高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí)：速率常數(shù)、平衡常數(shù)的分析應(yīng)用

速率常數(shù)、平衡常數(shù)的分析應(yīng)用復(fù)習(xí)目標(biāo)1.了解速率常數(shù)、平衡常數(shù)的關(guān)系。2.掌握化學(xué)平衡常數(shù)的計算。1.化學(xué)平衡常數(shù)(1)意義：化學(xué)平衡常數(shù)K表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，K越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。K＞105時，可以認(rèn)為該反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行完全。K的大小只與溫度有關(guān)。(2)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：對于可逆化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡時，K＝

。另可用壓強(qiáng)平衡常數(shù)表示：Kp＝

[p(C)為平衡時氣體C的分壓]。(3)依據(jù)化學(xué)方程式計算平衡常數(shù)①同一可逆反應(yīng)中，K正·K逆＝1。②同一方程式中的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小n倍，則新平衡常數(shù)K′與原平衡常數(shù)K間的關(guān)系是K′＝Kn或K′＝③幾個可逆反應(yīng)方程式相加，得總方程式，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。3.常用的氣體定律同溫同體積：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)4.速率常數(shù)與化學(xué)平衡常數(shù)關(guān)系的應(yīng)用溫度為T1，在三個容積均為1L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)

CO(g)＋3H2(g)

ΔH＝＋206.3kJ·mol－1，該反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正c(CH4)·c(H2O)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆c(CO)·c3(H2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。已知T1時，k正＝k逆，則該溫度下，平衡常數(shù)K1＝____；當(dāng)溫度改變?yōu)門2時，若k正＝1.5k逆，則T2____(填“>”“＝”或“<”)T1。1>解題步驟及過程：步驟1帶入特殊值平衡時v正＝v逆，即k正c(CH4)·c(H2O)＝k逆c(CO)·c3(H2)；步驟2適當(dāng)變式求平衡常數(shù)步驟3求其他k正＝1.5k逆，K2＝1.5；1.5>1，平衡正向移動，升高溫度平衡向吸熱方向移動；則T2>T1。1.[2022·全國乙卷，28(3)(4)]油氣開采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有硫化氫，需要回收處理并加以利用?；卮鹣铝袉栴}：(3)在1470K、100kPa反應(yīng)條件下，將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合氣進(jìn)行H2S熱分解反應(yīng)。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等，H2S平衡轉(zhuǎn)化率為______，平衡常數(shù)Kp＝______kPa。50%

4.76假設(shè)在該條件下，硫化氫和氬起始投料的物質(zhì)的量分別為1mol和4mol，平衡時轉(zhuǎn)化的n(H2S)＝xmol，根據(jù)三段式可知：2H2S(g)

S2(g)＋2H2(g)始/mol

1

0

0變/mol

x

0.5x

x平/mol

1－x

0.5x

x平衡時H2S和H2的分壓相等，則二者的物質(zhì)的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，(4)在1373K、100kPa反應(yīng)條件下，對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣，熱分解反應(yīng)過程中H2S轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖所示。①n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S平衡轉(zhuǎn)化率_________，理由是___________________________________________________________________________。越高n(H2S)∶n(Ar)越小，H2S的分壓越小，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，H2S的平衡轉(zhuǎn)化率越高②n(H2S)∶n(Ar)＝1∶9對應(yīng)圖中曲線______，計算其在0～0.1s之間，H2S分壓的平均變化率為_______kPa·s－1。d24.92.[2020·全國卷Ⅰ，28(2)(3)(4)]硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品，接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：SO3(g)

ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列問題：(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強(qiáng)下，SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖1所示。反應(yīng)在5.0MPa、550℃時的α＝_______，判斷的依據(jù)是_______________________________________________________________________________。影響α的因素有__________________________________________。0.975

該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)，α提高，5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng)

反應(yīng)物(N2和O2)的起始(3)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強(qiáng)為_________，平衡常數(shù)Kp＝____________________(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為：式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率，α′為某時刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α′＝0.90時，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖2所示。曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。t<tm時，v逐漸提高；t>tm后，v逐漸下降。原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________。k增大使v逐漸提高，但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t＜tm，k增大對v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對v的提高小于α引起的降低升高溫度，3.[2020·全國卷Ⅱ，28(1)]乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)

ΔH1，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286①ΔH1＝______kJ·mol－1。＋137②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有__________、_____________________。升高溫度

減小壓強(qiáng)(或增大體積)物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－286③容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓下(p)發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－1560－1411－2864.(2020·全國卷Ⅲ，28)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?；卮鹣铝袉栴}：(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝______。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，若增大壓強(qiáng)，則n(C2H4)_______(填“變大”“變小”或“不變”)。1∶4變大(2)理論計算表明，原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在體系壓強(qiáng)為0.1MPa，反應(yīng)達(dá)到平衡時，四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。圖中，表示C2H4、CO2變化的曲線分別是_____、_____。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH_____0(填“大于”或“小于”)。d

c小于(3)根據(jù)圖中點(diǎn)A(440,0.39)，計算該溫度時反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝_________(MPa)－3(列出計算式。以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強(qiáng)條件下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯選擇性，應(yīng)當(dāng)_________________。選擇合適催化劑等5.[2019·全國卷Ⅰ，28(1)(2)(4)]水煤氣變換[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH<0]是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中。回答下列問題：(1)Shibata曾做過下列實(shí)驗：①使純H2緩慢地通過處于721℃下的過量氧化鈷CoO(s)，氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s)，平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0250。②在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.0192。根據(jù)上述實(shí)驗結(jié)果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO______H2(填“大于”或“小于”)。大于(2)721℃時，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng)，則平衡時體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為____(填標(biāo)號)。A.<0.25

B.0.25

C.0.25～0.50

D.0.50

E.>0.50C(4)Shoichi研究了467℃、489℃時水煤氣變換中CO和H2分壓隨時間變化關(guān)系(如圖所示)，催化劑為氧化鐵，實(shí)驗初始時體系中的

和pCO相等、

和

相等。計算曲線a的反應(yīng)在30～90min內(nèi)的平均速率(a)＝________kPa·min－1。467℃時

和pCO隨時間變化關(guān)系的曲線分別是______、_____。489℃時

和pCO隨時間變化關(guān)系的曲線分別是______、_____。0.0047bca

d6.[2019·全國卷Ⅱ，27(2)(3)改編]環(huán)戊二烯(

)是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生產(chǎn)?；卮鹣铝袉栴}：(2)某溫度，等物質(zhì)的量的碘和環(huán)戊烯()在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)[(g)＋I(xiàn)2(g)===

(g)＋2HI(g)

ΔH＝＋89.3kJ·mol－1]，起始總壓為105Pa，平衡時總壓增加了20%，環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝__________Pa。達(dá)到平衡后，欲增加環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有______(填標(biāo)號)。A.通入惰性氣體

B.提高溫度C.增加環(huán)戊烯濃度

D.增加碘濃度40%3.56×104BD(3)環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是______(填標(biāo)號)。A.T1>T2B.a點(diǎn)的反應(yīng)速率小于c點(diǎn)的反應(yīng)速率C.a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率D.b點(diǎn)時二聚體的濃度為0.45mol·L－1CD連續(xù)反應(yīng)、競爭反應(yīng)平衡常數(shù)的計算1.加熱N2O5依次發(fā)生的分解反應(yīng)為①N2O5(g)

N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)

N2O(g)＋O2(g)。在容積為2L的密閉容器中充入8molN2O5，加熱到t

℃，達(dá)到平衡狀態(tài)后O2為9mol，N2O3為3.4mol。則t

℃時反應(yīng)①的平衡常數(shù)為A.10.7 B.8.5C.9.6 D.10.2√分壓常數(shù)的計算2.CO2和CH4在一定條件下反應(yīng)可制得合成氣。在1.0L密閉容器中充入1.0molCH4和1.0molCO2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)＋CO2(g)

2CO(g)＋2H2(g)，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。(1)比較壓強(qiáng)大小：p1_____(填“＞”“＜”或“＝”)p3。＜(2)若要提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有_____________________________________________________________________________(寫出兩條即可)。充入二氧化碳?xì)怏w、及時分離出部分CO或者部分H2(任寫兩條)升高溫度、降低壓強(qiáng)、(3)若p4＝2.0MPa，則x點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp＝__________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))?；瘜W(xué)平衡常數(shù)與數(shù)學(xué)對數(shù)的結(jié)合3.乙苯脫氫反應(yīng)為

(g)

(g)＋H2(g)

ΔH＞0。其速率方程式為v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯·p氫氣(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))，圖中③