1、突破1个高考难点化学平衡常数及其计算1O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：反应O3O2OH0平衡常数为K1；反应OO32O2H0平衡常数为K2；总反应：2O33O2H0BNH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态CA点对应状态的平衡常数K(A)的值为102.294D30 时，B点对应状态的v正K，反应向逆反应方向进行，v正0，T1温度下的部分实验数据：t/s05001 0001 500c(N2O5)/(molL1)5.003.522.502.50下列说法不正确的是()A5
2、00 s内N2O5分解速率为2.96103 molL1s1BT1温度下的平衡常数为K1125,1 000 s时N2O5的转化率为50%C其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5的浓度为2.98 molL1，则T1K3，则T1T3解析：选Cv(N2O5)2.96103 molL1s1，A正确；1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)起始/(molL1)5.0000转化/(molL1) 2.50 5.00 1.25平衡/(molL1) 2.50 5.00 1.25则K125，(N2O5)100%50%，B
3、正确；1 000 s时，T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2K3，则T1T3，D正确。6T1 时，向容器为2 L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g)，发生如下反应A(g)2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据如下表：反应时间/minn(A)/moln(B)/mol01.001.20100.50300.20下列说法错误的是()A前10 min内反应的平均速率为v(C)0.025 0 molL1min1B其他条件不变，起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(
4、g)，达到平衡时n(C)0.25 molC其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大D温度为T2 时(T1T2)，上述反应的平衡常数为20，则该反应的正反应为放热反应解析：选D前10 min内消耗0.50 mol A，同时生成0.50 mol C，则有v(C)0.025 0 molL1min1，A正确。10 min时，反应的n(B)2n(A)2(1.00 mol0.50 mol)1.00 mol，则10 min时，B的物质的量为0.20 mol，与30 min时B的物质的量相等，则反应10 min时已达到平衡状态；其他条件不
5、变，若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g)，将容积缩小为原来的时与原平衡等效，达到平衡时n(C)0.25 mol，但扩大容积，恢复到原体积，压强减小，平衡逆向移动，故达到平衡时n(C)0.25 mol，B正确。其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A，平衡正向移动，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大，C正确。由上述分析可知，10 min时n(A)0.50 mol，此时达到平衡状态，A、B、C的浓度(molL1)分别为0.25、0.10和0.25，则有K(T1)100K(T2)20，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反
6、应为吸热反应，D错误。7工业合成氨反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)，对其研究如下：(1)已知HH键的键能为436 kJmol1，NH键的键能为391 kJmol1，NN键的键能是945.6 kJmol1，则上述反应的H_。(2)上述反应的平衡常数K的表达式为_。若反应方程式改写为N2(g)H2(g)NH3(g)，在该温度下的平衡常数K1_(用K表示)。(3)在773 K时，分别将2 mol N2和6 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表：t/min051015202530n(H2)/mol6.0
7、04.503.603.303.033.003.00n(NH3)/mol01.001.601.801.982.002.00该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3 molL1、3 molL1、3 molL1，则此时v正_(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。由上表中的实验数据计算得到“浓度时间”的关系可用下图中的曲线表示，表示c(N2)t的曲线是_。在此温度下，若起始充入4 mol N2和12 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)t的曲线上相应的点为_。解析：(1)根据HE(反应物的总键能)E(生成物的总键能)，知H945.6 kJmol1436 kJm
8、ol13391 kJmol1692.4 kJmol1。(2)该反应的平衡常数K，K1K。(3)该温度下，25 min时反应处于平衡状态，平衡时c(N2)1 molL1、c(H2)3 molL1、c(NH3)2 molL1，则K。在该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2和NH3的浓度均为3 molL1，则QK，反应向正反应方向进行，故v正大于v逆；起始充入4 mol N2和12 mol H2，相当于将充入2 mol N2和6 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时c(H2)6 molL1，而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，故平衡时3 molL
9、1c(H2)6 molL1，且达到平衡的时间缩短，故对应的点为B。答案：(1)92.4 kJmol1(2)KK(或)(3)大于乙B8甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。(1)已知：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H1890.3 kJmol1C2H2(g)O2(g)=2CO2(g)H2O(l)H21 299.6 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H3571.6 kJmol1则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)的H_。(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(P
10、a)与温度()的关系如图所示。T1 时，向2 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)2H2(g)，达到平衡时，测得c(C2H4)c(CH4)。该反应达到平衡时，CH4的转化率为_。对上述平衡状态，若改变温度至T2 ，经10 s后再次达到平衡，c(CH4)2c(C2H4)，则10 s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)_，上述变化过程中T1_(填“”或“”)T2，判断理由是_。(3)若容器中发生反应2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)，列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K_(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值
11、变大，则该条件是_(填字母)。A可能减小了C2H2的浓度B一定是升高了温度C可能增大了反应体系的压强D可能使用了催化剂解析：(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由2可得热化学方程式2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)H376.4 kJmol1。(2)设达到平衡时，甲烷转化了x molL1，根据“三段式”法进行计算： 2CH4(g)C2H4(g)2H2(g)起始/(molL1)0.15 0 0转化/(molL1) x 0.5x x平衡/(molL1) 0.15x 0.5x x则有0.15x0.5x，解得x0.1，故CH4的转化率为100%66.7%。由图像判断出该反应为吸
12、热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反应逆向移动，则T1 T2 为降温过程，即T1T2。结合的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度变化了y molL1，根据“三段式”法进行计算：2CH4(g)C2H4(g)2H2(g)起始/(molL1) 0.05 0.05 0.1转化/(molL1) y 0.5y y平衡/(molL1) 0.05y0.050.5y 0.1y则有0.05y2(0.050.5y)，解得y0.025。则v(C2H4)0.001 25 molL1s1。(3)由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下：2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)110311011104平衡常数K11
13、05。平衡常数只与温度有关，由题给图像可知该反应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。答案：(1)376.4 kJmol1(2)66.7%0.001 25 molL1s1从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比T1 和T2 两种平衡状态，由T1 到T2 ，CH4浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1T2(3)1105B9.某压强下工业合成氨生产过程中，N2与H2按体积比为13投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是_(填“”或“”)；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是_(
14、填“吸热”或“放热”)反应。(2)图甲中a点，容器内气体n(N2)n(NH3)_，图甲中b点，v(正)_v(逆)(填“”“”或“”)。.以工业合成氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)2(l)H2O(g)。工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线、表示在不同水碳比时，CO2的平衡转化率与氨碳比之间的关系。(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_。(2)曲线、对应的水碳比最大的是_，判断依据是_。(3)测得B点氨气的平衡转化率为40%，则x1_。解析：.(1)曲线表示随着反应的进行，NH3的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨气的体积分数减
15、小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数会逐渐降低，故曲线表示该反应平衡时的曲线。(2)设反应前N2、H2的物质的量分别为1 mol、3 mol，a点时消耗N2的物质的量为x mol。N23H22NH3n(初始)/mol 1 3 0n(变化)/mol x 3x 2xn(平衡)/mol 1x 33x 2x50%，解得x，此时n(N2)n(NH3)14。由图甲知，b点后NH3的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时v(正)v(逆)。.(2)当氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二
16、氧化碳的转化率越小，则曲线、中对应的水碳比最大的是曲线。(3)B点二氧化碳的平衡转化率为60%，氨气的平衡转化率是40%，设NH3、CO2的起始物质的量分别为x mol、y mol，则x mol40%y mol60%，解得3，即x13。答案：.(1)放热(2)14.(1)K(2)当氨碳比相同时，水碳比越大，CO2的平衡转化率越小(3)310甲醚又称二甲醚，简称DME，熔点141.5 ，沸点24.9 ，与石油液化气(LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H190.0 kJmol12CH3OH(g)CH3O
17、CH3(g)H2O(g)H2回答下列问题：(1)若由合成气(CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g)，且生成H2O(l)，整个过程中放出的热量为244 kJ，则H2_kJmol1。已知：H2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1(2)有人模拟该制备原理，500 K时，在2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,5 min达到平衡，平衡时CO的转化率为60%，c(CH3OCH3)0.2 molL1，用H2表示反应的速率是_ molL1min1，可逆反应的平衡常数K2_。若在500 K时，测得容器中n(CH3OCH3)2n(CH3OH)，此时反应的v正_v逆(填“”
18、“”或“”)。(3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2值变小，下列说法正确的是_。A在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小B容器中CH3OCH3的体积分数增大C容器中混合气体的平均相对分子质量减小D达到新平衡后体系的压强增大(4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中，按不同投料比充入CO(g)和H2(g)进行反应，平衡时CO(g)和H2(g)的转化率如图所示，则a_(填数值)。解析：(1)已知CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H190.0 kJmol1，2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H2，H2O(l)=H2O(g)H344.0 kJmol1。由合成气(
19、CO、H2)制备1 mol CH3OCH3(g)，且生成H2O(l)，整个过程中放出的热量为244 kJ，可写出热化学方程式为2CO(g)4H2(g)CH3OCH3(g)H2O(l)H4244 kJmol1。根据盖斯定律可知反应2，则H42H1H2H3，所以H2H4H32H120.0 kJmol1。(2) CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始量/(molL1) 1 3 0转化量/(molL1) 0.6 1.2 0.6平衡量/(molL1) 0.4 1.8 0.6所以，用H2表示反应的速率是v(H2)0.24 molL1min1。2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)起始量/(
20、molL1) 0.6 0 0转化量/(molL1) 0.4 0.2 0.2平衡量/(molL1) 0.2 0.2 0.2所以，可逆反应的平衡常数K21。若500 K时，测得容器中n(CH3OCH3)2n(CH3OH)，n(CH3OCH3)n(H2O)，Q4K2，此时反应向逆反应方向进行，所以v正v逆。(3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2值变小，由于平衡常数只受温度影响，正反应为放热反应，说明反应体系的温度升高了，正、逆反应速率都增大，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大；由于反应前后气体分子数不变，容器中混合气体的平均相对分子质量不变；平衡逆向移动，所以容器中CH3OCH3的体积分数减小；虽然气体分子数不变，但是温度比原平衡升高使得达到新平衡后体系的压强增大。综上所述，A、D正确。(4)转化率100%，不同反应物的变化量之比等于化学计量数之比，所以当反应物的起始量之比等于化学计量数之比时，不同反应物的转化率必然相等，所以a2。答案：(1)20.0(2)0.241(3)AD(4)2