高三化学平衡的计算.docx
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高三化学平衡的计算
§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:
K=
3.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+H2
2HFK=6.5×1095
Cl2+H2
2HClK=2.57×1033
Br2+H2
2HBrK=1.91×1019
I2+H2
2HIK=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,K
N2+3H2
2NH3K=
1/2N2+3/2H2
NH3K=
(2)互逆反应,其平衡常数
2NO2
N2O4K=
N2O4
2NO2K=
(3)反应方程式相加(减),平衡常数相
NH4I
NH3+HI①K1=
2HI
H2+I2②K2=
2NH4I
NH3+I2+H2③K3=
(4)用实际参加反应的粒子进行表达
Cl2+H2O
H++Cl-+HClOK=
7.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Q>K时,可逆反应;
当Q 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: CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g) 若起始浓度c(CO)=2mol•L-1,c(H2O)=3mol•L-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6mol•L-1,试求此时CO转化为CO2的转化率。 【基本练习】 Ø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)(△H<0)。 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)(△H<0)。 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,2NO2 2NO+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+2Y 2Z,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。 Ø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);△H<0。 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℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式为K= (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) K1 K2 973 1.47 2.38 1173 2.15 1.67 (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/min CO2 H2O CO H2 0 0.2000 0.3000 0 0 2 0.1740 0.2740 0.0260 0.0260 3 c1 c2 c3 c3 4 c1 c2 c3 5 0.0727 0.1727 0.1273 0.1273 6 0.0350 0.1350 0.1650 前2min,用CO表示的该化学反应的速率是: 。 在3~4min之间,反应处于状态(填“平衡”或“非平衡”)。 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=-92.4kJ·mol-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、H2或降低温度 (2)0.5 (3)0.8 Ø
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