資源簡(jiǎn)介

第34講　化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
[課程標(biāo)準(zhǔn)]　1.提取信息計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率。2.了解壓強(qiáng)平衡常數(shù)的含義，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。
考點(diǎn)一　化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法——“三段式”法
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1．分析三個(gè)量：即起始量、變化量、平衡量。
2．明確三個(gè)關(guān)系
(1)對(duì)于同一反應(yīng)物，起始量－變化量＝平衡量。
(2)對(duì)于同一生成物，起始量＋變化量＝平衡量。
(3)各轉(zhuǎn)化量之比等于各參加反應(yīng)的物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。
3．計(jì)算模型——“三段式”法
(1)步驟：書寫(寫出有關(guān)化學(xué)平衡的化學(xué)反應(yīng)方程式)―→列變量(列出各物質(zhì)的起始、變化、平衡量)―→計(jì)算(根據(jù)已知條件列方程式計(jì)算)。
(2)模式：如反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量(mol)分別為a、b，達(dá)到平衡后，A的消耗量為mx，容器容積為1 L。
　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol a b 0 0
變化/mol mx nx px qx
平衡/mol a－mx b－nx px qx
①求平衡常數(shù)：K＝
②求轉(zhuǎn)化率
轉(zhuǎn)化率＝×100%，
如α(A)平＝×100%。
(3)依據(jù)上述(2)中的三段式填空：
①c平(A)＝ (mol·L－1)。
②α(A)平＝ ×100%。
③φ(A)＝ ×100%。
④＝ 。
⑤(混)＝ (g·L－1)。
⑥M＝ (g·mol－1)。
答案：　①a－mx　②　
③　
④　
⑤a·M(A)＋b·M(B)　
⑥
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一、化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
1．將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)，②2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)。達(dá)到平衡時(shí)：c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，則此溫度下反應(yīng)①的平衡常數(shù)為 。
解析：　由平衡時(shí)H2的濃度，可求得反應(yīng)②分解消耗HI的濃度，c分解(HI)＝0.5 mol·L－1×2＝1 mol·L－1，故①式生成c(HI)＝c平衡(HI)＋c分解(HI)＝4 mol·L－1＋1 mol·L－1＝5 mol·L－1，則c平衡(NH3)＝5 mol·L－1，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝c平衡(NH3)·c平衡(HI)＝5×4＝20。
答案：　20
2．在1.0 L密閉容器中放入0.10 mol A(g)，在一定溫度條件下進(jìn)行反應(yīng)：A(g)B(g)＋C(g)　ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1。反應(yīng)時(shí)間(t)與容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)(p)的數(shù)據(jù)見下表：
時(shí)間t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30
總壓強(qiáng)p/100 kPa 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53
回答下列問題：
(1)欲提高A的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)采取的措施為
(答出兩項(xiàng)措施)。
(2)由總壓強(qiáng)p和起始?jí)簭?qiáng)p0計(jì)算，平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為 ，反應(yīng)的平衡常數(shù)K為 。
學(xué)生用書?第168頁
(3)①由總壓強(qiáng)p和起始?jí)簭?qiáng)p0表示反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量n總和反應(yīng)物A的物質(zhì)的量n(A)，n總＝ mol，n(A)＝ mol。
②下表為反應(yīng)物A濃度與反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)，計(jì)算a＝ 。
反應(yīng)時(shí)間t/h 0 4 8 16
c(A)/(mol·L－1) 0.10 a 0.026 0.006 5
分析該反應(yīng)中反應(yīng)物的濃度c(A)變化與時(shí)間間隔(Δt)的規(guī)律，得出的結(jié)論是
，由此規(guī)律推出反應(yīng)在12 h時(shí)反應(yīng)物的濃度c(A)為 mol·L－1。
解析：　(2)壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，依據(jù)三段式進(jìn)行求解：
　　　A(g)　　　B(g)　＋　　C(g)
始態(tài)： p0 0 0
反應(yīng)： p0·α(A) p0·α(A) p0·α(A)
終態(tài)： p0－p0·α(A) p0·α(A) p0·α(A)
p＝[p0－p0·α(A)＋p0·α(A)＋p0·α(A)]＝p0＋p0·α(A)求得α(A)＝×100%；25 h時(shí)反應(yīng)已平衡，α(A)＝×100%≈94.1%；依據(jù)三段式進(jìn)行求解：
　　　　　　　A(g)　　　B(g) ＋　C(g)
0.10 0 0
0.094 1 0.094 1 0.094 1
0.10－0.094 1 0.094 1 0.094 1
K＝≈1.5；
(3)①依據(jù)＝可得n總＝×0.1 mol；
n(A)＝0.1 mol×[1－α(A)]＝0.10 mol×＝0.10 mol×；②n(A)＝0.10 mol×＝0.10 mol×≈0.051 mol，體積為1 L，a＝0.051 mol·L－1；0～4 h濃度大約變?yōu)? h時(shí)的，4～8 h濃度又變?yōu)? h的，從8～16 h經(jīng)過8個(gè)小時(shí)濃度變?yōu)? h的，所以每經(jīng)過4個(gè)小時(shí)濃度均降低為原來的。
答案：　(1)升高溫度；降低壓強(qiáng)
(2)94.1%　1.5
(3)①0.10×　0.10×　
②0.051　達(dá)到平衡前每間隔4 h，c(A)減少約一半　0.013
二、借用“題鏈”跟蹤化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算的考查方向
3．[題鏈1，2022·湖南選擇考，16(1)]在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始?jí)簭?qiáng)為0.2 MPa時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)生成水煤氣：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
反應(yīng)平衡時(shí)，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，CO的物質(zhì)的量為0.1 mol。反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝ (以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
解析：　設(shè)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，反應(yīng)Ⅰ消耗x mol H2O(g)、反應(yīng)Ⅱ消耗y mol H2O(g)，由題中信息可得：
　　　　　Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
起始量/mol: 1 0 0
變化量/mol: x x x
　　　Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
變化量/mol: y y y y
平衡量/mol: x－y 1－x－y y x＋y
則x＋y＝50%×1、x－y＝0.1，解得x＝0.3、y＝0.2，則平衡時(shí)n(H2O)＝0.5 mol，n(CO)＝0.1 mol，n(CO2)＝0.2 mol，n(H2)＝0.5 mol，則平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為0.5 mol＋0.1 mol＋0.2 mol＋0.5 mol＝1.3 mol，在同溫同體積條件下，氣體的總壓之比等于氣體的總物質(zhì)的量之比，則平衡體系的總壓為0.2 MPa×1.3＝0.26 MPa，反應(yīng)Ⅰ[C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)]的平衡常數(shù)Kp＝×p總＝×0.26 MPa＝0.02 MPa。
答案：　0.02 MPa
4．[題鏈2，全國(guó)卷，節(jié)選]Bodensteins研究了下列反應(yīng)：
2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)
在716 K時(shí)，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(HI)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)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)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為 。
(2)上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正·x2(HI)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為 (以K和k正表示)。
解析：　(1)觀察表中數(shù)據(jù)知，120 min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)x(HI)＝0.784，x(H2)＝x(I2)＝(1－0.784)×＝0.108，故反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為＝。
(2)達(dá)平衡時(shí)，v正＝v逆，k正·x2(HI)＝k逆·x(H2)·x(I2)，k逆＝＝。
答案：　(1)K＝　(2)
5．(題鏈3，全國(guó)卷，節(jié)選)元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(藍(lán)紫色)、Cr(OH)(綠色)、Cr2O(橙紅色)、CrO(黃色)等形式存在，Cr(OH)3為難溶于水的灰藍(lán)色固體。CrO和Cr2O在溶液中可相互轉(zhuǎn)化。室溫下，初始濃度為1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)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(zhuǎn)化反應(yīng)： 。
(2)由圖A點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為 。
解析：　根據(jù)反應(yīng)并結(jié)合A點(diǎn)數(shù)據(jù)，列三段式：
　　　　　　　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
起始(mol/L) 1.0 0
轉(zhuǎn)化(mol/L) 0.5 0.25
平衡(mol/L) 0.5　1.0×10－7 0.25
K＝ eq \f(c（Cr2O）,c2（CrO）·c2（H＋）) ＝＝1.0×1014。
答案：　(1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O　(2)1.0×1014
題鏈1 題鏈2 題鏈3
知識(shí)內(nèi)容 壓強(qiáng)平衡常數(shù) 平衡常數(shù) 平衡常數(shù)
解題難點(diǎn) 用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù) 用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)代替平衡分壓計(jì)算平衡常數(shù)，理解表達(dá)式與計(jì)算式的區(qū)別 圖中數(shù)據(jù)信息的讀取
思維突破 由平衡常數(shù)遷移到壓強(qiáng)平衡常數(shù)，貌似新概念，實(shí)質(zhì)是對(duì)信息的理解 利用平衡時(shí)v正＝v逆，找到k正、k逆和K的聯(lián)系 對(duì)教材中平衡常數(shù)的理解和題中數(shù)據(jù)的處理
化學(xué)觀念 壓強(qiáng)平衡常數(shù)也是研究可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)的一種手段、工具 物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算平衡常數(shù)同樣也是研究可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)的手段、工具 平衡常數(shù)是研究可逆反應(yīng)平衡狀態(tài)的一種手段、工具
學(xué)生用書?第169頁
考點(diǎn)二　壓強(qiáng)平衡常數(shù)
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1．含義
在化學(xué)平衡體系中，各氣體物質(zhì)的分壓替代濃度，計(jì)算的平衡常數(shù)叫壓強(qiáng)平衡常數(shù)。
2．表達(dá)式
對(duì)于一般可逆反應(yīng)m(A)＋n(B)p(C)＋q(D)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)其壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp可表示為Kp＝。
3．分壓、總壓的計(jì)算
(1)分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。
(2)p(總)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)。
4．計(jì)算Kp的兩套模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)為例]
模板1：
　　 　N2(g)＋ 3H2(g)2NH3(g)(平衡時(shí)總壓為p0)
n(始) 1 mol 3 mol 0
Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
n(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
p(X) p0 p0 p0
Kp＝
模板2：
剛性反應(yīng)容器中　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
p(始) p0 3p0 0
Δp p′ 3p′ 2p′
p(平) p0－p′ 3p0－3p′ 2p′
Kp＝
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1．一定溫度下，向某密閉容器中充入1 mol NO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)，測(cè)得反應(yīng)體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖所示：
a點(diǎn)時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為 ，用平衡分壓代替平衡濃度可求出平衡常數(shù)Kp，則該溫度下Kp＝ 。
解析：　a點(diǎn)時(shí)，設(shè)消耗了x mol NO2，則生成0.5x mol N2O4，剩余(1－x) mol NO2，1－x＝0.5x，x＝ mol，此時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為66.7%，平衡時(shí)p(N2O4)＝0.96p0Pa，p(NO2)＝0.04p0Pa，由此可求出Kp＝＝ Pa—1。
答案：　66.7%　 Pa－1
2．如圖為丙烷直接脫氫法中丙烷和丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系(圖中的壓強(qiáng)分別為104 Pa和105 Pa)。(已知：丙烷脫氫制丙烯為強(qiáng)吸熱過程)
(1)104 Pa時(shí)，圖中表示丙烯的曲線是 (填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。
(2)104 Pa、500 ℃時(shí)，主反應(yīng)用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝ (已知：氣體分壓＝氣體總壓×體積分?jǐn)?shù))。
解析：　(1)丙烷脫氫制丙烯為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)減小；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)增大，故曲線ⅰ代表104 Pa時(shí)丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)。
(2)104 Pa、500 ℃時(shí)，丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)為33%，設(shè)起始丙烷為1 mol，轉(zhuǎn)化率為x，由題意建立如下三段式：
　　　　　　C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)
起始(mol) 　1 　0 0
變化(mol) 　x 　x x
平衡(mol) 　1－x 　x x
則由丙烯的平衡體積分?jǐn)?shù)為33%可得，＝0.33，解得x≈0.5，丙烷、丙烯和氫氣的分壓均為104 Pa×，則用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)
Kp＝ Pa＝104× Pa≈3.3×103 Pa。
答案：　(1) ⅰ　(2)3.3×103 Pa
3．[2022·1浙江選擇考，29(3)]一氧化碳變換反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1。
①一定溫度下，反應(yīng)后測(cè)得各組分的平衡壓強(qiáng)(即組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓)：p(CO)＝0.25 MPa、p(H2O)＝0.25 MPa、p(CO2)＝0.75 MPa和p(H2)＝0.75 MPa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值為 。
②維持與題①相同的溫度和總壓，提高水蒸氣的比例，使CO的平衡轉(zhuǎn)化率提高到90%，則原料氣中水蒸氣和CO的物質(zhì)的量之比為 。
解析：　①該反應(yīng)平衡常數(shù)K＝＝＝9.0；
②假設(shè)原料氣中水蒸氣為x mol，CO為1 mol，由題意列三段式如下：
　　　CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 x 0 0
轉(zhuǎn)化/mol 0.9 0.9 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 x－0.9 0.9 0.9
溫度不變，則平衡常數(shù)K＝＝9.0，
解得x＝1.8，故水蒸氣與CO物質(zhì)的量之比為1.8∶1。
答案：　①9.0　②1.8∶1
學(xué)生用書?第170頁
INCLUDEPICTURE "重點(diǎn)強(qiáng)化專欄13.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\2024《金版新學(xué)案》高三總復(fù)習(xí) 新教材 化學(xué) 人教版（雙選）B\\圖片\\1\\重點(diǎn)強(qiáng)化專欄13.TIF" \* MERGEFORMATINET
1．推導(dǎo)過程
已知反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)，反應(yīng)速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)，當(dāng)v正＝v逆時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，即k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cc(C)，故＝＝K。
2．結(jié)論：K＝
應(yīng)用1.T1 ℃時(shí)在容積為2 L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH<0。實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正＝v消耗(NO)＝2v消耗(O2)＝k正c2(NO)·c(O2)，v逆＝v消耗(NO2)＝k逆c2(NO2)，k正、k逆為速率常數(shù)，只受溫度影響。不同時(shí)刻測(cè)得容器中n(NO)、n(O2)如表：
時(shí)間/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 1 0.6 0.4 0.2 0.2 0.2
n(O2)/mol 0.6 0.4 0.3 0.2 0.2 0.2
(1)T1 ℃時(shí)，＝ 。
(2)若將容器的溫度改變?yōu)門2時(shí)，其k正＝k逆，則T2 (填“>”“<”或“＝”)T1。
解析：　(1)根據(jù)v正＝v消耗(NO)＝2v消耗(O2)＝k正c2(NO)·c(O2)，得出k正＝，根據(jù)v逆＝v消耗(NO2)＝k逆·c2(NO2)，得出k逆＝，因?yàn)関消耗(NO)＝v消耗(NO2)，所以＝＝K，表格中初始物質(zhì)的量：n(NO)＝1 mol，n(O2)＝0.6 mol，體積為2 L，則列出三段式如下：
　　　　　　　　2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)
起始/mol·L－1 0.5 0.3 0
轉(zhuǎn)化/mol·L－1 0.4 0.2 0.4
平衡/mol·L－1 0.1 0.1 0.4
K＝＝＝160。
(2)若將容器的溫度改變?yōu)門2時(shí)，其k正＝k逆，則K＝1＜160，因反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＜0，K值減小，則對(duì)應(yīng)的溫度升高，即T2＞T1。
答案：　(1)160　(2)>
應(yīng)用2.無色氣體N2O4是一種強(qiáng)氧化劑，為重要的火箭推進(jìn)劑之一。N2O4與NO2轉(zhuǎn)換的熱化學(xué)方程式為N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝＋24.4 kJ·mol－1。上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則Kp為 (以k正、k逆表示)。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298 K、壓強(qiáng)100 kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104 s－1，當(dāng)N2O4分解10%時(shí)，v正≈ kPa·s－1。
解析：　題述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，平衡時(shí)，v正＝v逆，k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，Kp為。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298 K、壓強(qiáng)100 kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104 s－1，當(dāng)N2O4分解10%時(shí)，v正＝4.8×104 s－1×100 kPa×≈3.9×106 kPa·s－1。
答案：　　3.9×106
應(yīng)用3.肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結(jié)合生成MbO2，其反應(yīng)原理可表示為：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為：K＝。在37 ℃條件下達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得肌紅蛋白的結(jié)合度(α)與p(O2)的關(guān)系如圖所示[α＝×100%]。研究表明正反應(yīng)速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù))。
(1)試寫出平衡常數(shù)K與速率常數(shù)k正、k逆之間的關(guān)系式為K＝ (用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)試求出圖中c點(diǎn)時(shí)，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝ 。已知k逆＝60 s－1，則速率常數(shù)k正＝ s－1·kPa－1。
解析：　(1)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v正＝v逆，由于v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)·p(O2)＝k逆·c(MbO2)，＝，而反應(yīng)Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)的平衡常數(shù)K＝＝。
(2)將c點(diǎn)時(shí)，p(O2)＝4.5 kPa，肌紅蛋白的結(jié)合度(α)是90%代入平衡常數(shù)表達(dá)式中可得K＝＝＝2；K＝，由于K＝2，k逆＝60 s－1代入該式子，可得k正＝K·k逆＝2×60 s－1·kPa－1＝120 s－1·kPa－1。
答案：　(1)　(2)2　120
應(yīng)用4.2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程如下：
反應(yīng)Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0，
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反應(yīng)Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0，v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，
v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
學(xué)生用書?第171頁
(1)一定條件下，反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)K＝ (用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代數(shù)式表示)。反應(yīng)Ⅰ的活化能EⅠ (填“>”“<”或“＝”)反應(yīng)Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù) k2逆增大的倍數(shù)(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析：　(1)由反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，即k1正·c2(NO)·k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)·k2逆·c2(NO2)，則有：K＝＝；因?yàn)闆Q定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)速率的是反應(yīng)Ⅱ，所以反應(yīng)Ⅰ的活化能EⅠ小于反應(yīng)Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)為放熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的平衡均逆向移動(dòng)，由于反應(yīng)Ⅰ的速率大，導(dǎo)致c(N2O2)減小且其程度大于k2正和c(O2)增大的程度，即k隨溫度升高而增大，則升高溫度后k2正增大的倍數(shù)小于k2逆增大的倍數(shù)。
答案：　(1)　<　(2)小于
應(yīng)用5.(1)NO2可發(fā)生二聚反應(yīng)生成N2O4，化學(xué)方程式為2NO2(g) N2O4(g)，上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，升高溫度可使體系顏色加深，則該反應(yīng)的ΔH (填“＞”或“＜”)0。
已知該反應(yīng)的正反應(yīng)速率方程為v正＝k正·c2(NO2)，逆反應(yīng)速率方程為v逆＝k逆·c(N2O4)，其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)。則如圖(lg k表示速率常數(shù)的對(duì)數(shù)；表示溫度的倒數(shù))所示①、②、③、④四條斜線中，能表示lg k正隨變化關(guān)系的是斜線 ，能表示lg k逆隨變化關(guān)系的是斜線 。
(2)圖中A、B、C、D點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為a＋1.5、a＋0.5、a－0.5、a－1.5，則溫度T1時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K＝ 。已知溫度T1時(shí)，某時(shí)刻恒容密閉容器中NO2、N2O4濃度均為0.2 mol·L－1，此時(shí)v正 v逆(填“＞”或“＜”)。
解析：　(1)升高溫度體系顏色加深，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0；化學(xué)反應(yīng)速率和溫度成正比，隨著溫度降低，增大，正逆反應(yīng)速率減小，則lg k正和lg k逆均減小，由于溫度降低平衡正向移動(dòng)，v正＞v逆，則降低相同溫度時(shí)lg k逆減小更快，則③表示lg k正隨變化關(guān)系的斜線，④表示lg k逆隨變化關(guān)系的斜線。(2)化學(xué)平衡常數(shù)K＝＝×＝×＝＝＝10；NO2、N2O4濃度均為0.2 mol·L－1，則濃度商Q＝＝5＜K，則平衡正向移動(dòng)，v正＞v逆。
答案：　(1)＜　③　④　(2)10　＞
真題演練　明確考向
1.(雙選)(2022·湖南選擇考，14)向體積均為1 L的兩恒容容器中分別充入2 mol X和1 mol Y發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)Z(g)　ΔH，其中甲為絕熱過程，乙為恒溫過程，兩反應(yīng)體系的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．ΔH＞0
B．氣體的總物質(zhì)的量：na＜nc
C．a(chǎn)點(diǎn)平衡常數(shù)：K＞12
D．反應(yīng)速率：va正＜vb正
BC　[A.甲容器在絕熱條件下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)先增大后減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV＝nRT可知，剛開始?jí)簭?qiáng)增大的原因是因?yàn)槿萜鳒囟壬撸瑒t說明上述反應(yīng)過程放熱，即ΔH＜0，故A錯(cuò)誤；B.根據(jù)A項(xiàng)分析可知，上述密閉容器中的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，圖中a點(diǎn)和c點(diǎn)的壓強(qiáng)相等，因甲容器為絕熱過程，乙容器為恒溫過程，若兩者氣體物質(zhì)的量相等，則甲容器壓強(qiáng)大于乙容器壓強(qiáng)，則說明甲容器中氣體的總物質(zhì)的量此時(shí)相比乙容器在減小即氣體總物質(zhì)的量：na＜nc，故B正確；C.若溫度恒定不變，設(shè)達(dá)到a點(diǎn)平衡時(shí)Y轉(zhuǎn)化了x mol，則列出三段式如下：
　　　　　　　　2X(g)＋Y(g)Z(g)
起始/mol·L－1 2 1 0
轉(zhuǎn)化/mol·L－1 2x x x
平衡/mol·L－1 2－2x 1－x x，
則有＝，計(jì)算得到x＝0.75，那么化學(xué)平衡常數(shù)K＝＝＝12，而a點(diǎn)平衡實(shí)際上是絕熱條件下達(dá)到的平衡，要使平衡壓強(qiáng)為p，體系中的氣體總物質(zhì)的量應(yīng)小于1.5 mol，計(jì)算得到的x偏小，故a點(diǎn)平衡常數(shù)K＞12，C項(xiàng)正確；；D.根據(jù)圖像可知，甲容器達(dá)到平衡的時(shí)間短，溫度高，所以達(dá)到平衡的速率相對(duì)乙容器的快，即va正＞vb正，故D錯(cuò)誤。]
2．[2022·山東等級(jí)考，20(2)]利用γ 丁內(nèi)酯(BL)制備1，4 丁二醇(BD)，反應(yīng)過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和1 丁醇(BuOH)的副反應(yīng)，涉及反應(yīng)如下：
以5.0×10－3mol BL或BD為初始原料，在493 K、3.0×103 kPa的高壓H2氛圍下，分別在恒壓容器中進(jìn)行反應(yīng)。達(dá)平衡時(shí)，以BL為原料，體系向環(huán)境放熱X kJ；以BD為原料，體系從環(huán)境吸熱Y kJ。xi表示某物種i的物質(zhì)的量與除H2外其它各物種總物質(zhì)的量之比，xBL和xBD隨時(shí)間t變化關(guān)系如圖所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)得X＜Y，則圖中表示xBL變化的曲線是 ；反應(yīng)Ⅰ平衡常數(shù)Kp＝ kPa－2(保留兩位有效數(shù)字)。以BL為原料時(shí)，t1時(shí)刻xH2O＝ ，
學(xué)生用書?第172頁
BD產(chǎn)率＝ (保留兩位有效數(shù)字)。(已知：①反應(yīng)Ⅰ為快速平衡，可認(rèn)為不受慢反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ的影響；②因反應(yīng)Ⅰ在高壓H2氛圍下進(jìn)行，故H2壓強(qiáng)近似等于總壓。)
解析：　實(shí)驗(yàn)測(cè)得X答案：　a或c　8.3×10－8　0.08　39%
3．[2021·廣東高考，19(4)]我國(guó)力爭(zhēng)于2030年前做到碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng)：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
設(shè)K為相對(duì)壓力平衡常數(shù)，其表達(dá)式寫法：在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中，用相對(duì)分壓代替濃度。氣體的相對(duì)分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反應(yīng)a、c、e的ln K隨(溫度的倒數(shù))的變化如圖所示。
①反應(yīng)a、c、e中，屬于吸熱反應(yīng)的有 (填字母)。
②反應(yīng)c的相對(duì)壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝ 。
③在圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，體系達(dá)到平衡時(shí)H2的分壓為40 kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，寫出計(jì)算過程 。
解析：　①隨著溫度的升高，反應(yīng)a和c的ln K增大，說明K的數(shù)值增大，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)a和c為吸熱反應(yīng)，同理反應(yīng)e的ln K減小，說明K的減小，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)e為放熱反應(yīng)；②用相對(duì)分壓代替濃度，則反應(yīng)c的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝；③由圖可知，A處對(duì)應(yīng)反應(yīng)c的ln K＝0，即K＝＝1，解方程得p2(H2)＝p0·p(CH4)，已知反應(yīng)平衡時(shí)p(H2)＝40 kPa，則有p(CH4)＝16 kPa，且初始狀態(tài)時(shí)p(CH4)＝×100 kPa＝50 kPa，故CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝68%。
答案：　① ac　②　③由圖可知，A處對(duì)應(yīng)反應(yīng)c的ln K＝0，即K＝＝1，解方程得p2(H2)＝p0·p(CH4)，已知反應(yīng)平衡時(shí)p(H2)＝40 kPa，則有p(CH4)＝16 kPa，且初始狀態(tài)時(shí)p(CH4)＝×100 kPa＝50 kPa，故CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝68%
4．[2020·全國(guó)卷Ⅰ，28(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：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98 kJ·mol－1。
(1)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(shí)，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))。
(2)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為：v＝k(－1)0.8(1－nα′)。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(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α′＝0.90時(shí)，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，如圖所示。
曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。ttm后，v逐漸下降。原因是 。
解析：　(1)假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100 mol，則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2m mol，m mol和q mol，2m＋m＋q＝100，利用“三段式法”計(jì)算：
　　　　　　SO2(g)　＋　 O2(g)SO3(g)
起始量/mol 2m m 0
轉(zhuǎn)化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m×(1－α) m×(1－α) 2mα
平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為2m×(1－α)mol＋m×(1－α)mol＋2mα mol＋q mol＝(3m－mα＋q) mol，SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×100%＝×100%，則平衡時(shí)SO3的壓強(qiáng)為p。平衡時(shí)，SO2、O2的壓強(qiáng)分別為p、p，則平衡常數(shù)Kp＝＝。
(2)在α′＝0.90時(shí)，SO2催化氧化的反應(yīng)速率為v＝k·(1－0.90n)。升高溫度，k增大使v逐
漸提高，但α降低使v逐漸下降。t＜tm時(shí)，k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。
答案：　(1)　　(2)升高溫度，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(duì)v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低
課時(shí)精練(三十四)　化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
(本欄目?jī)?nèi)容，在學(xué)生用書中以獨(dú)立形式分冊(cè)裝訂！)
1．在一定溫度下，下列反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值如下：
①2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92
以下說法正確的是(　　)
A．該溫度下，反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達(dá)式為K1＝c(N2)·c(O2)
B．該溫度下，反應(yīng)2H2O(g)2H2(g)＋O2(g)的平衡常數(shù)的數(shù)值約為5×10－80
C．該溫度下，反應(yīng)①、反應(yīng)②的逆反應(yīng)、反應(yīng)③產(chǎn)生O2的傾向由大到小的順序?yàn)镹O＞H2O＞CO2
D．以上說法都不正確
C　[由化學(xué)平衡常數(shù)的定義可知K1＝，A項(xiàng)錯(cuò)誤；該溫度下，水分解反應(yīng)的平衡常數(shù)為＝＝5×10－82，B項(xiàng)錯(cuò)誤；該溫度下，NOQH2O、CO2三種化合物分解產(chǎn)生O2的反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為1×1030、5×10－82、4×10－92，所以產(chǎn)生O2的傾向：NO＞H2O＞CO2，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
2．在一定溫度下，反應(yīng)H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常數(shù)為10，若將1.0 mol的HX(g)通入體積為1.0 L的密閉容器中，在該溫度時(shí)HX(g)的最大分解率接近于(　　)
A．5% B．17% C．25% D．33%
B　[由一定溫度下，反應(yīng)H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常數(shù)為10，則相同條件下HX分解的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)為，設(shè)HX分解的物質(zhì)的量為x，則
　　　　　　　 　HX(g)H2(g)＋X2(g)
開始/(mol·L－1) 1.0 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) x
平衡/(mol·L－1) (1.0－x)
故＝，解得x≈0.17 mol，
該溫度時(shí)HX(g)的最大分解率為×100%＝17%。]
3．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2 L的密閉容器中充入8 mol N2O5，加熱到t ℃，達(dá)到平衡狀態(tài)后O2為9 mol，N2O3為3.4 mol。則t ℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)為(　　)
A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2
B　[設(shè)N2O5的轉(zhuǎn)化濃度為x mol·L－1，N2O3的轉(zhuǎn)化濃度為y mol·L－1。
　　　　　　　　N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)
開始/(mol·L－1) 　　4 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 　　x x x
平衡/(mol·L－1) 　4－x x x
　　　　　　 N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)
開始/(mol·L－1) 　x 0 x
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 　y y y
平衡/(mol·L－1) 　x－y y x＋y
根據(jù)題意得，所以x＝3.1，y＝1.4，所以反應(yīng)①的平衡常數(shù)為K＝＝＝8.5。]
4．已知某化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝，在不同的溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)值分別為
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38
下列有關(guān)敘述不正確的是(　　)
A．該反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
B．上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
C．如果在一定體積的密閉容器中加入CO2和H2各1 mol，5 min后溫度升高到830 ℃，此時(shí)測(cè)得CO為0.4 mol時(shí)，該反應(yīng)為平衡狀態(tài)
D．某溫度下，如果平衡濃度符合下列關(guān)系式：＝，判斷此時(shí)的溫度是1 000 ℃
C　[化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝，平衡常數(shù)是生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積的比值，故反應(yīng)物是一氧化碳和水，生成物是二氧化碳和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，故A正確；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故B正確；
　　　　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量/mol 0 0 1 1
變化量/mol 0.4 0.4 0.4 0.4
5 min后/mol 0.4 0.4 0.6 0.6
反應(yīng)前后氣體的體積不變，可以用物質(zhì)的量代替物質(zhì)的量濃度計(jì)算，故Q＝＝2.25＞1，830 ℃時(shí)Q不等于K，說明反應(yīng)未達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；某溫度下，如果平衡濃度符合關(guān)系式＝，則K＝＝0.60，對(duì)照平衡常數(shù)可知溫度是1 000 ℃，故D正確。]
5．臭氧是一種很好的消毒劑，具有高效、潔凈、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。臭氧可溶于水，在水中易分解，產(chǎn)生的[O]為游離氧原子，有很強(qiáng)的殺菌消毒能力。常溫常壓下發(fā)生如下反應(yīng)①：O3O2＋[O]　ΔH＞0平衡常數(shù)為Ka，反應(yīng)②：[O]＋O32O2　ΔH＜0平衡常數(shù)為Kb，總反應(yīng)：2O33O2　ΔH＜0平衡常數(shù)為K。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．降低溫度，K減小
B．K＝Ka·Kb
C．適當(dāng)升溫，可提高消毒效率
D．壓強(qiáng)增大，Kb不變
A　[由于總反應(yīng)ΔH＜0，為放熱反應(yīng)，降低溫度，放熱反應(yīng)的K增大，故A錯(cuò)誤；總反應(yīng)＝反應(yīng)①＋反應(yīng)②，K＝Ka·Kb，故B正確；反應(yīng)①ΔH＞0，為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②ΔH＜0為放熱反應(yīng)，適當(dāng)升溫，反應(yīng)①正移，反應(yīng)②逆移，則[O]含量增加，可提高消毒效率，故C正確；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故D正確。]
6．在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)　ΔH＝a kJ·mol－1，若其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如表。下列敘述正確的是(　　)
t/℃ 700 800 900 1 000 1 200
K 0.6 1.0 1.3 1.8 2.7
A．a(chǎn)＜0
B．該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝
C．若在4 L容器中通入X和Y各1 mol，在800 ℃下反應(yīng)，某時(shí)刻測(cè)得X的物質(zhì)的量為 mol，說明該反應(yīng)已達(dá)平衡
D．在1 000 ℃時(shí)，反應(yīng)Z(g)＋W(g)2X(g)＋Y(s)的平衡常數(shù)為1.8
C　[由表格數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高，平衡常數(shù)增大，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則a＞0，故A錯(cuò)誤；固體物質(zhì)不能代入平衡常數(shù)的表達(dá)式，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝，故B錯(cuò)誤；若在4 L容器中通入X和Y各1 mol，在800 ℃下反應(yīng)，某時(shí)刻測(cè)得X的物質(zhì)的量為 mol，可列出三段式為(mol)：
　　　　　　　2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)
起始/mol 1 0 0
轉(zhuǎn)化/mol
某時(shí)刻/mol ，
由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，則可用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商，則Q＝＝1＝K，說明該反應(yīng)已達(dá)平衡，故C正確；在1 000 ℃時(shí)，反應(yīng)2X(g)＋Y(s)Z(g)＋W(g)的平衡常數(shù)為1.8，其逆反應(yīng)Z(g)＋W(g)2X(g)＋Y(s)的平衡常數(shù)應(yīng)為其1.8的倒數(shù)為，故D錯(cuò)誤。]
7．T1時(shí)，在1 L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：2A(g)＋B(g)2C(g)。A、B的起始濃度分別為0.40 mol·L－1、0.96 mol·L－1，起始?jí)簭?qiáng)為p0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)壓強(qiáng)為p， ＝。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．T1時(shí)，A的平衡轉(zhuǎn)化率為80%
B．T1時(shí)，K＝20，Kp＝
C．T1達(dá)到平衡時(shí)，再充入0.08 mol C和0.20 mol B，則平衡將正向移動(dòng)
D．T2時(shí)(T2＞T1)，平衡常數(shù)為10，可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
C　[設(shè)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，C的濃度為2x mol·L－1，則
　　　　　　2A(g)　　＋　　B(g)　　 2C(g)
起始/(mol/L) 0.40 0.96 0
轉(zhuǎn)化/(mol/L) 2x x 2x
平衡/(mol/L) 0.40－2x 0.96－x 2x，
恒溫恒容時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則＝，解得x＝0.16，故A的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%＝80%，A項(xiàng)正確；平衡時(shí)，K＝＝20，A、B、C的平衡分壓分別為p＝p，p＝p、p＝p，則Kp＝＝，B項(xiàng)正確；保持體積不變，混合氣體中再充入0.08 mol C和0.20 mol B，則C和B的濃度分別為0.40 mol·L－1和1.00 mol·L－1，故Q＝＝25＞K，反應(yīng)逆向移動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；溫度升高，K減小，可知平衡逆向移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，D項(xiàng)正確。]
8．(2022·遼寧選擇考，10)某溫度下，在1 L恒容密閉容器中2.0 mol X發(fā)生反應(yīng)，2X(s)Y(g)＋2Z(g)有關(guān)數(shù)據(jù)如下：
時(shí)間段/min 產(chǎn)物Z的平均生成速率/(mol·L－1·min－1)
0～2 0.20
0～4 0.15
0～6 0.10
下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．1 min時(shí)，Z的濃度大于0.20 mol·L－1
B．2 min時(shí)，加入0.20 mol Z，此時(shí)v正(Z)＜v逆(Z)
C.3 min時(shí)，Y的體積分?jǐn)?shù)約為33.3%
D．5 min時(shí)，X的物質(zhì)的量為1.4 mol
B　[A.反應(yīng)開始一段時(shí)間，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)物濃度逐漸減小，產(chǎn)物Z的平均生成速率逐漸減小，則0～1 min內(nèi)Z的平均生成速率大于0～2 min內(nèi)的，故1 min時(shí)，Z的濃度大于0.20 mol·L－1，A正確；B.4 min時(shí)生成的Z的物質(zhì)的量為0.15 mol·L－1·min－1×4 min×1 L＝0.6 mol，6 min時(shí)生成的Z的物質(zhì)的量為0.10 mol·L－1·min－1×6 min×1 L＝0.6 mol，故反應(yīng)在4 min時(shí)已達(dá)到平衡，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)生成了a mol Y，列三段式：
　　　　 2X(s)Y(g)　＋　2Z(g)
初始量/mol 2.0 0 0
轉(zhuǎn)化量/mol 2a a 2a
平衡量/mol 2.0－2a a 2a
根據(jù)2a＝0.6，得a＝0.3，則Y的平衡濃度為0.3 mol·L－1，Z的平衡濃度為0.6 mol·L－1，平衡常數(shù)K＝c2(Z)·c(Y)＝0.108，2 min時(shí)Y的濃度為0.2 mol·L－1，Z的濃度為0.4 mol·L－1，加入0.20 mol Z后Z的濃度變?yōu)?.6 mol·L－1，Q＝c2(Z)·c(Y)＝0.072＜K，反應(yīng)正向進(jìn)行，故v正(Z)＞v逆(Z)，B錯(cuò)誤；C.反應(yīng)生成的Y與Z的物質(zhì)的量之比恒等于1∶2，反應(yīng)體系中只有Y和Z為氣體，相同條件下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，＝，故Y的體積分?jǐn)?shù)始終約為33.3%，C正確；D.由B項(xiàng)分析可知5 min時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，此時(shí)生成Z為0.6 mol，則X的轉(zhuǎn)化量為0.6 mol，初始X的物質(zhì)的量為2 mol，剩余X的物質(zhì)的量為1.4 mol，D正確。]
9．某溫度時(shí)兩個(gè)恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)
2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)　ΔH＞0。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正(NO2)＝k正c2(NO2)，
v逆(NO)＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數(shù)，只受溫度影響。
容器編號(hào) 起始濃度/(mol/L) 平衡濃度/(mol/L)
c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2)
Ⅰ 0.6 0 0 0.2
Ⅱ 0.6 0.1 0
下列說法不正確的是(　　)
A．升高溫度，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)增大
B．Ⅰ中NO2的平衡轉(zhuǎn)化率約為66.7%
C．Ⅱ中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，c(O2)＞0.2 mol·L－1
D．該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)可表示為K＝
C　[先用三段式法計(jì)算出實(shí)驗(yàn)Ⅰ中各組分的轉(zhuǎn)化濃度和平衡濃度：
　　　　　　　　　2NO22NO　＋　O2
起始/(mol·L－1) 0.6 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 0.4 0.4 0.2
平衡/(mol·L－1) 0.2 0.4 0.2
A．該反應(yīng)ΔH>0，為吸熱反應(yīng)，升高溫度，K值增大，A正確；B.由上述分析可知，Ⅰ中NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%≈66.7%，B正確；C.Ⅰ中平衡時(shí)c(O2)＝0.2 mol·L－1，實(shí)驗(yàn)Ⅱ相當(dāng)于在Ⅰ的基礎(chǔ)上再加入NO，平衡會(huì)逆向移動(dòng)，c(O2)＜0.2 mol·L－1，C不正確；D.平衡時(shí)，v正(NO2)＝v逆(NO)，即k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，得＝＝K，D正確。]
10．T ℃時(shí)，向某恒溫恒容密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CH4(g)和CO2(g)，發(fā)生二氧化碳重整甲烷反應(yīng)：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，測(cè)得體系中CH4(g)和CO(g)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．點(diǎn)B的坐標(biāo)為
B．反應(yīng)進(jìn)行到5 min時(shí)，2v正(CH4)＜v逆(CO)
C．CO2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率約為33.3%
D．T ℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為
B　[根據(jù)圖像可知：在5 min時(shí)CH4(g)的濃度減少0.25 mol·L－1，則根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：反應(yīng)產(chǎn)生CO的濃度為0.50 mol·L－1，故B點(diǎn)的坐標(biāo)為，A正確；反應(yīng)進(jìn)行到5 min時(shí)，CH4(g)的濃度還在減小，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，v正(CH4)＞v逆(CH4)，由于v逆(CO)＝2v逆(CH4)，所以2v正(CH4)＞v逆(CO)，B錯(cuò)誤；平衡時(shí)CH4(g)的濃度與CO2(g)濃度相等，等于 mol·L－1，開始時(shí)CO2(g)的濃度為1.00 mol·L－1，故CO2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%≈33.3%，C正確；根據(jù)圖像可知：在溫度為T ℃時(shí)，c(CH4)＝c(CO2)＝c(CO)＝c(H2)＝ mol·L－1，則根據(jù)平衡常數(shù)的含義可知K＝＝，D正確。]
11．一定溫度下，在3個(gè)容積均為1.0 L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
容器編號(hào) 物質(zhì)的起始濃度/(mol·L－1) 物質(zhì)的平衡濃度/(mol·L－1)
c(PCl5) c(PCl3) c(Cl2) c(Cl2)
Ⅰ 0.4 0 0 0.2
Ⅱ 0.6 0 0.2
Ⅲ 0.8 0 0
A.反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅰ中比容器Ⅱ中的大
B．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅰ與容器Ⅱ中的總壓強(qiáng)之比為3∶5
C．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅲ中Cl2的體積分?jǐn)?shù)小于
D．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅲ中0.4 mol·L－1A　[由容器Ⅰ中數(shù)據(jù)可求得該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.2。設(shè)容器Ⅱ中平衡時(shí)三氯化磷為x mol·L－1，由題給數(shù)據(jù)可建立如下三段式：
　　　　　　　PCl5(g)PCl3(g)　＋　Cl2(g)
起/(mol·L－1) 　0.6 0 0.2
變/(mol·L－1) 　x x x
平/(mol·L－1) 　0.6－x x 0.2＋x
溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，由化學(xué)平衡常數(shù)公式可得關(guān)系式＝0.2，解得x＝0.2，則容器Ⅱ中＝＝2，則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅰ中比容器Ⅱ中的小，故A錯(cuò)誤；由容器中壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可知，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅰ與容器Ⅱ中的總壓強(qiáng)之比為(0.6 mol·L－1×1 L)∶(1.0 mol·L－1×1 L)＝3∶5，故B錯(cuò)誤；該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，由題給數(shù)據(jù)可知，容器Ⅲ相當(dāng)于容器Ⅰ增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氯氣的體積分?jǐn)?shù)減小，則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅲ中氯氣的體積分?jǐn)?shù)小于，故C正確；由題給數(shù)據(jù)可知，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，五氯化磷的濃度小于0.8 mol·L－1，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，容器Ⅲ相當(dāng)于容器Ⅰ壓強(qiáng)增大1倍，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，五氯化磷的濃度比容器Ⅰ中的2倍要大，大于0.4 mol·L－1，則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器Ⅲ中0.4 mol·L－112．在恒溫條件下，向盛有食鹽的2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)：
①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)　ΔH1＜0　平衡常數(shù)K1
②2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)　ΔH2＜0　平衡常數(shù)K2
10 min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡測(cè)得容器內(nèi)體系的壓強(qiáng)減少20%，10 min內(nèi)用NOCl(g)表示的平均反應(yīng)速率v(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1。下列說法不正確的是(　　)
A．反應(yīng)4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)為 eq \f(K,K2)
B．平衡后c(Cl2)＝2.5×10－2 mol·L－1
C．其他條件保持不變，反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，則平衡常數(shù)K2增大
D．平衡時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為50%
C　[A.4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)可由反應(yīng)①×2－②得到，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算規(guī)律可得此反應(yīng)平衡常數(shù)為 eq \f(K,K2) ，A項(xiàng)正確；B.10 min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得容器內(nèi)體系的壓強(qiáng)減少20%，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為(0.2＋0.2＋0.1) mol×(1－20%)＝0.4 mol，10 min內(nèi)用NOCl(g)表示的平均反應(yīng)速率v(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1，則平衡時(shí)n(NOCl)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1×10 min×2 L＝0.15 mol，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)①中消耗的NO2為x mol，反應(yīng)②中消耗的Cl2為y mol，根據(jù)方程式①和②可得，反應(yīng)①中生成的NOCl(g)為0.5x mol，反應(yīng)②中消耗的NO(g)為2y mol，消耗的Cl2(g)為y mol，生成的NOCl(g)為2y mol。根據(jù)已知信息可列方程
解得x＝0.1 mol，y＝0.05 mol
故平衡后c(Cl2)＝＝2.5×10－2 mol·L－1，B項(xiàng)正確；C.平衡常數(shù)只受溫度影響，其他條件保持不變，反應(yīng)在恒壓條件下進(jìn)行，平衡常數(shù)K2不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D.平衡時(shí)NO2轉(zhuǎn)化0.1 mol，故轉(zhuǎn)化率為50%，D項(xiàng)正確。]
13．在恒容密閉容器中，加入足量的MoS2和O2，僅發(fā)生反應(yīng)：2MoS2(s)＋7O2(g)2MoO3(s)＋4SO2(g)　ΔH。測(cè)得氧氣的平衡轉(zhuǎn)化率與起始?jí)簭?qiáng)、溫度的關(guān)系如圖所示：
(1)p1、p2、p3的大小： 。
(2)若初始時(shí)通入7.0 mol O2，p2為7.0 kPa，則A點(diǎn)平衡常數(shù)Kp＝ (用氣體平衡分壓代替氣體平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，寫出計(jì)算式即可)。
解析：　(1)該反應(yīng)的正反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氧氣轉(zhuǎn)化率增大，所以壓強(qiáng)：p1＞p2＞p3。
(2)若初始時(shí)通入7.0 mol O2，p2為7.0 kPa，A點(diǎn)氧氣轉(zhuǎn)化率為50%，則A點(diǎn)n(O2)＝7.0 mol×(1－50%)＝3.5 mol，生成n(SO2)＝×4 ＝2 mol，恒溫恒容條件下氣體壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，所以A點(diǎn)壓強(qiáng)為×7.0 kPa＝5.5 kPa，p(O2)＝×5.5 kPa＝3.5 kPa，p(SO2)＝(5.5－3.5)kPa＝2 kPa，則A點(diǎn)平衡常數(shù)Kp＝＝(kPa)－3＝(kPa)－3 。
答案：　(1)p1＞p2＞p3　(2)(kPa)－3
14．碘及其化合物有著多方面的用途，用化學(xué)反應(yīng)原理研究碘及其化合物有重要意義。回答下列問題：
(1)一碘甲烷(CH3I)熱裂解可制取乙烯等低碳烯烴化工原料。一碘甲烷(CH3I)熱裂解時(shí)主要反應(yīng)有：
反應(yīng)Ⅰ：2CH3I(g)C2H4(g)＋2HI(g)　ΔH1
反應(yīng)Ⅱ：3C2H4(g)2C3H6(g)　ΔH2
反應(yīng)Ⅲ：2C2H4(g)C4H8(g)　ΔH3＝a kJ·mol－1(298 K)
在體積為1 L的密閉容器中，起始投料1 mol CH3I(g)，反應(yīng)溫度對(duì)平衡體系中乙烯、丙烯和丁烯物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的影響如圖所示。
若維持體系溫度為715 K，CH3I(g)的平衡轉(zhuǎn)化率為 ，反應(yīng)Ⅰ以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)Kx＝ 。
(2)研究HI的分解與合成對(duì)提高(1)述反應(yīng)Ⅰ中CH3I(g)的平衡轉(zhuǎn)化率有重要意義。T ℃，將a mol I2(g)和a mol H2(g)置于已抽成真空的特制1 L密閉容器中，40 min時(shí)體系達(dá)到平衡，體系中存在如下反應(yīng)關(guān)系：
Ⅰ.I2(g)2I(g)　Kp1＝2.304
Ⅱ.H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)　Kp2
Ⅲ.HI(g)H(g)＋I(xiàn)(g)　Kp3＝8.0×10－6
Ⅳ.H2(g)2H(g)　Kp4＝1.0×10－9
①則Kp2＝ 。
②實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡體系總壓強(qiáng)為5.0×107 Pa，HI的分壓為3.6×107 Pa，H2的分壓為7.2×106 Pa，已知該反應(yīng)的正反應(yīng)速率為v正＝k正·x(H2)·x(I2)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·x2(HI)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，若k正＝b min－1，在t＝40 min時(shí)，v正＝ min－1(用含b的代數(shù)式表示)。
解析：　(1)由圖可知，715 K，平衡時(shí)n(C3H6)＝n(C4H8)＝2n(C2H4)，設(shè)平衡時(shí)n(C2H4)＝x，則n(C3H6)＝n(C4H8)＝2x，n(CH3I)＝y(tǒng)，則由Ⅰ守恒可知n(HI)＝1－y，由C守恒可得1＝y(tǒng)＋2x＋6x＋8x①，C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為4%，得4%＝
②，由①②得x＝，y＝，故CH3I的轉(zhuǎn)化率為×100%＝80%；平衡時(shí)n(總)＝1＋5x＝，CH3I的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為＝，HI的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為＝，則Kx＝＝0.64。
(2)①由蓋斯定律可知，Ⅱ＝Ⅰ＋Ⅳ－2Ⅲ，故Kp2＝ eq \f(Kp1·Kp4,K) ＝＝36。
②因?yàn)閴簭?qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，40 min達(dá)到平衡時(shí)，Kp2＝，即36＝，故p(I2)＝5×106Pa，故v正＝k正·x(H2)·x(I2)＝b×× min－1＝1.44×10－2b min－1。
答案：　(1)80%　0.64
(2)①36　②1.44×10－2b
學(xué)生用書?第173頁

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