课件 高考化学一轮复习第八单元 化学反应速率与化学平衡 发展素养(十三)　平衡思想——化学平衡常数K、Kp的计算

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发展素养(十三)　平衡思想——化学平衡常数K、Kp的计算
探究点1　浓度平衡常数的计算探究点2　压强平衡常数的计算作业手册
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 [2023·北京朝阳区一模] 向容积恒为1 L的密闭容器中充入一定量CH3OH(g),发生反应:2CH3OH(g) ⇌ CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔHT2B.T1 ℃,该反应的平衡常数K=4C.Ⅱ中存在:c(CH3OH)+2c(CH3OCH3)=0.2 ml·L-1D.T1 ℃时,向该容器中充入物质的量均为0.2 ml的3种气体,反应将逆向进行
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。
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: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)。  
探究点一 浓度平衡常数的计算
1. 对于反应2SiHCl3(g) ⇌ SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法不正确的是(　 )A.该反应的ΔH>0B.a、b处反应速率大小关系:va大于vbC.在343 K下,要提高SiHCl3的转化率,可以及时移去产物或增加反应物浓度D.343 K时,SiHCl3的平衡转化率为22%,可以求得该温度下的平衡常数约为0.02
[解析] 曲线a代表343 K时的反应,曲线b代表323 K时的反应,由图像知,温度越高,SiHCl3的平衡转化率越大,所以该反应的ΔH>0,A正确;a、b两点的转化率相等,可以认为各物质的浓度对应相等,而a点的温度更高,所以反应速率更快,即va>vb,B正确;及时移去产物,平衡正向移动,SiHCl3的转化率增大,增加反应物浓度,平衡正向移动,但SiHCl3 的转化率不变,C错误;
2. 将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中,发生反应CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验2和实验3中CO、H2O的起始量相等,实验3达到平衡所需时间比实验2短,则实验3的反应速率快,达到平衡时实验2和实验3中n(CO2)均为0.4 ml,而升高温度,平衡则会逆向移动,平衡时n(CO2)会减小,故改变的条件可能是使用了催化剂,不可能是改变温度,D错误。
[解析] H—Cl断裂表示正反应,而H—O断裂表示逆反应,根据方程式知当1 ml H—Cl断裂的同时有1 ml H—O断裂时,正、逆反应速率相等,则反应达到了平衡状态,A正确;由题干图像知,其他条件相同时升高温度,HCl的平衡转化率减小,即升高温度平衡逆向移动,说明正反应是放热反应,即该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量,B正确;
当温度相同时,增大进料浓度比[c(HCl)∶c(O2)]的比值即增大HCl的浓度,O2的平衡转化率增大,而HCl的平衡转化率却减小,由图像信息可知,a、b、c三点中a点对应的O2平衡转化率最高,C正确;
4. 已知T1温度下在容积为10 L的密闭容器中发生可逆反应X(g)+Y(g) ⇌ 2Z(g)+2W(s)　ΔH,起始时充入15 ml X与15 ml Y,10 min时反应达到平衡状态,测得平均速率v(Z)=0.12 ml·L-1·min-1。下列有关说法正确的是(　 )A.T1温度下该反应的平衡常数为2.56B.平衡时再充入一定量的X,平衡正向移动,X的转化率增大C.若T2>T1,T2时K=1.52,则该反应的ΔH>0D.若其他条件不变,T3温度下,K=1.96,则Y的平衡转化率约为41%
[解析] a点,NO2的转化率为40%,则a点反应三段式为　　　　2C(s)+2NO2(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)起始/ml　　　　　1　　　　　0　　 　0转化/ml　　　 　0.4　　　　0.2　　　0.4a点/ml　　　 　0.6　　　　0.2　　　0.4b点,NO的转化率为80%,则b点反应三段式为　　　　2C(s)+2NO2(g) ⇌ N2(g)+2CO2(g)起始/ml　　　　　1　　　　　0　　 　0转化/ml　　 　　0.8　　　　0.4　　　0.8b点/ml　　 　　0.2　　　　0.4　　　0.8
根据a点反应三段式、b点反应三段式和pV=nRT知,paV1=1.2RT,pbV2=1.4RT,由于V2>V1,故容器内的压强:pa∶pb>6∶7,A正确;相同时间内,b点比a点反应慢,但转化率达到80%,c点比a点反应更慢,转化率也是40%,说明a点为平衡点,c点为未平衡点,即图中c点所示条件下,v正>v逆,B错误;向a点平衡体系中充入一定量的NO2,相当于增大压强,平衡向左移动,达到平衡时,NO2的转化率比原平衡小,C错误;
探究点二 压强平衡常数的计算
[解析] 由题图知,m点时CO2还未达到平衡转化率,故反应正向进行,v正>v逆,A正确;过程Ⅰ较过程Ⅱ先达到平衡状态,说明反应速率快,则活化能:过程Ⅱ>过程Ⅰ,B正确;n点时CO2的平衡转化率为80%,列三段式:　　　　　CO2(g)+3H2(g) ⇌ H2O(g)+CH3OH(g)起始/ml　　1　 　　2.8　　　　　0　　　　0转化/ml 　0.8 　　2.4　　 　　0.8　 　　0.8平衡/ml 　0.2 　　0.4　　 　　0.8　 　　0.8
[解析] 该反应为气体分子总数减小的反应,故压强越大,平衡正向进行的程度越大,CH3OH(g)的平衡体积分数越高,即p1>p2,A正确;温度升高,CH3OH(g)的平衡体积分数减小,说明该反应为放热反应,ΔH”“v逆(B)。
[解析] (3)①结合已知条件,可知反应相同时间,CO2初始分压越大,反应速率越快,α(CO2)越大,故p0-(a)>p0-(c)>p0-(b)。
p0-(a)>p0-(c)>p0-(b)
则在1 MPa时,表示CH4和CO的平衡体积分数随温度变化关系的曲线依次是　　　　(填“a”“b”“c”或“d”,下同)和　　　　;在T ℃、一定压强下,反应在M点达到化学平衡,平衡时CH4的分压p(CH4)=　　　　　MPa,反应Ⅲ的压强平衡常数Kp=　　　　。 
[解析] ②反应Ⅱ为放热反应,反应Ⅲ为吸热反应,根据已知条件知,a、b表示甲烷的平衡体积分数随温度的变化关系,c、d表示CO的平衡体积分数随温度的变化关系;反应Ⅱ的正向反应为气体分子数减小的反应,反应Ⅲ为反应前后气体分子数不变的反应,加压,反应Ⅱ的平衡正向移动,可推出在1 MPa时,表示CH4和CO的平衡体积分数随温度变化关系的曲线依次是b、c。设CO2和H2初始物质的量分别为1 ml和3 ml,生成的CH4和CO的物质的量均为x ml,列出三段式:　　　　　　CO2(g)+4H2(g) ⇌ CH4(g)+2H2O(g)起始量/ml　　1　　　　3　　 0　 　0变化量/ml　　x　 　　4x　　　 x　　 2x平衡量/ml　1-2x　　3-5x　　　 x　　 3x