1-09-专题九　化学反应速率与化学平衡

专题九化学反应速率与化学平衡高考

化学新高考、新教材适用体系透视考点透析题型透析目录考点1化学反应速率考点2化学平衡化学反应的方向考点3化学平衡常数及其相关计算题型1反应速率和平衡图像分析题型2分压平衡常数的计算题型3涉及反应速率常数的解题方法题型4多重平衡体系分析

考点1化学反应速率1.影响化学反应速率的因素注意充入无关气体的影响①恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各反应物浓度不变→反应速率不变。②恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各反应物浓度减小→反应速率减小。2.从“有效碰撞”理论理解外因对反应速率的影响

考点2化学平衡化学反应的方向一、化学平衡1.化学平衡状态的判断

以反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)为例:类别可能的情况举例是否达到平衡混合物中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡

各物质的质量或质量分数一定平衡

各气体的体积或体积分数一定平衡

总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了mmolA的同时生成了mmolA,即v正=v逆平衡

在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了pmolC平衡

在单位时间内生成了nmolB,同时消耗了qmolD不一定平衡

v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q不一定平衡压强恒容时压强不再变化,当m+n≠p+q时平衡

恒容时压强不再变化,当m+n=p+q时不一定平衡混合气体的平均相对分子质量

一定,当m+n≠p+q时平衡

一定,当m+n=p+q时不一定平衡气体的密度恒容时混合气体的密度一定不一定平衡颜色反应体系的颜色不变,即有色物

质的浓度不变平衡2.改变条件对化学平衡的影响改变的条件

平衡移动方向浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度

正向移动

减小反应物浓度或增大生成物浓度

逆向移动压强(有气体参加的反应)反应前后气体分子数不等增大压强向气体分子数减小的方向移动

减小压强向气体分子数增大的方向移动

反应前后气体分子数相等改变压强平衡不移动温度升高温度

向吸热反应方向移动

降低温度

向放热反应方向移动催化剂

同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动注意充入无关气体的影响①恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各组分浓度不变,反应速率不变→平衡不

移动。②恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各组分浓度等比例减小(相当于减压)→平

衡向气体分子数增大的方向移动。归纳总结温度、催化剂对转化率的影响(1)温度对转化率的影响:若是平衡转化率,则改变温度由ΔH确定平衡移动的方向,然后

判断平衡转化率的变化。若是未达平衡时的转化率,则由温度变化确定反应速率的变

化,然后判断相同时间内转化率的变化。(2)催化剂对转化率的影响:催化剂对平衡转化率没有影响,但是在工业生产中,未达平

衡时,可以通过选择更高效的催化剂来提高单位时间内反应物的转化率,或者利用催

化剂的选择性来提高多重反应中某一产物的产率。1.化学反应方向的判据

二、化学反应的方向2.焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔHΔSΔH-TΔS反应情况-+永远是负值在任何温度下均能自发进行+-永远是正值在任何温度下均不能自发进行++低温为正;高温为负低温时不能自发进行;高温时能自发进行--低温为负;高温为正低温时能自发进行;高温时不能自发进行注意①同一物质在不同状态下的熵值:S(g)>S(l)>S(s)。②反应后气体分子数增加的反应一般ΔS>0。③对于不同组成的AB型强电解质溶于水时,ΔH和ΔS均可能大于零或小于零。考点3化学平衡常数及其相关计算一、化学平衡常数及化学平衡计算方法1.化学平衡常数(1)意义及影响因素①K越大,正反应进行的程度越大。②K只受温度的影响。(2)K应用于判断化学平衡移动的方向浓度商Q

(3)判断可逆反应的热效应

(4)平衡常数与化学方程式的关系化学方程式的变化平衡常数的关系相同温度下,对于可逆反应K逆=

化学方程式乘以系数nK2=

反应1+反应2=反应3K3=K1·K2反应1-反应2=反应3K3=

2.化学平衡的计算方法——“三段式”法对于mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为amol、bmol,达到平衡后,A的消耗量为mxmol,容器容积为VL。mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)起始(mol)

a

b00变化(mol)

mx

nx

px

qx平衡(mol)

a-mx

b-nx

px

qx则:(1)平衡常数K=

。(2)A的转化率:α(A)=

×100%。(3)平衡时A的体积分数:φ(A)=

×100%。(4)平衡时和起始时的压强比:

=

。1.等效平衡分类及规律二、等效平衡等效类型①②③条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压反应的特点反应前后气体分子数不等反应前后气体分子数相等任何可逆反应起始投料换算为化学方程式同一

边物质,其“量”相同换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例平衡特点物质的量分数相同相同相同

浓度相同成比例相同

物质的量相同成比例成比例2.平衡转化率分析(1)aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g)型①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,各反应物的转化率相等。②若加入一定量的A,平衡正向移动,α(B)增大而α(A)减小。③若按原比例同等程度地增大(或减小)A、B的物质的量,恒容条件下相当于加压(或

减压),则分为三种情况:操作气体分子数变化α(A)、α(B)变化恒容时同等程度增大(或减

小)A、B的物质的量a+b=c+d不变

a+b>c+d增大(或减小)

a+b<c+d减小(或增大)(2)aA(g)

bB(g)+cC(g)型操作气体分子数变化α(A)恒容时增大(或减小)A的物质的量a=b+c不变

a>b+c增大(或减小)

a<b+c减小(或增大)题型1反应速率和平衡图像分析一、基础识图方法和简单基础图像1.基础识图方法——“三看一判断”

2.简单基础图像——常见的反应速率和平衡图像(1)速率—时间图像——注意断点以A(g)+B(g)

C(g)

ΔH>0为例。

t1时增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大;t2时升高温度,正、逆反应速率均增大,正反应吸热,正反应速率增大程度较大;t3时减小

压强,正、逆反应速率均减小,对于气体分子数减小的反应,逆反应速率减小程度较小;t

4时使用催化剂,正、逆反应速率均瞬间增大且增大程度相同。注意改变温度一定影响速率,一定影响平衡。(2)含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像“先拐先平为高温高压点或使用催化剂,先达平衡。”以可逆反应aA(g)+bB(g)

cC(g)为例。

曲线1先拐,则曲线1用催化剂、曲线2不用催化剂或用了催化效果不好的催化剂,或a+b=c时曲线1的压强大于曲线2的压强注意前四个图平衡时C%和B%不一样,则一定不是催化剂影响。(3)恒温(压)线当图像中有两个变量时,先假设一个量不变,再讨论另一个量的影响。有时需在图像

中作辅助线。以可逆反应aA(g)+bB(g)

cC(g)为例,纵坐标α(A)为A的平衡转化率。

第一幅图中任取一条恒温线进行研究,温度相同时,压强增大,α(A)增大,平衡正移,故正

反应为气体分子数减小的反应即a+b>c;再作一条垂直于横坐标的线与两条恒温线相

交,压强相同时,若T1>T2,温度升高,α(A)增大,平衡正移,故正反应为吸热反应。第二幅

图可采用类似的方法进行分析,得出ΔH<0;若a+b>c,得p1>p2>p3。(4)反应过程中含量—温度图像对于反应aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),不同温度下反应相同时间后测定A或C的含量,如图所示。

M点前由于温度较低、反应速率较慢,体系尚未达到平衡,随着温度升高,反应速率加

快,A%减小、C%增大;M点时体系恰好达到平衡;M点后为平衡的移动,升高温度,A%

增大、C%减小,平衡逆向移动,故ΔH<0。注意分析图像时,应注意图像中的变化量是平衡量还是非平衡量,其变化是由平衡

移动引起的,还是由反应速率改变引起的,两者不可混淆。(5)平衡曲线外非平衡点的分析对于反应aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),曲线L上所有的点都是平衡点。E点位于曲线L上方,其A%大于此压强或温度下平衡时的A%,E点必须向正反应方向移动才能达到

平衡状态,故E点v正>v逆;同理可知曲线L下方的F点v正<v逆。

1.同一反应的两个因变量与同一自变量的图像关注点:分析一条曲线时,忽略另一条纵坐标与其他曲线,即成为两个单一变量的图像

分析。

二、复合图像图示为某反应中催化剂的催化效率和产物的生成速率随温度的变化关系。①催化效率—温度分析:催化剂在250℃左右活性最强。②生成速率—温度分析:速率在250℃和400℃左右达到两个峰值。结论:生成速率在250℃时受催化剂影响较大,在400℃时受温度影响较大。2.同一体系中存在两个或多个竞争反应时的两个因变量与同一自变量的图像(1)关注点:除了分离成为单个图进行分析之外,还需要根据不同反应的特征(Δng、ΔH)

判断可能存在的副反应。对于这类图像,纵坐标多变,除了常见的转化率、产率以外,

还可能出现选择性(一种反应物同时发生多个反应产生多种产物时,其中一种产物的

量所占总产物的量的比例)。(2)图像分析图示是某密闭容器中同一体系中存在两个反应时的平衡转化率、产物选择性与温度

的关系。[已知CH3OH的选择性=

]①CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH1<0②CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)ΔH2>0分析CH3OH的选择性(▲):由于反应①为放热反应,反应②为吸热反应,温度升高,反应

①的平衡逆移,反应②的平衡正移,故CH3OH的平衡选择性降低。分析CO2的平衡转化率(●):温度升高,由图像可知CO2的平衡转化率不断升高,而反应①的平衡逆移,反应②的平衡正移,说明升高温度时反应②对CO2平衡转化率的影响更大。例1

(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O,发生反

应:CH4(g)+H2O(g)

CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=

]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是

(

)A.x1<x2B.反应速率:vb正<vc正C.点a、b、c对应的平衡常数:Ka<Kb=KcD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态B

解题思路题给图像,属于转化率—温度图像,是比较简单的图像。①取其中一条投料比曲线进行分析,投料比不变时,随着温度升高,CH4的平衡转化率增大,得出ΔH>0,则

温度升高,平衡正向移动,平衡常数增大,则a、b、c三点对应的平衡常数关系为Ka<Kb=

Kc(C正确)。②T1条件下,CH4的平衡转化率在x1条件下更大,在恒温恒容时,增大一种反

应物的浓度,另一种反应物的平衡转化率会升高,则x1<x2(A正确)。③比较b、c两点的

正反应速率,由图可知,b、c两点的温度相同,则可从反应物浓度角度比较,由②知x1<x2,

则b点相对于c点H2O的浓度更大,则正反应速率b点>c点(B错误)。④T1、恒容条件下,

题给反应体系中各物质都为气体,反应前后气体分子数不相等,则容器内压强不变时

达到平衡状态(D正确)。例2NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3

可被催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装

有催化剂的反应管,NH3的转化率、N2的选择性[

]与温度的关系如图所示。

(1)其他条件不变,在175~300℃范围内升高温度,出口处氮氧化物中氮元素的质量

增大

(填“增大”或“减小”,下同)。其他条件不变,升高温度NH3的平衡转

化率

减小

。(2)需研发

低温

(填“高温”或“低温”)下NH3的转化率高的催化剂,能

更有效除去尾气中的NH3。

解题思路根据题目中N2的选择性的定义式,并结合氮原子守恒,可知出口处氮氧化物中n(N)=n起始(NH3)×NH3的转化率×(1-N2的选择性),再根据升高温度时NH3的转化率

和N2的选择性的变化趋势进行判断。注意题图中NH3的转化率不一定是平衡转化率,

应根据温度对化学平衡的影响直接判断NH3平衡转化率的变化。(1)出口处氮氧化物中n(N)=n起始(NH3)×NH3的转化率×(1-N2的选择性),由题图可知,其他

条件不变,在175~300℃范围内升高温度,NH3的转化率升高,N2的选择性下降,则n(N)增

大,即出口处氮氧化物中氮元素的质量增大。NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的

反应均为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NH3的平衡转化率减小。(2)由题图可知,低温下,N2的选择性高但NH3的转化率低,故研发低温下NH3的转化率高的催化剂,能更有效除去尾气中的NH3。题型2分压平衡常数的计算1.分压平衡常数:在化学平衡体系中,用各气体物质的分压代替浓度进行计算,得到的

平衡常数称为分压平衡常数(Kp)。例如对于N2(g)+3H2(g)

2NH3(g),Kp=

。某气体的分压=总压×该气体的物质的量分数(或体积分数)。2.影响因素:Kp只受温度影响。3.计算模板(1)模板1

对于恒温恒容反应,气体的压强与其物质的量成正比,若已知起始时各气体的分压,则

可用分压代替物质的量运用“三段式”法进行计算,直接求出平衡时各气体的分压,

如:N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)始

p03p00变

p3p2p平

p0-p3(p0-p)2pKp=

(2)模板2例

(2023新课标,29,节选)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世

界首位。回答问题:(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结

果如图所示。其中一种进料组成为

=0.75、

=0.25,另一种为

=0.675、

=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=ni/n总)图3

图4①图中压强由小到大的顺序为

p1<p2<p3

。②进料组成中含有惰性气体Ar的图是

图4

。③图3中,当p2=20MPa、

=0.20时,氮气的转化率α=

33.3%

。该温度时,反应

N2(g)+

H2(g)

NH3(g)的平衡常数Kp=

MPa-1(化为最简式)。

解题思路①所给图像是平衡时摩尔分数—温度图像,是比较简单的图像。工业合成氨的反应是反应后气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动。根据题图,温

度相同时,p3条件下NH3的平衡摩尔分数大,增大压强,平衡正向移动,则p3>p2>p1。②相

同温度和相同压强下,通入Ar,相当于增大体积,则平衡逆向移动,NH3的平衡摩尔分数

减小,比较图3和图4,可得相同条件下图4中NH3的平衡摩尔分数小。③运用三段式法,

按照投料比,设起始氮气、氢气分别为1mol、3mol,平衡时氮气转化了amol,列三段

式如下:

N2(g)+

H2(g)

NH3(g)起始(mol)130转化(mol)

a3a2a平衡(mol)1-a3-3a2a根据

=

=0.20,得出a≈0.333,则氮气的转化率α=

×100%=33.3%。平衡时氨气的摩尔分数为0.20,则氮气和氢气的摩尔分数共为0.80,因两者物质的量之比为

1∶3,所以氮气的摩尔分数为0.20,氢气的摩尔分数为0.60,根据题给信息代入压强平衡

常数表达式中计算即可。题型3涉及反应速率常数的解题方法一、必备知识1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。2.基元反应的速率方程基元反应如aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g)的速率方程为v正=k正

ca

(A)·cb(B),v逆=k逆

cc(C)·cd(D)(k正为正反应的速率常数,k逆为逆反应的速率常数,速率方程题中一般会给出,不需

要单独识记。)。3.速率常数与化学平衡常数的关系一定温度下,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),平衡时v正=v逆,则

=

=K。二、解题思路

例

(2021福建,12,节选)NaNO2溶液和NH4Cl溶液可发生反应:NaNO2+NH4Cl

N2↑+NaCl+2H2O。为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,进行以下几组实验。(4)每组实验过程中,反应物浓度变化很小,忽略其对反应速率测定的影响。实验数据

如下表所示。实验编号V/mL

t/s

NaNO2溶液NH4Cl溶液醋酸水

14.0V14.08.03342V24.04.0V315038.04.04.04.083412.04.04.00.038①V1=

4.0

,V3=

6.0

。②该反应的速率方程为v=k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H+),k为反应速率常数。利用实验数

据计算得m=

2

(填整数)。③醋酸的作用是

加快反应速率

。

解题思路探究影响反应速率的因素,要使用控制变量法。题中要探究反应速率与c(NaNO2)的关系,则实验中的唯一变量就是c(NaNO2),则c(NH4Cl)保持不变,V1=4.0。分

析表中1、3两组数据,c(NaNO2)增大到原来的2倍,3组反应速率是1组的4倍,说明m=2;

再比较2、4两组数据,4组的反应速率约是2组的4倍,说明4组中c(NaNO2)是2组的2倍,

则V2=6.0,结合4组总体积得出V3=6.0。c(H+)在速率方程中,则其作用应该是加快反应

速率。题型4多重平衡体系分析1.多重平衡体系:在一个化学反应体系中,往往同时存在着多个可逆反应,同一种物质

既可能是某个反应的反应物,也可能是另一个反应的生成物。在一定条件下,这些反

应都可以达到平衡状态。这样的体系称为多重平衡体系。2.多重平衡体系的类型①连续反应:指前一个反应的反应产物同时可以进一步反应而生成其他的产物的反

应,其主要特征是先生成又被消耗。②竞争反应:指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应,得到不同的产

物。3.多重平衡的思维建模(1)连续反应思维模型:A

B

C①若v1≫v2,则中间产物B的含量会快速上升,后缓慢下降。②若v1≪v2,则中间产物B的含量始终维持在较低水平。③某时刻中间产物B的浓度=第一步反应生成的B的浓度-第二步反应消耗的B的浓度。(2)竞争反应思维模型:

Ea为活化能。若

>

,则主要产物为C。若

>

,则主要产物为B。4.多重平衡中的产物调控(1)未达平衡时,产物受各步反应反应速率的影响,通过改变温度和使用不同的催化剂

改变各步反应反应速率的相对大小,进而调控经过相同时间后的产物。(2)达到平衡时:产物的平衡量受控于反应的限度。①对于连续反应,若A→B的限度更大,则主要产物是B;B→C的限度更大,则主要产物

是C。②对于竞争反应,若A→B的限度更大,则主要产物是B;A→C的限度更大,则主要产物

是C。改变温度、压强或使用催化剂能调控平衡的移动:①升高温度,平衡向吸热反应方向移动,降低温度,平衡向放热反应方向移动;若同为吸热或放热反应,改变相同温度时,活

化能大的反应,反应速率改变幅度更大;②增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移

动,减小压强,平衡向气体分子数增大的方向移动;③不同催化剂对活化能降低的幅度

不同,可调控某一反应的选择性。归纳总结

分析连续反应和竞争反应的过程,若反应未达到平衡,则应从反应速率角度分析;若反

应已达到平衡,则应从化学平衡即反应限度角度分析。5.多重平衡体系的常用计算方法(1)“三段式”法

A(g)+B(g)

C(g)+D(g)起始/mol1100变化/mol

x

x

x

xA(g)+2B(g)

E(g)+D(g)起始/mol1100变化/mol

y2y

y

y平衡时n(A)=(1-x-y)mol,n(B)=(1-x-2y)mol,n(C)=xmol,n(D)=(x+y)mol,n(E)=ymol。②连续型。对于连续反应,计算时可将第一个反应的“平衡量”看作第二个反应的

“起始量”,计算过程示例如下:①竞争型。计算过程示例如下:A(g)+B(g)

C(g)+D(g)起始/mol1100变化/mol

x

x

x

x“平衡”/mol1-x1-x

x

xA(g)+C(g)

E(g)+D(g)“起始”/mol1-x

x0

x变化/mol

y

y

y

y平衡/mol1-x-y

x-y

y

x+y平衡时n(A)=(1-x-y)mol,n(B)=(1-x)mol,n(C)=(x-y)mol,n(D)=(x+y)mol,n(E)=ymol。(2)原子守恒法当反应体系中存在三个及三个以上反应,或同时存在竞争反应和连续反应时,可采用

原子守恒法进行计算。

6.多重平衡体系图像的分析方法多重平衡体系中,当外界因素(例如温度、压强等)变化时,不同平衡的移动所引起的同

一物理量的变化方向可能相反,此时可根据图像中该物理量的实际变化趋势,判断哪

个平衡的影响程度更大。例如,某体系中存在反应①和②,两者均生成A,升高温度时

反应①平衡移动会导致c(A)减小,反应②平衡移动会导致c(A)增大。实际图像中,在某

一温度范围内c(A)随温度升高而增大,则该温度范围内反应②对于c(A)的影响程度大

于反应①。例1

(2022福建,13,节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高

值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注。其主要反应如下:Ⅰ.C3H8O(g)

C3H6(g)+H2O(g)

ΔH1=+52kJ·mol-1Ⅱ.2C3H6(g)

C6H12(g)

ΔH2=-97kJ·mol-1回答下列问题:(4)在一定条件下,若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%,则丙烯的产率为

58.8%

。(5)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lgQp与温度的关系曲线。[已知:对于可逆反应aA(g)

+bB(g)

cC(g)+dD(g),任意时刻Qp=

,式中p(X)表示物质X的分压]

①在350℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时,反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的

甲

点(填“甲”“乙”或“丙”),判断依据是

反应Ⅰ平衡曲线

为N,恒压时充入水蒸气,Qp>Kp

;②350℃时,在密闭容器中加入一定量的C3H8O,体系达到平衡后,测得C6H12的分压为x

MPa,则水蒸气的分压为

(

+2x)

MPa(用含x的代数式表示)。

解题思路本题中平衡体系中存在的两个反应是连续反应,即第一个反应的生成物是第二个反应的反应物,也是比较简单的多重平衡体系。(4)设投入的C3H8O的量为1mol,列式如下:C3H8O(g)

C3H6(g)+H2O(g)开始1mol00转化1mol×98%1mol×98%1mol×98%“平衡”0.02mol0.98mol0.98mol2C3H6(g)

C6H12(g)开始0.98mol0转化0.98mol×40%0.98mol×20%平衡0.98mol×60%0.98mol×20%则平衡时丙烯的物质的量为0.98mol×60%=0.588mol,产率为

×100%=58.8%。(5)①判断曲线M、N代表的反应。根据lgQp与温度的关系及反应Ⅰ和Ⅱ的ΔH,

可知随温度升高反应Ⅰ平衡正向移动,Kp增大;反应Ⅱ平衡逆向移动,Kp减小,则曲线N

代表反应Ⅰ,曲线M代表反应Ⅱ。350℃时,充入少量水蒸气时,反应Ⅰ的Qp增大,则最

有可能对应甲。②在题给平衡体系中,H2O(g)只参与了反应Ⅰ,是反应Ⅰ的生成物,且

在反应Ⅰ中平衡时与C3H6的量相等。设平衡时水蒸气的分压为aMPa,则反应Ⅱ中C3H6(g)的起始分压为aMPa,由题图可知此时反应Ⅱ的lgQp=0,则350℃时Kp=Qp=1,对反应Ⅱ列三段式:2C3H6(g)

C6H12(g)起始/MPa

a0变化/MPa2x

x平衡/MPa

a-2x

x由Kp=

=1,解得a=

+2x,即水蒸气的分压为(

+2x)MPa。例2工业上常用CO2和H2来制备CH3OH,制备过程中发生的反应如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)Ⅱ.CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)在恒压p条件下,起始时投入1molCO2和3molH2,进行反应,不同温度下CO2的平衡转

化率与CH3OH的选择性的相关数据见下表。温度/KCO2的平衡转化率/%CH3OH的选择性/%53025.661.350320.070.0已知:CH3OH的选择性=

×100%。根据表中数据计算503K时,反应Ⅰ的Kp(写出计算式即可)。(平衡分压=总压×物质的量分数)

答案

解题思路本题中体系中的反应为竞争反应,即两个反应同时进行。起始加入1molCO2和3molH2,设反应Ⅰ中CO2转化了xmol,反应Ⅱ中CO2转化了ymol,则CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)起始量1mol3mol00转化量

xmol3xmol

xmol

xmolCO2+H2

CO(g)+H2O(g)起始量1mol3mol00mol转化量

ymol

ymol

ymolymol则平衡时n(CO2)=(1-x-y)mol,n(H2)=(3-3x-y)mol,n(CH3OH)=xmol,n(H2O)=(x+y)mol,n(CO)=ymol。503K时,依据表中数据,可知平衡时剩余n(CO2)=1mol×(1-20%)=0.8

mol。依据选择性的计算公式可知反应Ⅰ生成的n(CH3OH)=1mol×20%×70%=xmol=

0.14mol,依据碳原子守恒可知反应Ⅱ消耗了n(CO2)=1mol×20%-0.14mol=0.06mol=ymol,至此将x、y代入相应式子,求出n(H2)、n(H2O)。此时反应Ⅰ中各物质的平衡量均

已求出,但计算Kp时,物质的量分数=

,则还要算出n(CO),将体系中CO2、H2、H2O、CH3OH和CO的