2019大二輪高考總復習化學第一部分專題08高頻題型03化學平衡常數(shù)及轉化率的計算與判斷

高頻題型三化學平衡常數(shù)及轉化率的計算與判斷1．掌握化學平衡常數(shù)表達式對反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝eq\f(cpC平衡·cqD平衡,cmA平衡·cnB平衡)。(1)由于固體或純液體的濃度是一常數(shù)，如果有固體或純液體參加或生成，則表達式中不能出現(xiàn)固體或純液體；稀溶液中進行的反應，如有水參加反應，由于水的濃度是常數(shù)而不必出現(xiàn)在表達式中；非水溶液中進行的反應，若有水參加或生成，則應出現(xiàn)在表達式中。例如：CH3COOH(l)＋HOCH2CH3(l)CH3COOCH2CH3(l)＋H2O(l)K＝eq\f(cCH3COOCH2CH3·cH2O,cCH3COOH·cCH3CH2OH)(2)表達式與化學計量數(shù)一一對應，方程式中化學計量數(shù)不同，表達式就不同；可逆反應中，正反應的表達式與逆反應的表達式互為倒數(shù)。例如：①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)②2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K2＝eq\f(cN2·c3H2,c2NH3)③eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)K3＝eq\f(cNH3,c\f(1,2)N2·c\f(3,2)H2)同一溫度下，K1、K2、K3的數(shù)值都固定但相互之間不相等，顯然K1＝eq\f(1,K2)，K3＝eq\r(K1)。(3)有氣體參與的反應，用平衡分壓(總壓乘以各自的物質的量分數(shù))表示平衡常數(shù)。如：2A(g)＋B(s)C(g)。若達到平衡時，n(A)＝n1，n(C)＝n2，密閉體系的壓強為p，則K＝eq\f(p·\f(n2,n1＋n2),p·\f(n1,n1＋n2)2)＝eq\f(n2n1＋n2,pn\o\al(2,1))。2．理解平衡常數(shù)的意義(1)平衡常數(shù)可表示反應進行的程度。K越大，反應進行的程度越大，K>105時，可以認為該反應已經(jīng)進行完全。轉化率也能表示反應進行的程度，轉化率不僅與溫度有關，而且與起始條件有關。(2)K的大小只與溫度有關，與反應物或生成物起始濃度的大小無關。3．明確化學平衡常數(shù)的定量應用(1)利用K判斷化學反應的熱效應(2)利用K判斷反應進行的方向若任意狀態(tài)下的生成物與反應物的濃度冪之積的比值為Qc，則Qc＞K，反應向逆反應方向進行；Qc＝K，反應處于平衡狀態(tài)；Qc＜K，反應向正反應方向進行。4．掌握化學平衡計算中常用公式(1)有關轉化率，產率的計算反應物轉化率＝eq\f(反應物的變化量,反應物的起始量)×100%產率＝eq\f(產物實際產量,產物理論產量)×100%(2)常用的氣體定律同溫同容：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)同溫同壓：eq\f(ρ前,ρ后)＝eq\f(\o(M,\s\up6(－))前,\o(M,\s\up6(－))后)＝eq\f(V后,V前)＝eq\f(n后,n前)1．(2016·全國乙卷)CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)在溶液中可相互轉化。室溫下，初始濃度為1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))隨c(H＋)的變化如圖所示。(1)用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉化反應__________________________。(2)由圖可知，溶液酸性增大，CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率________(填“增大”、“減小”或“不變”)。根據(jù)A點數(shù)據(jù)，計算出該轉化反應的平衡常數(shù)為________。(3)升高溫度，溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率減小，則該反應的ΔH______0(填“大于”“小于”或“等于”)。解析：由圖可知，隨著溶液酸性增大，溶液中c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))逐漸增大，說明CrOeq\o\al(2－,4)逐漸轉化為Cr2Oeq\o\al(2－,7)，則CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率逐漸增大，其反應的離子方程式為：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O；由圖中A點數(shù)據(jù)，可知c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝0.25mol·L－1、c(H＋)＝1.0×10－7mol·L－1，則進一步可知c(CrOeq\o\al(2－,4))＝1.0mol·L－1－2×0.25mol·L－1＝0.5mol·L－1，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可計算出該轉化反應的平衡常數(shù)為1.0×1014；升高溫度，溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡轉化率減小，說明化學平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，即該反應的ΔH小于0。答案：(1)2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O(2)增大1.0×1014(3)小于2．(2017·全國卷Ⅰ)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K時，將0.10molCO2與0.40molH2S充入2.5L的空鋼瓶中，①H2S的平衡轉化率α1＝________%，反應平衡常數(shù)K＝________。②在620K重復實驗，平衡后水的物質的量分數(shù)為0.03，H2S的轉化率α2________α1，該反應的ΔH________0。(填“＞”“＜”或“＝”)③向反應器中再分別充入下列氣體，能使H2S轉化率增大的是________(填標號)。A．H2S B．CO2C．COS D．N2解析：①設平衡時H2S轉化的物質的量為x。H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)初始/mol0.400.1000轉化/molxxxx平衡/mol0.40－x0.10－xxx由題意得：eq\f(x,0.40mol－x＋0.10mol－x＋x＋x)＝0.02解得：x＝0.01molH2S的平衡轉化率α1＝eq\f(0.01mol,0.40mol)×100%＝2.5%。K＝eq\f(cCOS·cH2O,cH2S·cCO2)＝eq\f(\f(0.01,2.5)×\f(0.01,2.5),\f(0.40－0.01,2.5)×\f(0.10－0.01,2.5))＝eq\f(1,351)≈2.8×10－3。②溫度升高，水的平衡物質的量分數(shù)增大，平衡右移，則H2S的轉化率增大，故α2＞α1。溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動，故ΔH＞0。③A項，充入H2S，H2S的轉化率反而減小。B項，充入CO2，增大了一種反應物的濃度，能夠提高另一種反應物的轉化率，故H2S的轉化率增大。C項，充入COS，平衡左移，H2S的轉化率減小。D項，充入N2，對平衡無影響，不改變H2S的轉化率。答案：①2.52.8×10－3②＞＞③B有關化學平衡常數(shù)及轉化率的考查在化學反應原理綜合題目中較為常見。大都以生產實際或科研成果為背景進行命題。在選擇題中也時有出現(xiàn)。其常見的考查角度有：①化學平衡移動對化學平衡常數(shù)和轉化率的影響。②化學平衡常數(shù)和轉化率的有關計算。③化學平衡常數(shù)的應用等。一般綜合性較強，難度較大。1．以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。已知某溫度下，下列兩個反應的平衡常數(shù)分別為K1和K2：CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g)，CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)。則該溫度下CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)的平衡常數(shù)K為()A．2K1－K2 B．eq\f(2K1,K2)C．eq\f(K\o\al(2,1),K2) D．Keq\o\al(2,1)－K2解析：將題給前兩個反應依次編號為①、②，由①×2－②可得：CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)，則該反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(K\o\al(2,1),K2)，C項正確。答案：C2．溫度為TK時，將0.40molA氣體充入2.0L固定容積的密閉容器中，發(fā)生反應A(g)2B(g)ΔH＞0，經(jīng)過一段時間后達到平衡。反應過程中測得的部分數(shù)據(jù)見下表：時間/s0204080100n(A)/mol0.400.200.10n(B)/mol00.240.600.60下列說法正確的是()A．0～40s的平均反應速率v(B)＝0.01mol·L－1·s－1B．TK時該反應的平衡常數(shù)為3.6C．相同條件下，若起始時充入0.80molA，則達到平衡時c(B)小于0.60mol·L－1D．相同條件下，若起始時向容器中充入0.05molA、0.70molB，則反應達到平衡前v(正)＞v(逆)解析：0～40s的平均反應速率v(B)＝2v(A)＝2×eq\f(0.40－0.20mol,2.0L×40s)＝0.005mol·L－1·s－1，A項錯誤。100s時反應處于平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2B,cA)＝eq\f(0.302,0.05)＝1.8，B項錯誤。相同條件下，若起始時投入0.80molA，則達到的平衡相當于原平衡縮小一半容器體積的效果，平衡向左移動，C項正確。Qc＝eq\f(0.352,0.025)＝4.9＞1.8，達到平衡前反應逆向進行，故反應達到平衡前v(正)＜v(逆)，D項錯誤。答案：C3．(2017·石家莊第三次質檢)汽車在行駛過程中有如下反應發(fā)生：ⅰ.N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＝＋180.7kJ·mol－1ⅱ.2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5kJ·mol－1(1)能表示CO燃燒熱的熱化學方程式為____________________________________________________________________。(2)反應ⅱ在________(填“較高”或“較低”)溫度下能自發(fā)進行。(3)T溫度時，向10L恒容密閉容器中充入2molNO和2molCO發(fā)生反應ⅱ，5min時達到平衡，測得0～5min內該反應速率v(N2)＝0.016mol·L－1·min①T溫度時，該反應的平衡常數(shù)K＝________。②平衡時容器內壓強與起始時容器內壓強之比為________。(4)一定條件下，向起始容積為5L的恒壓密閉容器中充入1molN2和1molO2發(fā)生反應ⅰ。O2的平衡轉化率[α(O2)]與溫度(T)的關系如圖1所示；正反應的平衡常數(shù)(K正)與溫度(T)①圖1中，M、N、P三點所對應的狀態(tài)下，v正＞v逆的是________(填字母)，理由為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②T1溫度時，K正＝1，則O2的平衡轉化率為________(保留三位有效數(shù)字)；在圖2中畫出逆反應平衡常數(shù)(K逆)與溫度(T)的關系曲線。解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，(ⅰ＋ⅱ)×eq\f(1,2)得CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)CO2(g)ΔH＝－282.9kJ·mol－1。(2)反應ⅱ的ΔH＜0，ΔS＜0，要使ΔH－TΔS＜0，T值應較小，所以反應ⅱ在較低溫度下能自發(fā)進行。(3)①由v(N2)＝0.016mol·L－1·min－1，可知5min達到平衡時，c(N2)＝0.08mol·L－1，則c(CO2)＝0.16mol·L－1，c(CO)＝c(NO)＝0.04mol·L－1，故平衡常數(shù)K＝eq\f(cN2·c2CO2,c2CO·c2NO)＝800。②恒溫恒容條件下，壓強之比等于物質的量之比，則平衡時容器內壓強與起始時容器內壓強之比為(0.4＋0.4＋0.8＋1.6)∶(2＋2)＝4∶5。(4)①一定溫度下，M點對應狀態(tài)的O2的轉化率小于其平衡轉化率，反應正向進行建立平衡，v正＞v逆。②設T1溫度下達到平衡時NO的濃度為xmol·L－1，則平衡時c(N2)＝0.2－eq\f(x,2)mol·L－1，c(O2)＝0.2－eq\f(x,2)mol·L－1，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2NO,cN2·cO2)＝eq\f(x2,0.2－\f(x,2)2)＝1，解得x＝0.133，故O2的平衡轉化率為eq\f(\f(0.133,2)mol·L－1,0.2mol·L－1)×100%＝33.3%。K正·K逆＝1，故逆反應平衡常數(shù)(K逆)與溫度(T)的關系曲線與正反應平衡常數(shù)(K正)與溫度(T)的關系曲線完全對稱。答案：(1)CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)CO2(g)ΔH＝－282.9kJ·mol－1(2)較低(3)①800②4∶5(4)①M一定溫度下，M點對應狀態(tài)的O2的轉化率小于其平衡轉化率，反應正向進行建立平衡②33.3%如圖“三段式法”解答化學平衡計算題(1)步驟①寫出有關化學平衡的反應方程式。②確定各物質的起始濃度、轉化濃度、平衡濃度。③根據(jù)已知條件建立等式關系并做解答。(2)方法如mA(g)＋nB