2024届高中化学一轮复习课件：平衡思想——化学平衡常数K、Kp的计算

这是一份2024届高中化学一轮复习课件：平衡思想——化学平衡常数K、Kp的计算，共3页。PPT课件主要包含了信息解读，p1p2p3等内容，欢迎下载使用。

探究点1　浓度平衡常数的计算
例1 在T ℃下,分别在三个容积均为10 L的恒容绝热密闭容器中发生反应:2CO(g)+SO2(g) ⇌S(g)+2CO2(g)　ΔH>0,测得相关数据如下表所示。下列说法正确的是(　 )A.其他条件不变,容器乙达到平衡后,再充入四种气体各1 ml,平衡逆向移动B.b=1.6C.平衡常数:K甲>K乙D.其他条件不变,向容器甲再充入1 ml CO,平衡常数(K)不变
容器丙中加入的各物质的物质的量是乙的2倍,丙容器中生成物更多,温度更低,平衡逆向移动,b小于1.6,B项错误;由于是恒容绝热的密闭容器,该反应的正反应为吸热反应,甲容器多加了S(g),相对于乙容器来说,平衡逆向移动,所以甲容器温度比乙容器温度高,平衡常数K甲>K乙,C项正确;其他条件不变,向容器甲中再充入1 ml CO,平衡正向移动,温度发生变化,平衡常数发生改变,D项错误。
变式题 两个容积均为2 L的密闭容器中充入NO及CO气体,发生反应:2NO(g)+2CO(g) ⇌N2(g)+2CO2(g)　ΔH,起始物质的量见下表。实验测得两容器不同温度下达到平衡时CO2的物质的量如图所示,下列说法正确的是 ( 　) A.ΔH>0B.N点的平衡常数为0.04C.若将容器Ⅰ的容积改为1 L,T1温度下达到平衡时NO的转化率为25%D.图中M点所示条件下,再通入CO、N2各2 ml,此时v正(CO)探究点2　压强平衡常数的计算
1.Kp含义在化学平衡体系中,各气体物质的分压替代浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数,其单位与表达式有关。2.计算方法与步骤
例2 F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)的分解反应:2N2O5(g) →4NO2(g)+O2(g)　　2N2O4(g)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]:已知:2N2O5(g) = 2N2O4(g)+O2(g)　ΔH1=-4.4 kJ·ml-12NO2(g) ⇌ N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·ml-125 ℃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)。
变式题 (1)在恒压密闭容器中,加入足量的MS2和O2,仅发生反应:2MS2(s)+7O2(g) ⇌2MO3(s)+4SO2(g)　ΔH。测得氧气在不同压强下的平衡转化率与温度的关系如图所示:①p1、p2、p3的大小:　 　　　。
[解析]根据图可知,压强一定时,升高温度,氧气的平衡转化率降低,平衡逆向移动,则ΔH<0;该反应的正反应是一个气体分子数减小的可逆反应,增大压强平衡正向移动,氧气的平衡转化率增大,所以压强:p1>p2>p3。
②若初始时通入7.0 ml O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp=　　　　(用气体平衡分压代替气体平衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算式即可)。 
(2)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺,一定条件下, 发生如下反应:Ⅰ.主反应: (g)+3H2(g) ⇌ (g) ΔH1<0Ⅱ.副反应: (g) ⇌ (g)　 ΔH2>0恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)=4∶1投料,发生Ⅰ、Ⅱ反应。总压为p0,平衡时苯的转化率为α,环己烷的分压为p,则反应Ⅰ的Kp=　 　　　　(列出计算式即可,用平衡分压代替平衡浓度计算。分压=总压×物质的量分数)。 
[解析]恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)=4∶1投料,设投入的苯的物质的量为1 ml,发生Ⅰ、Ⅱ反应,总压为p0,平衡时苯的转化率为α,环己烷转化量为x ml,则:　　　　　　 (g)+3H2(g) ⇌ (g)起始量/ml　　1　　　　　4　　　　　0转化量/ml　　α　　　　　3α　 　　　 α平衡量/ml　 1-α　　　　4-3α　　　 α　　　　　　
(3)科学家使CH4和CO2发生重整反应:CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·ml-1,生成合成气CO和H2,以实现CO2的循环利用。该反应中,如何减少积碳,是研究的热点之一。某条件下,发生主反应的同时,还发生了积碳反应。CO歧化:2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s)　ΔH1=-172 kJ·ml-1;CH4裂解:CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g)　ΔH2=+75 kJ·ml-1。①图所示平衡碳量的影响图中,表示温度和压强对CO歧化反应中平衡碳量影响的是　 (填序号),理由是　   　。
[解析] CO歧化反应为气体分子数减小的放热反应,增大压强或降低温度,平衡正移,即低温高压有利于反应正向进行,平衡碳量大,与乙相符。　　　　　　
(3)科学家使CH4和CO2发生重整反应:CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·ml-1,生成合成气CO和H2,以实现CO2的循环利用。该反应中,如何减少积碳,是研究的热点之一。某条件下,发生主反应的同时,还发生了积碳反应。CO歧化:2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s)　ΔH1=-172 kJ·ml-1;CH4裂解:CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g)　ΔH2=+75 kJ·ml-1。②在700 ℃、100 kPa的恒压密闭容器中进行此重整反应且达到平衡,当升高温度至1000 ℃达到平衡时,容器中的含碳量　　　　(填“减小”“不变”或“增大”),由此可推断100 kPa且高温时积碳主要由　 　　　(填“CO歧化”或“CH4裂解”)反应产生。
[解析]根据图甲、乙可知,100 kPa当温度由700 ℃升高至1000 ℃且达到平衡时,CH4裂解正向移动的碳增加量比CO歧化逆向移动的碳减少量小,故含碳量减少,而高温时CO歧化反应产生的积碳少,积碳主要由CH4裂解反应产生。 　　　　　
(3)科学家使CH4和CO2发生重整反应:CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·ml-1,生成合成气CO和H2,以实现CO2的循环利用。该反应中,如何减少积碳,是研究的热点之一。某条件下,发生主反应的同时,还发生了积碳反应。CO歧化:2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s)　ΔH1=-172 kJ·ml-1;CH4裂解:CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g)　ΔH2=+75 kJ·ml-1。③合成气CO和H2可用于合成甲醇,能说明反应CO(g)+2H2(g) ⇌ CH3OH(g)一定达平衡状态的是　　　　(填字母)。 A.CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率B.一定条件,CO的转化率不再变化C.在绝热恒容的容器中,平衡常数不再变化D.容器中气体的平均摩尔质量不再变化
[解析] CO的消耗速率为正反应速率,CH3OH的生成速率也为正反应速率,无法判断平衡,A错误;一定条件,CO的转化率不再变化,CO的消耗速率和生成速率相等,可以判断平衡,B正确;在绝热恒容的容器中,随着反应的进行,反应体系的温度改变,平衡常数也改变,当平衡常数不再变化,说明反应达到平衡状态,C正确;容器中气体的平均摩尔质量等于气体总质量与气体总物质的量的比值,气体总质量不变,气体总物质的量改变,所以气体平均摩尔质量改变,当不变时,反应达到平衡状态,D正确;故选择B、C、D。　　
(3)科学家使CH4和CO2发生重整反应:CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·ml-1,生成合成气CO和H2,以实现CO2的循环利用。该反应中,如何减少积碳,是研究的热点之一。某条件下,发生主反应的同时,还发生了积碳反应。CO歧化:2CO(g) ⇌ CO2(g)+C(s)　ΔH1=-172 kJ·ml-1;CH4裂解:CH4(g) ⇌ C(s)+2H2(g)　ΔH2=+75 kJ·ml-1。④向100 kPa的恒压密闭容器中通入4 kml的CH4和3.8 kml的CO2,在800 ℃下只发生主反应和CO歧化反应,一段时间后达到平衡,测得CO2的体积分数为25%,则CO歧化反应的Kp= 　　　 　(保留两位有效数字)。 
探究点一 浓度平衡常数的计算
2.在1 L的恒容密闭容器中发生反应:CH4(g)+CO2(g) ⇌2CO(g)+2H2(g)　ΔH,若起始时充入0.4 ml CH4和0.4 ml CO2,测得CH4的平衡转化率与温度的关系如图中曲线a所示。下列说法一定正确的是 (　 )A.ΔH<0B.延长M点的反应时间,可以提高CH4的平衡转化率C.T1 ℃,起始时若向该容器中充入等物质的量的CH4、CO2、CO和H2,则此时反应向正反应方向进行D.曲线b可表示向该容器中充入0.5 ml CH4和0.5 ml CO2,CH4的平衡转化率与温度的关系
[解析]横坐标为温度,温度升高,甲烷平衡转化率增大,说明温度升高, 平衡向消耗甲烷的方向移动,所以正反应为吸热反应,ΔH>0,A错误;M点为平衡状态点,条件不变,延长反应时间,平衡不发生移动,甲烷的转化率不变,B错误;容积为1 L,T1 ℃时:　　　　　　　 CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)起始/(ml·L-1)0.40.400变化/(ml·L-1)0.240.240.480.48平衡/(ml·L-1)0.160.160.480.48,
3.一定温度下,发生反应2A(g)⇌ B(g)+D(g),密闭容器中达到平衡时,测得c(A)=0.11 ml·L-1,c(B)=0.11 ml·L-1,c(D)=1.54 ml·L-1。相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是( 　)
4油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。已知其热分解反应为2H2S(g) =S2(g)+2H2(g)。在1470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为　　　　,平衡常数Kp=　　　　kPa。 
探究点二 压强平衡常数的计算
5. C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。在500 ℃下合成甲醇的反应原理为CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)。在1 L 的密闭容器中,充入1 ml CO2和3 ml H2,压强为p0,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数) (1)反应进行到4 min 时,v正　　　(填“>”“<”或“=”)v逆。0~4 min,H2的平均反应速率v(H2)=　　　　ml·L-1·min-1。
6. C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题,科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的不利影响。在500 ℃下合成甲醇的反应原理为CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)。在1 L 的密闭容器中,充入1 ml CO2和3 ml H2,压强为p0,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。(可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压Kp代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数) (2)CO2平衡时的体积分数为　　　　,该温度下Kp为　　　　(用含有p0的式子表示)。
7.随着人们的物质生活水平的不断提高和工业化快速发展,环境污染也日益加重,空气中有毒气体主要包括SO2、CO、NOx、烃类等。在20 L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,发生反应: CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g)　ΔH。测得CO的平衡转化率随温度及不同压强的变化如图所示,p2和195 ℃时n(H2)随时间的变化结果如表所示。(1)0~2 min内,平均反应速率v(CH3OH)=　 (数值用小数形式表示)。