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平衡的计算
平衡的计算
§3.2化学平衡
(5化学平衡的计算)
【归纳与整理】
一、化学平衡常数------平衡混合物中各组分的物质的量浓度之间的限制关系
1.概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到时,生成物与反应物的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号
表示。
2.表达式
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定温度条件下达到平衡时:
.平衡浓度
只写浓度可变的溶液相和气相,纯固态和纯液态物质不写入(浓度视为1):
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)K
Cr2O72-(aq)+H2O(l)2CrO42-(aq)+2H+(aq)K
4.K的意义
平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度(即反应限度)的特征值,一般可认为,K越大,表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比值越大,也就是反应进行的程度越大;反之,K越小,表示反应进行的程度越小。
一般地说,K>K时,该反应进行得就基本完全了。
F2+H22HFK=6.5×10l2+H22HClK=2.57×1033
Br2+H22HB×1019
I2+H22HIK=8.67×102
5.影响K的因素
浓度压强催化剂温度
放热反应,温度升高,平衡常数______________(“变大”、“变小”)
吸热反应,温度升高,平衡常数______________(“变大”、“变小”)
6.平衡常数K的表达
(1)化学计量数扩大2倍,N2+3H22NH/2N2+3/2H2NH
(2)互逆反应,其平衡常数
2NO2N2N2O42NO2(3)反应方程式相加(减),平衡常数相
NH4INH3+HI①2HIH2+I2②K2=
2NH4INH3+I2+H2③(4)用实际参加反应的粒子进行表达
Cl2+H2OH++Cl-+HCl.平衡常数K的应用
(1)判断可逆反应进行的限度
(2)判断一个可逆反应是否达到平衡
若用起始时各物质浓度幂之积的比值(用Q表示)与K比较,可判断可逆反应进行的方向。
当Q=K时,可逆反应;
当QK时,可逆反应;
当QK时,可逆反应。
二、平衡转化率
某个指定反应物的转化率=
三、化学平衡计算
化学平衡计算三步曲
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
n起始/molabcd
n变化/mol mxnxpxqx
n平衡/mol a-mxb-nxc+pxd+qx
【例1】已知在800K时,反应:
(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
若起始浓度c(CO)=2molL-1,c(H2O)=3molL-1,则反应达平衡时,CO转化成CO2的转化率为60%,如果将H2O的起始浓度加大为6molL-1,试求此时CO转化为CO2的转化率。
【基本练习】
转化率有关的计算
1.将1mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应:
A(g)+3B(g)2C(g)(△H0)。
达到平衡时,B的转化率为50%,则A的转化率为
A.25%B.30%C.40%D.50%
2.将2mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应:
A(g)+3B(g)2C(g)(△H0)。
达到平衡时,B的转化率为50%,则A的转化率为
A.25%B.30%C.40%D.50%
3.在一定条件下进行的合成氨反应,当反应达到平衡时,实验测得N2的转化率为25%,而H2的转化率为37.5%。
则起始时N2和H2的物质的量之比为:
A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.2∶1
4.在一定温度下,在密闭容器中使NO2分解,2NO22NO+O2,反应达到平衡时,容器内压强为原来的1.4倍,则NO2的分解率为
A.20%B.40%C.50%D.80%
5.在一密闭容器中,用等物质的量的A和B发生如下反应:
A(g)+2B(g)2C(g),反应达到平衡时,若混和气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等。
则这时A的转化率为
A.40%B.50%C.60%D.70%
6.X、Y、Z为三种气体,把amolX和bmolY充入一密闭容器中,发生反应:
X+2Y2Z,达到平衡时,若它们的物质的量满足n(X)+n(Y)=n(Z),则Y的转化率为
A.B.C.D.
7.如右下图所示两个等体积的容器,A为恒压容器,B为恒容容器。
在相同温度下,分别将1molN2和3molH2混合气体充入A、B容器中,发生如下反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g);△H=-92.4kJ/mol。
保持温度不变,A、B容器中的反应均达到平衡状态。
平衡时,A容器中气体体积为起始时的4/5,平衡状态记为P。
试回答下列问题:
(1)平衡时A容器中NH3的体积分数是。
若要使B容器中NH3的体积分数与A容器中相同,可采取的措施是。
(2)若保持温度不变,向B容器中补加cmolNH3,再次达到平衡时,A、B两容器中压强恰好相等,则c=。
(3)若保持温度不变,开始时向容器A中加入amolN2、bmolH2和cmolNH3,要使反应向逆反应方向进行,且达到平衡后各气体的物质的量与原A平衡状态P相同,则起始时,c的取值范围是。
(4)若保持温度不变,开始时向容器B中加入amolN2、bmolH2和1molNH3,平衡时,测得放出的热量为23.1kJ,NH3的体积分数与A容器平衡状态P相同,则a+b的值是。
化学平衡常数有关的计算
1.在某一容积为2L的密闭容器内,加入0.8mol的H2和0.6mol的I2,在一定的条件下发生如下反应:
H2(g)+I2(g)2HI(g);△H0。
反应中各物质的浓度随时间变化情况如图1:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为;
(2)根据图1数据,反应开始至达到平衡时,平均速率v(HI)为;
(3)反应达到平衡后,第8分钟时:
①若升高温度,化学平衡常数K(填写增大、减小或不变)HI浓度的变化正确;(用图2中a~c的编号回答)
②若加入I2,H2浓度的变化正确的是。
(用图2中d~f的编号回答)
(4)反应达到平衡后,第8分钟时,若反容器的容积扩大一倍,请在图3中画出8分钟后HI浓度的变化情况。
2.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
t℃70080083010001200
K0.60.91.01.72.6
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为
(2)该反应△H0
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是
A.容器内压强不变B.混合气体中c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)D.c(CO2)=c(CO)
(4)某温度下,平衡浓度符合下式:
c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),此时t=℃
3.(2007广东省茂名二模)反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数为K1;反应Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)的平衡常数为K2。
在不同温度时K1、K2的值如下表:
温度(绝对温度)K1K222
(1)推导反应CO2(气)+H2(气)CO(气)+H2O(气)的平衡常数K与K1、K2的关系式:
。
(2)计算K值:
温度为973开时K=;1173开时:
K=。
通过K值的计算
(1)反应是反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)在一体积为10L的密闭容器中,加入一定量的CO2和H2O(气),在1173开时发生反应并记录前5min的浓度,第6min时改变了反应的条件。
各物质的浓度变化如下表:
时间/minCO2H2OCOH2
00.20000.300000
20.17400.27400.02600.0260220.07270.17270.12730.120.03500.13500.1650
①前2min,用CO表示的该化学反应的速率是:
。
②在3~4min之间,反应处于状态(填“平衡”或“非平衡”)。
③第6min时,平衡向方向移动,可能的原因是。
4.(2007山东省泰安市期末)合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化起着重要作用。
根据已学知识回答下列问题:
已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4kJmol-1
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是(填序号);
A.采用较高压强(20MPa~50MPa)
B.采用500℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20MPa~50MPa),而没有采用100MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由;
(3)在容积均为2L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2,在相同温度、催化剂下使其反应。
最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数表达式为(用含α甲的代数式表示),此时α甲α乙(填“>”、“<”“=”)。
5.(2007上海市调研)
甲烷蒸气转化反应为:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2。
已知温度、压强和水碳比[]对甲烷蒸汽转化反应的影响如下图:
图1(水碳比为3)图2(水碳比为3)图3(800℃)
(1)该反应平衡常数K表达式为________________________。
(2)升高温度,平衡常数K__________(选填“增大”、“减小”或“不变”,下同),降低反应的水碳比,平衡常数K__________。
(3)图2中,两条曲线所示温度的关系是:
t1_____t2(选填、=或);在图3中画出压强为2MPa时,CH4平衡含量与水碳比之间关系曲线。
(4)工业生产中使用镍作催化剂。
但要求原料中含硫量小于5×10-7%,其目的是____________________________。
参考答案:
1【解析】D
2【解析】A
3【解析】B
4【解析】D
5【解析】A
6【解析】B
15【解答】
(1)25%增加N2、H¬2或降低温度
(2)0(3)0.8c≤2(4)化学平衡常数有关的计算
1【解析】本题为05上海高考题25
(1)K=c2(HI)c(H2)c(I2)
(2)0.167mol/L(3)①减小c
②f
(4)见右图
2【解析】
3【解答】
(1)K=K1/K2
(2)0.62;1.29;吸热
(3)①v(CO)=0.0130molL-1nin-1②平衡
③右或正反应;升高温度(或减少了H2的浓度)
4【解答】
(1)B、C
(2)压强越大,消耗的动力越大,对设备的要求越高,而总体经济效益提高不大
(3);>
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