⇌CH3OH(g)连续反应关键:弄清楚体系中自投料始至平衡各物质的来源、去向注意:多重平衡体系中有关平衡常数的计算,各组分的平衡是指整个平衡体系中的量,而不是指某一单一反应中的量。竞争反应六、多平衡体系中的平衡常数的计算【例8】苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺,一定条件下,发生如下反应:恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)=4∶1投料,发生Ⅰ、Ⅱ反应,总压为p0,平衡时苯的转化率为α,环己烷的分压为p,则反应Ⅰ的Kp=______________(列出计算式即可,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。Ⅰ.主反应:
(g)+3H2(g)(g)ΔH1<0Ⅱ.副反应:
(g)(g)ΔH2>0回答下列问题:六、多平衡体系中的平衡常数的计算Ⅰ.主反应:
(g)+3H2(g)(g)ΔH1<0Ⅱ.副反应:
(g)(g)ΔH2>0转化α
3α
α转化x
x则平衡时,4-3α1-αα-xn(H2)=n(C6H6)=n(C6H12)=n()=xn总=5-3α苯的分压:p0H2的分压:p0Kp==技巧:分设变量法六、多平衡体系中的平衡常数的计算分设变量法六、多平衡体系中的平衡常数的计算【例9】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)
ΔH1=-49.5kJ/molⅡ.CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
ΔH2=-90.4kJ/molⅢ.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
ΔH3一定条件下,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______mol/L(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为
。六、多平衡体系中的平衡常数的计算Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)解析:假设反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的转化量分别为xmol、ymol、zmol转化x
3x
x
x转化z
z
zz转化y
2y
yz-y=b
x+y=
a
x+z=a+
b平衡时,CH3OH(g)CO(g)H2O(g)x+z=a+b平衡时,CO2(g)1-x-z=
1-a-
b平衡时,H2(g)3-3x-z-2y3x+z+2y=3a+b=3-(3a+b)K=【例10】变化nxxx变化nyyyyx-y=0.1x+y=0.5x=0.3(mol)y=0.2(mol)生成0.3molCO要吸收热量39.42kJ,生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ此时,因此整个体系吸收热量39.42kJ-8.22kJ=31.2kJKp=P(CO)·P(H2)P(H2O)平衡后n(mol):0.50.10.50.21.3molP总=0.26MPa=MPa=0.02MPa
H2OCOH2CO2
吸收31.20.02MPa六、多平衡体系中的平衡常数的计算七、速率平衡常数计算化学平衡常数1.速率方程对于基元反应aA+bB=cC+dD速率方程可写为v=k·ca(A)·cb(B)k:速率常数(只与温度有关)2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D)平衡常数K=ca(A)·cb(B)cc(C)·cd(D)=k正·v逆k逆·v正反应达到平衡时v正=v逆k正k逆K=七、速率平衡常数计算化学平衡常数【例11】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,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。K=k正k逆=平衡时v正=v逆k正·v逆k逆·v正K=1)T1时,k正=k逆,K1=12)T2时,k正=1.5k逆,K2=1.5K2>K1,平衡正向移动则T2>T1。七、速率平衡常数计算化学平衡常数(1)反应达到平衡后,仅降低温度,下列说法正确的是____(填字母)。A.k正、k逆均增大,且k正增大的倍数更多B.k正、k逆均减小,且k正减小的倍数更少C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动D.k正、k逆均减小,且k逆减小的倍数更少B解析:该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,k正、k逆均减小,平衡向放热方向即正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此k正减小的倍数更少。【例12】乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。实验测得2CH2=CH2(g)+O2(g)
2(g)ΔH<0中,v逆=k逆·c2(),v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。七、速率平衡常数计算化学平衡常数【例12】乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。实验测得2CH2=CH2(g)+O2(g)
2(g)ΔH<0中,v逆=k逆·c2(),v正=k正·c2(CH2=CH2)·c(O2)(k正、
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