2025届高三化学一轮复习 化学平衡常数及其计算 课件

高三一轮复习·化学反应原理 化学平衡常数及其计算 一、化学平衡常数的概念 1.化学平衡常数：在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。  2.表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度下达到平衡时: 浓度平衡常数Kc=　　　　　　　； 压强平衡常数Kp= 　　　　　　。 (固体和纯液体的浓度视为常数，不用注明)  　 　 各气体物质的分压：p（某气体的分压）＝p（气体总压强）×该气体的体积分数（或物质的量分数） 结论：恒温气体反应体系中，气体的分压与浓度成正比，可以用平衡分压代替平衡浓度计算。 ①可逆反应2Cr＋2H＋Cr2＋H2O的平衡常数表达式为 K＝ 　 　⁠。  ②可逆反应2NH3（g）＋NO（g）＋NO2（g）2N2（g）＋3H2O（g）　 ΔH，则该反应的化学平衡常数表达式K＝ 　 　　⁠。  该反应的平衡常数K随温度T的升高而减小，则该反应的ΔH 　＜　⁠0（填“＞”“＜”或“＝”）。  ＜ 练一练 ❀化学平衡常数表达式 Ⅰ. 2NO2(g) ＋ NaCl(s)NaNO3(s) ＋ ClNO(g) ΔH1＜0（平衡常数为K1） Ⅱ. 2NO(g) ＋ Cl2(g) 2ClNO(g) ΔH2＜0（平衡常数为K2） Ⅲ. 4NO2(g) ＋ 2NaCl(s) 2NaNO3(s) ＋ 2NO(g) ＋ Cl2(g)　 ΔH3（平衡常数为K3） 反应Ⅲ中K3＝ 　　⁠（用K1、K2表示），ΔH3＝ 　2ΔH1－ΔH2　⁠（用ΔH1、ΔH2表示）。  　 2ΔH1－ΔH2 练一练 ❀K、△H的计算法则 【2015年新课标II】甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气（主要成分为 CO、CO2 和 H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下： ①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) △H1=-99kJ/mol （2）图 1 中能正确反映反应①平衡常数 K 随温度变化关系的曲线为 （填曲 线标记字母），其判断理由是 。 a 反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。 练一练 ❀K的影响因素，只与温度有关 温度变化 可逆反应的ΔH K的变化 温度变化 可逆反应的ΔH K的变化 升温 吸热反应 ΔH＞0 增大 升温 放热反应 ΔH＜0 减小 降温 减小 降温 增大 【2015年广东卷】用 O2 将 HCl 转化为 Cl2，可提高效益，减少污染。 （2）新型 RuO2 催化剂对上述 HCl 转化为 Cl2 的总反应具有更好的催化活性。①实验测得在一定压强下，总反应的 HCl 平衡转化率随温度变化的 αHCl～T 曲线如图 2，则总反应的△H 0（填“＞”、“＝”或“＜”）；A、B 两点的平衡常数 K(A)与 K(B)中较大的是 。 ＜ K(A) 练一练 ❀K的影响因素，只与温度有关 一定温度下，体积为1L的恒容密闭容器中发生反应：CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g），达到平衡。 反应达到平衡后，再充入1.1mol H2S（g）和0.3mol H2（g），平衡 　　　　　　⁠（填“不移动”“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”）。  物质的起始浓度/（mol/L） 物质的平衡浓度/（mol/L） CO（g） H2S（g） COS（g） H2（g） COS（g） 3.0 0 7.0 7.0 1.5 不移动   Q 练一练 ❀利用Q与K判断化学平衡状态及反应的方向 由表可知平衡时c（CO）＝8.5mol/L，c（H2S）＝5.5mol/L，c（COS）＝1.5mol/L，c（H2）＝1.5mol/L，K≈0.048，再充入1.1mol H2S和0.3mol H2，浓度商Q≈0.048，Q＝K，平衡不移动。 甲胺（CH3NH2）是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，向容积为2.0L的恒容密闭容器中投入反应物，发生反应CH3OH（g）＋NH3（g）CH3NH2（g）＋H2O（g），测得有关实验数据如下： 530K时，若起始时向容器中充入0.10mol CH3OH、0.15mol NH3、0.10mol CH3NH2、0.10mol H2O，则反应将向 　　　　⁠方向进行。  温度 /K 起始物质的量/mol 平衡时物质的量/mol CH3OH（g） NH3（g） CH3NH2（g） H2O（g） CH3NH2（g） H2O（g） 530 0.40 0.40 0 0 0.30 正反应 练一练 ❀利用Q与K判断化学平衡状态及反应的方向 考题1：由表可知530K时，K＝9，改变初始加入的物质的量，浓度商Q＝＜K，反应向正反应方向进行。 练一练 在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示： T/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 (1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。 (2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。 (3)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________℃。该温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为________。 (c(CO)•c(H2O))/(c(CO2)•c(H2)) 吸热 830 50% 二、化学平衡常数的计算 　　　 mA(g)　＋　nB(g) ⇌ pC(g)＋qD(g) n起始/mol n变化/mol n平衡/mol 题目信息描述；投料比…… 转化率、反应速率…… 平衡浓度、平衡常数、物质的量分数、起始量与平衡量的比值…… 解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量。如果不清楚确定值，要进行合理的假设，按题目要求进行计算，同时注意单位的统一。 【2009年海南卷】4.在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 下列说法错误的是： A．反应达到平衡时，X的转化率为50％ B．反应可表示为X+3Y ⇌ 2Z，其平衡常数为1600 C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 练一练 C ①下列可判断反应达到平衡的是 _____(填字母)。 a.溶液的pH不再变化 b.v(I－)＝2v(AsO33－) c.c(AsO43－)/c(AsO33－)不再变化 d.c(I－)＝y mol·L－1 ac 练一练 298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO33－(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq) ⇌AsO43－(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO43－)与反应时间(t)的关系如图所示。 [2017·全国卷Ⅲ，28(4)] 练一练 298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO33－(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq) ⇌AsO43－(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO43－)与反应时间(t)的关系如图所示。 [2017·全国卷Ⅲ，28(4)] ④若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。 1. （2022·汕头一模）催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一： CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH＝－41.2 kJ/mol 在T1 ℃时，将0.10 mol CO与0.40 mol H2O充入5 L的容器中，反应平衡后H2的物质的量分数x（H2）＝0.08。 （1） CO的平衡转化率α1＝ 　40　⁠%。  （2） 反应平衡常数K＝ 　0.074或7.4×10－2　⁠（结果保留2位有效数字）。  2. 在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1123K使其发生反应：CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g）。达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应平衡常数的计算式为 Kp＝ 　 　⁠（kPa）2（用各物质的分压代替物质的量浓度计算）。  40 0.074或7.4×10－2 练一练 【解析】　（1） 设平衡时反应的CO物质的量为x mol， 　　　　　　CO（g） ＋ H2O（g）CO2（g）＋H2（g） 开始/mol　　0.10　　　0.40　　　　0　　　　　0 变化/mol　　x　　　　　x　　　　　x　　　　　x 平衡/mol　　0.10－x　　0.40－x　　x　　　　　x 反应平衡后H2物质的量分数x（H2）＝0.08，＝0.08，x＝0.04，CO的平衡转化率＝×100% ＝40%。 【解析】　（2） 反应平衡常数K＝ ＝0.074（或7.4×10－2）。 【解析】　1123K恒容时，设达到平衡时CH4的转化分压为xkPa， 　　　　　　　CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g） 起始分压/kPa 20 25 0 0 转化分压/kPa x x 2x 2x 平衡分压/kPa 20－x 25－x 2x 2x 据题意，有＝1.8，解得x＝18； Kp＝＝（kPa）2。 （1） 温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及如下反应： 反应①CH4（g） ＋ CO2（g）2CO（g）＋2H2（g） ΔH1＝ 　＋247.　⁠kJ/mol。 反应②CO2（g）＋ H2 （g）CO（g） ＋ H2O（g） ΔH2＝ ＋41.2kJ/mol 反应③CH4 （g）＋O2（g）CO（g） ＋ 2H2（g） ΔH3＝－35.6kJ/mol 已知：O 2（g）＋H2（g）H2O（g） ΔH＝－241.8kJ/mol ＋247.4 （2） 一定条件下，向体积为VL的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0mol及少量O2，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。 ①图中a和b分别代表产物 　H2　⁠和 　CO　⁠。  ②1100K时，CH4与CO2的转化率分别 为95%和90%，反应①的平衡常数 K＝ 　　⁠（写出计算式）。  H2 CO 真题演练 （2021广东适应性联考） 【解析】　（1）记反应O2（g）＋H2（g）H2O（g）为反应④，由盖斯定律：①＝②＋③－④，故ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH4＝（41.2－35.6＋241.8）kJ/mol＝＋247.4kJ/mol。 【解析】　（2）①由反应①②③可知，反应产物有CO、H2和H2O，生成的H2会在反应②中与CO2反应生成CO，所以CO的产量高于H2，故a曲线表示产物H2，b曲线表示CO。②1100K 时，CH4与CO2的转化率分别为95%、90%，则计算得平衡时 c（CH4）＝＝mol/L，c（CO2）＝＝mol/L，由图可知，c（H2）＝mol/L，c（CO）＝mol/L，则反应①的平衡常数K＝＝＝。 ❀分压平衡常数计算 1.在恒容密闭容器中，加入足量的MoS2和O2，仅发生反应： 2MoS2(s)＋7O2(g) ⇌ 2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH。 测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关 系如图所示： (1)p1、p2、p3的大小：___________。 (2)若初始时通入7.0 mol 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)。 p1＞p2＞p3 恒容条件注意是否需要重新计算总压 恒温恒容条件下气体压强之比等于物质的量之比 ❀分压平衡常数计算 恒压条件下，总压一直不变 2.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反 应为SO2(g)＋Cl2(g) ⇌ SO2Cl2(g)。按投料 比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器 中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的 关系如图所示： 若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝_____ (用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 解析　据图可知M点SO2的转化率为50%，不妨设初始投料为2 mol SO2和2 mol Cl2，则列三段式有 　　　 SO2(g)＋Cl2(g) SO2Cl2(g) 起始/mol　2　　　 2　　　　0 转化/mol　1　　　 1　　　　1 平衡/mol　1　　　 1　　　　1 相同条件下气体压强之比等于物质的量之比， 3.苯乙烯是一种重要的化工原料，可采用乙苯催化脱氢法制备，反应如下： (g)＋H2(g)　ΔH＝＋17.6 kJ·mol－1 实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和水蒸气，测得容器总压和乙苯转化率随时间变化结果如图所示。 (1)平衡时，p(H2O)＝______kPa，平衡常数Kp＝______kPa(Kp为以分压表示的平衡常数)。 80 45 ❀分压平衡常数计算 有无关气体在容器中，其也会占据一部分压强 【2021广东卷】 真题演练 ❀多重平衡体系 ①N2O5(g) ⇌N2O3(g)＋O2(g) ②N2O3(g) ⇌N2O(g)＋O2(g)。 ①CO2(g)＋4H2(g) ⇌CH4(g)＋2H2O(g) ②2CO2(g)＋6H2(g) ⇌C2H4(g)＋4H2O(g) 对比分析：以下两种多重平衡体系有何区别？ 前一步反应的生成物， 继续参与后续反应生成新物质 多步反应之间是平行关系， 同时也是竞争关系 连续型多重平衡 竞争型多重平衡 ❀多重平衡体系 ①N2O5(g) ⇌N2O3(g)＋O2(g) ②N2O3(g) ⇌N2O(g)＋O2(g)。 ①CO2(g)＋4H2(g) ⇌CH4(g)＋2H2O(g) ②2CO2(g)＋6H2(g) ⇌C2H4(g)＋4H2O(g) 加热N2O5依次发生的分解反应如上。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为K＝_____ 在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示，520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝_____ P200 【2017年北京卷】氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。 已知：TiO2(s)+2 Cl2(g)= TiCl4(g)+ O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·mol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·mol-1 思考：为什么加碳可以使反应进行？ 【2020年江苏卷】向CaCl2溶液中加入NH4F溶液，可以使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全，为什么？（Ksp(CaF2)=5.3×10-9，Ka(HF)=6.3×10-4） CaF2(s) ⇌Ca2+(aq)＋2F-(aq) F-(aq)＋H+(aq) ⇌HF(aq) 参考答案：pH偏低形成HF，导致溶液中F−浓度减小，CaF2沉淀不完全 【2022广东卷】 真题演练 【2023广东卷】 0.36 0.75 真题演练 【2023广东卷】 真题演练 【2024广东卷】 真题演练 ❀速率常数和平衡常数的关系 【2015年全国I卷】Bodensteins研究了下列反应：2HI(g) ⇌H2(g) + I2(g) 在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表： t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 ① 根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为：___________。② 上述反应中，正反应速率为v正= k正·x2(HI)， 逆反应速率为v逆=k逆·x(H2)·x(I2)， 其中k正、k逆为速率常数，则k逆为____________(以K和k正表示)。 若k正 = 0.0027min-1，在t=40min时，v正=__________ min-1 k逆= k正/K 1.95×10-3 (kPa)－3 解析　若初始时通入7.0 mol O2，p2为7.0 kPa，A点氧气转化率为50%，则A点n(O2)＝7.0 mol×(1－50%)＝3.5 mol，生成n(SO2)＝×4 ＝2 mol，恒温恒容条件下气体压强之比等于物质的量之比，所以A点压强为×7.0 kPa＝5.5 kPa，p(O2)＝×5.5 kPa＝3.5 kPa，  p(SO2)＝(5.5－3.5)kPa＝2 kPa，则A点平衡常数Kp＝＝(kPa)－3 ＝(kPa)－3 。   所以p(SO2)＝p(Cl2)＝p(SO2Cl2)＝ p，所以Kp＝＝。 $$