2.2.3 化学平衡常数的计算专题 课件 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1VIP

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、