第40讲 化学平衡常数的综合计算(能力课)（课件PPT）-【名师导航】2025年高考化学一轮微考点分层突破（通用版）

第40讲　化学平衡常数的综合计算 第四部分 化学反应原理 第七章 化学反应速率与化学平衡 基元反应的化学反应速率与反应物的浓度系数次幂的乘积成正比。如对于基元反应： aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)， 则v正＝k正 ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的速率常数)， v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的速率常数)。 1.速率方程 2.速率常数含义 速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为 1 mol·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。速率常数不随反应物浓度的变化而改变。 因此可以利用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。 注意：速率方程是通过实验确定的，不能由任意的化学方程式得出速率方程。 知识点1　速率常数与化学平衡常数的关系 速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。 3.速率常数的影响因素 4.速率常数与化学平衡常数之间的关系 一定温度下， 可逆反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v正＝k正 ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，由于平衡时 v正＝v逆，则k正ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)，所以 ＝K。 知识点1　速率常数与化学平衡常数的关系 典型例题 2 15 0.45 知识点1　速率常数与化学平衡常数的关系 ①反应物的转化率 = ②生成物的产率 = 指根据反应方程式计算的产量 ③平衡时混合物组分的百分含量 = →平衡量可以是物质的量、气体的体积 ④某气体组分的体积分数 = 计算的四个常用公式 即“物质的量分数” 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 化学平衡计算题的“万能钥匙”——三段式法 (1)思维模型： 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 （2）计算模型 可按下列模式进行计算：如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始（mol·L－1） a　 　b　 　 0　 　 0 变化（mol·L－1） mx　 　nx　 　px　 　 qx 平衡（mol·L－1）a－mx　b－nx　 px　 　 qx 常见计算： ①平衡常数：K＝ ②A的平衡转化率： α(A)平＝ ③A的物质的量分数： w(A)＝ 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 ①注意反应物和生成物的浓度关系。反应物： c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。 ②起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。 注意事项： 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 1.（2024·天津南开一模节选）氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，以下是几种制取氢气的方法。 典型例题 水煤气变换制氢： 在容积不变的密闭容器中，将2.0molCO与8.0molH2O混合加热到830℃发生上述反应，达到平衡时CO的转化率是80%。该反应的平衡常数K= 。 1 解析：达到平衡时CO的转化率是80% 设容器体积为VL，该反应的平衡常数 归 纳：基本步骤 确定“起、转、平”三个量； 依据题干中条件建立等式关系进行解答。 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 2.（K的应用）研究发现，液态苯是优质储氢材料：C6H6(l)＋3H2(g) C6H12(l)。一定温度下，在密闭容器中充入一定量液态苯(足量)和适量氢气，经反应达到平衡后，测得c(H2)＝2 mol/L。保持温度不变，将体积压缩至原来的一半，达到新平衡时c(H2)为（ ） A.1 mol·L－1 B.2 mol·L－1 C.3 mol·L－1 D.4 mol·L－1 解析: B 思维要点：温度不变，K不变 知识点2　化学平衡常数的计算模型及应用 基础回忆——Kp 知识点3　压强平衡常数的计算 计算方法与步骤 知识点3　压强平衡常数的计算 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·mol-1 2NO2(g) ⇌ N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·mol-1 25 ℃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)。 典型例题 13.4 （类型一：恒温恒容）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: 知识点3　压强平衡常数的计算 解题模型的建立 思路引导 分析步骤 　1.明确气体物质的量与分压的关系 应用阿伏伽德罗定律的推论,在恒温恒容的容器里, 气体的物质的量之比等于它们的　　之比  　2.结合表格数据分析t=0、t=∞时反应的总压强变化 t=0时,p(N2O5)=　　　　kPa,t=∞时,N2O5(g)完全分解,p(总)为　　　kPa,这时p(O2)=35.8 kPa×0.5=17.9 kPa,假设N2O5完全分解为N2O4和O2,则p初(N2O4)=　  kPa 压强 35.8 63.1 35.8 注意:非恒压体系可能要计算平衡时的总压强 知识点3　压强平衡常数的计算 思路引导 分析步骤 　3.利用三段式分析得到各气体的平衡分压 　设25 ℃达到化学平衡时N2O4的压强减小x 　　　N2O4(g) ⇌ 2NO2(g) 起始　35.8 kPa　　　0 转化　　x　　　　 　2x 平衡　35.8 kPa-x 　 2x 由题意可知35.8 kPa-x+2x+17.9 kPa=63.1 kPa, 解得x=9.4 kPa,p平(N2O4)= 　 　kPa,p平(NO2)=　　kPa  　4.求Kp 　代入平衡常数表达式即可求出Kp≈　　　kPa  26.4 18.8 13.4 知识点3　压强平衡常数的计算 典型例题 （类型二：恒温恒压）一定温度和催化剂条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)= 。 p(N2)= p0 0.5 3 平衡时 p(H2)= p0 1.5 3 p(NH3)= p0 1 3 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 1 3 0 转化 0.5 1.5 1 平衡 0.5 1.5 1 解析: 起始   代入公式计算 = 答案： 知识点3　压强平衡常数的计算 在很多反应体系中，经常有一种或几种物质同时参与几个不同的化学反应。在一定条件下，这些反应都达到化学平衡，这种现象称为同时平衡或多重平衡，这种体系叫多重平衡体系。 多重平衡体系 1. 连续反应 连续平衡是指有关的两个可逆反应有着关联，第一个反应的某一生成物，是第二个反应的反应物。解题时要注意如果该物质是第一个反应的生成物，第二个反应的反应物；则在第一个反应中，该物质的初始量为0，它的平衡量则为第二个反应中该物质的初始量(在计算第二个反应的转化率尤为重要)。 2. 竞争反应(平行反应) 平行反应是指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应，得出不同的产物。其中反应较快或产物在混合物中所占比率较高的称为主反应，其余称为副反应。解题时要注意如果一个物质是两个平行反应的反应物，则题目中所给初始量则是该物质在这两个反应中的初始量之和。 多重平衡体系的类型 知识点4 多平衡体系平衡常数的计算 体系1:PH4I(S)⇌PH3(g)+HI(g) 体系2:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) 4PH3(g)⇌P4(g)+6H2(g) CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) 2HI(g)⇌H2(g)+I2(g) CO(g)+H2(g)⇌CH3OH(g) 连续反应 竞争反应 关键：弄清楚体系中自投料始至平衡各物质的来源、去向 注意:多重平衡体系中有关平衡常数的计算，各组分的平衡量是指整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量。 实例 知识点4 多平衡体系平衡常数的计算 （2024·四川雅安模拟）PH4I是一种重要的化工品，一定温度下发生分解反应： ① ② ③ 一定温度下，向一体积为1L的恒容密闭容器中充入足量PH4I(s)，达到平衡时测得生成1molPH3(g)和0.4molH2，则 的平衡常数K= 。 4 典型例题 知识点4 多平衡体系平衡常数的计算 解析：设方程①②③变化量为x、2y、2z，列三段式为 则平衡时c（H2 ）=c（I2）=y+z=0.4mol，c（PH3）=x+2z=1mol，c(HI)=x-2y ，联立得c(HI)=x-2y=0.2mol，则 的平衡常数K= 4。 知识点4 多平衡体系平衡常数的计算 分设变量法 方法技巧 知识点4 多平衡体系平衡常数的计算 （2024·内蒙古赤峰一模节选）利用CO在催化剂条件下还原 典型例题 向容积均为2L的甲（温度为）、乙（温度为T2）两个恒容密闭容器中分别充入2molNO2(g)和3molCO(g)。反应过程中两容器内CO2的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。 (1)由图像可得：甲容器中，NO2的平衡转化率为 ；T1 T2（填“>”或“<”）； 0（填“>”或 “<”），判断的依据是 。 (2)T2温度时，该反应的平衡常数Kx= 。 [对于反应 ， ， 为物质的量分数] 30% ＞ ＜ 温度升高，CO2浓度减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应。 36 知识点5　其他物理量表示的平衡常数 解析：（1）甲容器中，CO2的平衡浓度为0.6mol/L NO2的平衡转化率为 ，根据“先拐先平”，T1>T2；升高温度，二氧化碳浓度降低，可知平衡逆向移动，正反应为放热反应，所以 ＜0。 （2）T2温度时，CO2的平衡浓度为1mol/L 该反应的平衡常数 知识点5　其他物理量表示的平衡常数 三段式 连续反应 竞争反应 课堂总结 1.（2024·江西新余一模节选）绿色能源是当今重要的研究热点，2022年3月12日，中科院大连化物所的CO2制汽油科研项目成功了，这是一项重大成功，直接影响的是国计民生。寻找新的能源成为了科学研究的热点。 CO2甲烷化反应为： ，该反应又称Sabatier反应。在体积为2L的恒温密闭容器中，投入1molCO2、4molH2进行上述反应，达到平衡后，若CO2的转化率为20％，则该反应的平衡常数为K= (mol/L)-2（写计算式）。 解析：由题给数据可建立如下三段式： 由三段式数据可知，反应的平衡常数K= 当堂检测 2.（2024·云南曲靖一模节选）氮的氧化物是大气主要污染物，研究含氮物质间的转化是环境科学的重要课题。 已知 的反应历程分两步： I. (快平衡) Ⅱ. (慢反应) （1）决定NO氧化反应速率的步骤是 (填“I”或“Ⅱ”)。用O2表示的速率方程为 ， 用NO2表示的速率方程为 ， 与 分别表示速率常数(与温度有关)，则 与 的关系为 。 II 当堂检测 (2)将0.2molNO(g)、0.1molO2(g)和0.2molHe(g)通入反应器，在温度T、压强pkPa条件下进行反应 和 (g)。tmin时达到化学平衡，NO的转化率为60%，且O2与N2O4的物质的量相等，则v(O2)= mol·min-1。该温度时，反应 的平衡常数Kp= kPa-1(分压=总压×物质的量分数)。 当堂检测 解析：（1）总反应的速率是由慢反应的速率决定的，即决定NO氧化反应速率的步骤为Ⅱ；O2表示的速率方程为 ；用NO2表示的速率方程为 ， 。 （2）由题意得： O2与N2O4的物质的量相等 则 mol·min-1 反应器中物质总物质的量为：0.04mol+0.04mol+0.04mol+0.08mol+0.2mol=0.4mol，反应 的平衡常数 当堂检测 3.（2024·广东江门一模）二氧化碳加氢是对温室气体的有效转化，也是合成再生能源与化工原料的重要途径。一定条件下CO2可与H2反应制备甲酸。T℃时，将1molCO2与1molH2混合气体充入体积为1L恒容密闭容器发生反应： 。已知反应速率： ， 、 分别为正、逆反应的速率常数；平衡常数： ，当CO2的转化率为20%时， （写出计算过程）。 解析：当CO2转化率为20%时： 此时c(CO2)=c(H2)=0.8mol/L，c(HCOOH)=0.2mol/L，当反应达到平衡时，v(正)=v(逆)，即 = 所以 =K=2。 =6.4。 当堂检测 ×100% ×100% ×100% ×100%＝×100% K＝，温度不变，K不变，则c(H2)不变，故c(H2)＝2 mol·L－1。 $$