大单元四　第十一章　第47讲　化学平衡常数的综合计算-2025年高中化学大一轮复习讲义人教版

第47讲化学平衡常数的综合计算[复习目标]1.了解压强平衡常数的含义，了解平衡常数与速率常数的关系。2.掌握平衡常数和平衡转化率计算的一般方法。考点一压强平衡常数及相关计算1．气体的分压p(B)相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强，简称气体B的分压，符号为p(B)，单位为Pa或kPa或MPa。气体B的分压p(B)＝气体总压p×B的体积分数＝气体总压p×B的物质的量分数。2．压强平衡常数对于有气体参与的化学反应，写平衡常数表达式时，用平衡时各气体的分压代替浓度，计算所得到的平衡常数称为压强平衡常数(Kp)。如：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，Kp＝eq\f(pcC·pdD,paA·pbB)[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数(或体积分数)×总压强]。3．常用的四个公式公式备注反应物的转化率eq\f(n转化,n起始)×100%＝eq\f(c转化,c起始)×100%①平衡量可以是物质的量、气体的体积；②某组分的体积分数，也可以是物质的量分数生成物的产率eq\f(实际产量,理论产量)×100%平衡时混合物组分的百分含量eq\f(平衡量,平衡时各物质的总量)×100%某组分的体积分数eq\f(某组分的物质的量,混合气体总的物质的量)×100%4.列三段式法计算压强平衡常数例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)。______________________________________________________________________________1．对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)。已知反应CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)，在t℃时的平衡常数Kp＝a，则下列说法正确的是()A．Kp＝eq\f(pCH4·p2H2O,pCO2·p4H2)B．升高温度，若Kp增大，则该反应为放热反应C．该反应达到平衡状态后，增大压强，平衡向左移动，Kp不变D．t℃时，反应eq\f(1,2)CH4(g)＋H2O(g)eq\f(1,2)CO2(g)＋2H2(g)的平衡常数Kp＝eq\f(1,2)a2．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，已知Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。下列说法正确的是()温度/℃压强/MPa1.02.03.081054.0ab915c75.0d1000ef83.0A.b>fB．平衡常数K(1000℃)<K(810℃)C．915℃、2.0MPa时该反应的平衡常数为Kp＝4.5MPaD．1000℃、3.0MPa时E的转化率为83%3．[2019·全国卷Ⅱ，27(2)节选]某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应：(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)ΔH>0，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝____________Pa。压强平衡常数(Kp)的计算流程标准(相对)平衡常数甲烷的直接转化具有较高的经济价值，方法之一如下：CH4(g)＋eq\f(1,2)O2(g)CH3OH(g)ΔH＝－126.4kJ·mol－1，在200℃下，向恒容为5L的密闭反应器中加入催化剂，并充入6.0kPaCH4、4.8kPaO2和一定量He使反应充分进行，体系的总压强随反应时间的变化如图所示。(1)下列措施可提高CH4的平衡转化率的是____________(填字母)。A．升高温度B．初始总压强不变，提高CH4的分压C．投料比不变，增大反应物浓度D．反应达到平衡后，再充入一定量He(2)计算该反应在200℃下的标准平衡常数Keq\o\al(θ,p)＝________(可保留eq\r(a))。已知：2A(g)B(g)的标准平衡常数Keq\o\al(θ,p)＝eq\f(\f(pB,pθ),[\f(pA,pθ)]2)，其中pθ为标准压强(100kPa)，p(A)和p(B)为平衡分压(某成分的物质的量分数×总压)。(3)若将容器改为绝热容器，初始温度为200℃，其他条件不变，达到新平衡时，甲醇产率将__________(填“变大”“变小”或“不变”)。考点二化学平衡常数与速率常数的关系1．顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为v正＝k正·c(顺)和v逆＝k逆·c(反)，k正和k逆在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知：T1温度下，k正＝0.006s－1，k逆＝0.002s－1，该温度下反应的平衡常数K1＝________。(2)T2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填字母)，平衡常数K2＝________。2．利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l)ΔH＜0已知该反应速率v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数K＝eq\f(k正,k逆)，则x＝________，y＝________。3．肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝eq\f(cMbO2,cMb·pO2)。在37℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α＝eq\f(生成的cMbO2,初始的cMb)×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。(2)试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K＝________kPa－1。已知k逆＝60s－1，则速率常数k正＝______s－1·kPa－1。4．乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料，用途广泛。实验测得2CH2=正·c2(CH2=CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)。(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(2)若在1L的密闭容器中充入1molCH2=CH2(g)和1molO2(g)，在一定温度下只发生上述反应，经过10min反应达到平衡，体系的压强变为原来的0.875倍，则0～10min内v(O2)＝________，eq\f(k逆,k正)＝________。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＝eq\f(ccC·cdD,caA·cbB)＝eq\f(k正·v逆,k逆·v正)，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝eq\f(k正,k逆)。1．[2022·全国甲卷，28(1)①(2)①](1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)ΔH1＝＋172kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(g)＋2CO(g)ΔH2＝－51kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012Pa①反应2C(s)＋O2(g)=2CO(g)的ΔH为________kJ·mol－1，Kp＝__________Pa。(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。①反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)＝__________Pa。2．[2023·全国乙卷，28(3)(4)]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途。(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时－T的关系如图所示。660K时，该反应的平衡总压p总＝____________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而__________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时＝________(用、表示)。在929K时，p总＝84.6kPa、＝35.7kPa，则＝____kPa，Kp(Ⅱ)＝____________kPa(列出计算式)。3．[2022·湖南，16(1)②]在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生