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1、题型专攻(六)化学反应速率、化学平衡的综合计算1化学平衡常数(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K。另可用压强平衡常数表示：Kpp(C)为平衡时气体C的分压。(3)依据化学方程式计算平衡常数同一可逆反应中，K正K逆1。同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K与原平衡常数K间的关系是KKn或K。几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之
2、积。2转化率、产率及分压的计算反应物转化率100%产物的产率100%分压总压物质的量分数3常用的气体定律同温同体积：p(前)p(后)n(前)n(后)同温同压强：12021全国甲卷，28(2)改编二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO23H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49 kJmol1合成总反应在起始物3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t250 下的x(CH3OH)p、在p5105 Pa下的x(CH3OH)t如图所示。用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp_；图中对应等压过程的曲
3、线是_，判断的理由是_；当x(CH3OH)0.10时，CO2的平衡转化率_，反应条件可能为_或_。答案b总反应HT，即|lg Kp1(T)lg Kp1(T)|lg Kp1(T)lg Kp1(T)，则lgKp2(T)Kp1(T)lgKp2(T)Kp1(T)，即K(T)K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即H大于0(4)0.5解析(1)红棕色液体，推测为溴单质，因此错过发现的元素是溴或Br。(2)由题意可知，376.8 时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)Pt(s)2Cl2(g)、Cl2(g)I2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)BaCl2(s)Pt(s)2Cl
4、2(g)的平衡常数Kp1.0104 Pa2，则平衡时1.0104 Pa2，100 Pa，设达到平衡时I2(g)的分压减小p kPa，则Cl2(g)I2(g)2ICl(g)开始/kPa20.00变化/kPap 2p平衡/kPa 0.1 20.0p 2p3768 平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.120.0p32.5，解得p12.4，则平衡时pICl2p kPa212.4 kPa24.8 kPa，(20.0p)kPa(2010312.4103)Pa，因此反应2ICl(g)=Cl2(g)I2(g)的平衡常数K。(3)结合图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温
5、度平衡2NOCl(g)2NO(g)Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的H大于0。.2NO(g)2ICl(g)2NOCl(g)I2(g)Kp1.2NOCl(g)2NO(g)Cl2(g)Kp2得2ICl(g)=Cl2(g)I2(g)，则2ICl(g)=Cl2(g)I2(g)的KKp1Kp2；该反应的H大于0，推理过程详见答案。(4).NOClhNOCl*.NOClNOCl*2NOCl2得总反应为2NOClh2NOCl2，因此2 mol NOCl分解需要吸收1 mol光子能量，则分解1 mol的NOCl需要吸收0.5 mol光子。32020全国卷，28(2)(3)(4)硫酸是一种
6、重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)O2(g)SO3(g)H98 kJmol1。回答下列问题：(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 时的_，判断的依据是_。影响的因素有_。(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为，则SO3压强为_，平衡常数Kp
7、_(以分压表示，分压总压物质的量分数)。(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：vk(1)0.8(1n)。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；为SO2平衡转化率，为某时刻SO2转化率，n为常数。在0.90时，将一系列温度下的k、值代入上述速率方程，得到vt曲线，如图(c)所示。曲线上v最大值所对应温度称为该下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_。答案(2)0.975该反应气体分子数减少，增大压强，提高。5.0 MPa2.5 MPap2，所以p15.0 MPa反应物(SO2、N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强(3)(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但降低
8、使v逐渐下降。当ttm，k增大对v的提高大于降低引起的降低；当ttm，k增大对v的提高小于降低引起的降低解析(2)反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p15.0 MPa，p30.5 MPa。由图可知，反应在5.0 MPa、550 时SO2的平衡转化率0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率，温度一定时，压强越大，越大；压强一定时，温度越高，越小。(3)假设原气体的物质的量为100 mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol，m mol和
9、q mol,2mmq100，利用“三段式法”计算： SO2(g) O2(g)SO3(g)起始量/mol 2m m 0转化量/mol 2m m 2m平衡量/mol 2m(1) m(1) 2m平衡时混合气体的总物质的量为2m(1) molm(1) mol2m molq mol(3mmq) mol，SO3的物质的量分数为100%100%，则平衡时SO3的压强为p。平衡时，SO2、O2的压强分别为p、p，则平衡常数Kp。(4)在0.90时，SO2催化氧化的反应速率为vk(1)0.8(10.90n)。升高温度，k增大使v逐渐提高，但降低使v逐渐下降。ttm时，k增大对v的提高大于降低引起的降低；ttm后
10、，k增大对v的提高小于降低引起的降低。42020全国卷，28(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)=C2H4(g)H2(g)H1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热H/(kJmol1)1 5601 411286H1_ kJmol1。提高该反应平衡转化率的方法有_、_。容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为。反应的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。答案137升高温度减小压强(或增大体积)解析先写出三种气体的燃烧热的热化学方程式，然后根据盖斯定律，H11 560 k
11、Jmol1(1 411 kJmol1)(286 kJmol1)137 kJmol1。C2H6(g)=C2H4(g)H2(g)H1137 kJmol1是一个气体分子数增大的吸热反应，要提高反应物的转化率，可以采取升高温度、减小压强(增大体积)等措施。设容器中通入的乙烷和氢气均为1 mol，则： C2H6(g)=C2H4(g)H2(g)n(总)初始量/mol 1 0 1转化量/mol 平衡量/mol 1 1 2Kp。5(2020全国卷，28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)n(H2O)_
12、。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)_(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)n(H2)13，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是_、_。CO2催化加氢合成C2H4反应的H_0(填“大于”或“小于”)。(3)根据图中点A(440 K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp_(MPa)3(列出计算式。以分压表示，分压总压物质的量分数)。(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下
13、，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_。答案(1)14变大(2)dc小于(3)(其他合理计算式也可)(4)选择合适催化剂等解析(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的化学方程式为2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)n(H2O)14；该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。(2)由平衡图像知，390 K时四种组分的物质的量分数之比满足13的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足14的是d曲线和b曲线，结合反应化学方程式2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)和原始投料n(CO2)n(H2)13可得，曲线c表示
14、CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，H0。(3)起始投料比n(CO2)n(H2)13，平衡时总压为0.1 MPa，结合反应方程式可知p(CO2)p(H2)13，p(C2H4)p(H2O)14，由图像可知p(H2)p(H2O)0.1 0.39 MPa，所以p(CO2)0.39 MPa，p(C2H4)0.39 MPa。根据反应的化学方程式2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)平衡时压强/MPa 0.10.39 0.10.39该温度下的平衡常数Kp(MPa)3(MP
15、a)3。(4)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。6(2021山东，20)2甲氧基2甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：反应：反应：反应：回答下列问题：(1)反应、以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B中相对稳定的是_(用系统命名法命名)；的数值范围是_(填标号)。A1(2)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为。已知反应的平衡常数Kx39.0，
16、则平衡体系中B的物质的量为_mol，反应的平衡常数Kx1_。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应的化学平衡将_(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)c(CH3OH)_。(3)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为_(填“X”或“Y”)；t100 s时，反应的正反应速率v正_逆反应速率v逆(填“”“”或“”)。答案(1)2甲基2丁烯D(2)0.9逆向移动110(3)X解析(1)由平衡常数Kx与温
17、度T变化关系曲线可知，反应、的平衡常数的自然对数随温度升高(要注意横坐标为温度的倒数)而减小，说明3个反应均为放热反应，即H10、H20、H30，因此，B的总能量低于A的总能量，能量越低越稳定，A和B中相对稳定的是B，其用系统命名法命名为2甲基2丁烯；由盖斯定律可知，则H1H2H30，因此H1H2，由于放热反应的H越小，其绝对值越大，则的数值范围是大于1。(2)向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为，则平衡时n(TAME)(1) mol，n(A)n(B)n(CH3OH) mol。已知反应的平衡常数Kx39.0，则9.0，将该式代入上式可以求
18、出平衡体系n(B)0.9 mol，n(A)0.1 mol，反应的平衡常数Kx1；同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应的化学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不变，A与CH3OH物质的量浓度之比不变，c(A)c(CH3OH)0.1110。(3)温度为353 K，反应的平衡常数Kx39.0，9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化曲线可知，X代表的平衡浓度高于Y，则代表B的变化曲线为X；由曲线的变化趋势可知，100 s以后各组分的浓度仍在变化，t100 s时，10.29.0，因此，反应正在向逆反应方向移动，故其正反应速率
19、v正小于逆反应速率v逆。1在气体总压强分别为p1和p2时，反应2SO3(g)2SO2(g)O2(g)在不同温度下达到平衡，测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图所示：(1)压强：p1_(填“”或“”)p2。(2)若p10.81 MPa，起始时充入一定量的SO3(g)发生反应，计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp_MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算。分压总压物质的量分数)。答案(1)(2)0.06解析(1)当温度相同时，增大压强，平衡逆向进行，SO3含量升高，所以根据图像可知压强p1p2。(2)设充入SO3的量为1 mol，则依据三段式可知：2SO3(g)2SO2(g)O2(g)始/
20、mol 1 0 0变/mol 2x 2x x平/mol 12x 2x x因此0.5，解得x0.2，所以该反应的平衡常数Kp MPa0.06 MPa。2在容积恒为2 L的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和2 mol CO(g)，在一定温度下发生反应CH3OH(g)CO(g)HCOOCH3(g)，测得容器内的压强随时间的变化如下表所示。t/min02468101214p/kPaP00.8P00.7P00.7P00.7P0在此条件，04 min的v(CH3OH)_kPamin1，该反应的平衡常数Kp_(kPa)1(以分压表示，分压总压物质的量分数)。答案0.05P0解析在此条件，04 min的v(CH3OH)0.05P0 kPamin1；设平衡时CH3OH反应了x mol，列出三段式： CH3OH(g)CO(g)HCOOCH3(g)起始/mol 2 2 0转化/mol x x x平衡/mol 2x 2x x反应后总物质的量为(4x)mol，T、V一定时，n和p成正比，所以，解得x1.2，则反应后总物质的量为2.8 mol，CH3OH的物质的量分数为，CO的物质的量分数为，HCOOCH3的物质的量分数为，则Kp(kPa)1(kPa)1。