湖南省永州市2019年高考化学复习课时17化学平衡常数化学平衡相关计算与图像分析学案.docx

化学平衡常数 化学平衡相关计算与图像分析【明确考纲】了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。【课前真题】1.（2016年四川卷，6T）一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，设起始m(H2O)/m(CH4)=Z，在恒压下，平衡时(CH4)的体积分数与Z和T（温度）的关系如图所示。下列说法正确的是（）A该反应的焓变H0B图中Z的大小为a3bC图中X点对应的平衡混合物中m(H2O)/m(CH4) =3D温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后(CH4)减小【解析】选A；A、从图分析，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故正确；B、m(H2O)/m(CH4)的比值越大，则甲烷的体积分数越小，故a30。3.（2016年全国卷II 27T）丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等。回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下：C3H6（g）NH3（g）1.5 O2（g）= C3H3N（g）3H2O（g）H515 kJmol1C3H6（g）O2（g）= C3H4O（g）H2O（g） H353 kJmol1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ，低于460 时，丙烯腈的产率（填“是”或“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是（双选，填标号）。A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为，理由是_，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。【答案】：（1）两个反应均为放热量大的反应 降低温度降低压强 催化剂（2）不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC（3）1该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1:7.5:1【解析】：（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以在热力学上趋势均很大；该反应为气体分子数增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应该开始进行，尚未达到平衡状态，460以前是建立平衡的过程，所以低于460时，丙烯腈产率不是对应温度下的平衡产率；高于460时，丙烯腈产率降低。A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确。B平衡常数变大，对产率的影响是提高产率才对，错误。C根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确。D反应活化能的大小不影响平衡，错误。（3）根据图像可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+1.5 O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1:1.5:1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为1:7.5:14.（2018年全国卷I28 节选）（2）F. Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=时，N2O5(g)完全分解）：t/min0408016026013001700p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1已知：2N2O5(g)=N2O4(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol1 2NO2(g) =N2O4(g) H 2=55.3 kJmol1则反应N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)的H=_ kJmol1。研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2103(kPamin1)，t=62 min时，测得体系中=2.9 kPa，则此时的=_kPa，v=_ kPamin1。若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)_63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_。25时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。【答案】 53.1 30.0 6.0102 大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4【解析】根据方程式可知氧气与消耗五氧化二氮的物质的量之比是1:2，又因为压强之比是物质的量之比，所以消耗五氧化二氮减少的压强是2.9kPa25.8kPa，则此时五氧化二氮的压强是35.8kPa5.8kPa30.0kPa，因此此时反应速率v2.0103306.0102（kPamin1）；由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35，则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35)大于63.1 kPa。根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8kPa271.6 kPa，氧气是35.8kPa217.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根据方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4kPa，二氧化氮对应的压强是71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，则反应的平衡常数。课堂精讲【考点归类】一、化学平衡常数：1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3意义(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。4应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，浓度商Qc，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。(3)判断可逆反应的热效应，(4)计算平衡体系中的相关量根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。二、化学平衡图像分析：1题型分类(1)分析外界条件对反应速率及化学平衡的影响；(2)由图象判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数的变化关系)；(3)由反应和图象判断图象中坐标或曲线的物理意义；(4)由反应和图象判断符合图象变化的外界条件；(5)由反应判断图象正误等。2解题指导(1)看图象：一看轴，即纵、横坐标的意义；二看点，即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量的变化等。(2)依据图象信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热，气体计量数增大、减小还是不变，有无固体或纯液体参加或生成等。(3)先拐先平：在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。(4)定一议二：勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图象中有三个变量时，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。【典例剖析】NO2气体对环境有危害，应特别注意对地表水、土壤、大气和饮用水的污染。在一定温度时，将0.80 mol的NO2气体充入4 L真空的密闭容器中，每隔一段时间就对该容器内的物质进行分析，得到数据如下表所示：时间(s)020406080n(NO2)/mol0.80n10.52n3n4n(N2O4)/mol0.000.10n20.160.16(1)在上述条件下，反应从20 s至40 s这一时间段内，NO2的平均反应速率为molL-1s-1。(2)n3_n4(填“”、“”或“”)，该反应的平衡常数为(保留小数点后一位)。(3)达到平衡后，如向该密闭容器中再充入0.64 mol氦气，并把容器体积扩大为8 L，则平衡将(选填“向正反应方向移动”、 “向逆反应方向移动”或“不移动”)，其理由是。(4)若在相同情况下，最初向该容器中充入的是N2O4气体，要达到上述同样的平衡状态，起始充入N2O4的物质的量是mol，假设在80 s时达到平衡，请在图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。(5)取五等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分量(NO2%)，并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是。【答案】：(1)0.001 (2)=；2.8(3)向逆反应方向移动；氦气是稀有气体，不参与反应；扩大体积的瞬间，c(NO2)和c(N2O4)均降低为原来一半，使c(N2O4)/c2(NO2)增大，并大于该温度下的平衡常数，平衡左移。(4)0.40(5)BD【技巧点拨】1.三段式求解反应速率及平衡计算题关键： mA(g)nB(g) pC(g) qD(g)转化(molL1)x2.一定温度下，判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向：比较浓度商Qc与平衡常数K大小.3.在该时间点，此题分三种情况：1 五种温度下均已平衡：反应放热，温度升高，平衡左移，NO2量增多；选B。2 五种温度下均未平衡：温度越高，速率越快，NO2量越少。3 温度处于较低范围内未平衡，温度越高，速率越快，NO2量越少； 温度处于较高范围内已平衡，反应放热，温度升高，平衡左移，NO2量增多；选D【变式训练】“C1化学”是指以碳单质或分子中含1个碳原子的物质（如CO、CO2、CH4、CH3OH等）为原料合成工业产品的化学工艺，对开发新能源和控制环境污染有重要意义（1）一定温度下，在容积为2L的密闭容器中，发生反应：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）H=-49.0kJ/mol相关数据如下：反应物投入量1molCO2（g）和3molH2（g）平衡时c（CH3OH）c1平衡时能量变化放出29.4kJ若甲中反应10s时达到平衡，则用CO2来表示甲中反应从开始到平衡过程中的平均反应速率是mol/（Ls）（2）压强为p1时，向体积为1L的密闭容器中充入bmolCO和2bmolH2，发生反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示请回答：该反应属于（填“吸”或“放”）热反应；p1p2（填“”、“”或“=”）100时，该反应的平衡常数K=（用含b的代数式表示）（3）治理汽车尾气的反应是2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g）H0在恒温恒容的密闭容器中通入n（NO）：n（CO）=1：2的混合气体，发生上述反应下图正确且能说明反应在进行到t1时刻一定达到平衡状态的是（选填字母）【答案】（1）0.03；（2）放；K=1/b2（3）c d【课后巩固】1.向某密闭容器中加入0.3mol A、0.1mol C和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如下甲图所示。下乙图为平衡体系中速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种条件，所用条件均不同。若t4时刻改变条件是压强，则下列说法错误的是甲 乙A. 若t1=15s，则前15s的平均反应速率v（C）=0.004mol/(Ls)B. 该反应的化学方程式是3A(g)B(g) 2C(g)C. t2 、t3 、t5时刻改变的条件分别是升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度D. B的起始物质的量为0.04molc答案：C 2. 在一定条件下，对于反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，C的百分含量（C%）与温度、压强的关系如图所示，下列反应的H和S判断正确的是（ ）AH0BH0S0S0DH0S0答案：A 3. 将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)F(s)2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示：压强/MPa 体积分数/ (%)温度1.02.03.081054.0ab915c75.0d1000ef83.0 bf 915、2.0 MPa时E的转化率为60% 增大压强，平衡左移 K(1 000)K(810) 上述中正确的有()A4个 B3个C2个D1个答案：A 4. 在某容积一定的密闭容器中，可逆反应A（g