平衡的计算.docx

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平衡的计算

平衡的计算

§3.2化学平衡

（5化学平衡的计算）

【归纳与整理】

一、化学平衡常数------平衡混合物中各组分的物质的量浓度之间的限制关系

1．概念

在一定温度下，当一个可逆反应达到时，生成物与反应物的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号

表示。

2．表达式

对于可逆反应mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）在一定温度条件下达到平衡时：

．平衡浓度

只写浓度可变的溶液相和气相，纯固态和纯液态物质不写入（浓度视为1）：

CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）K

Cr2O72－（aq）+H2O（l）2CrO42－（aq）+2H+（aq）K

4．K的意义

平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度（即反应限度）的特征值，一般可认为，K越大，表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比值越大，也就是反应进行的程度越大；反之，K越小，表示反应进行的程度越小。

一般地说，K＞K时，该反应进行得就基本完全了。

F2+H22HFK=6.5×10l2+H22HClK=2.57×1033

Br2+H22HB×1019

I2+H22HIK=8.67×102

5．影响K的因素

浓度压强催化剂温度

放热反应,温度升高,平衡常数______________（“变大”、“变小”）

吸热反应,温度升高,平衡常数______________（“变大”、“变小”）

6．平衡常数K的表达

（1）化学计量数扩大2倍，N2+3H22NH/2N2+3/2H2NH

（2）互逆反应，其平衡常数

2NO2N2N2O42NO2（3）反应方程式相加（减），平衡常数相

NH4INH3+HI①2HIH2+I2②K2=

2NH4INH3+I2+H2③（4）用实际参加反应的粒子进行表达

Cl2+H2OH++Cl-+HCl．平衡常数K的应用

（1）判断可逆反应进行的限度

（2）判断一个可逆反应是否达到平衡

若用起始时各物质浓度幂之积的比值（用Q表示）与K比较，可判断可逆反应进行的方向。

当Q=K时，可逆反应；

当QK时，可逆反应；

当QK时，可逆反应。

二、平衡转化率

某个指定反应物的转化率=

三、化学平衡计算

化学平衡计算三步曲

mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）

n起始/molabcd

n变化/mol　　mxnxpxqx

n平衡/mol　a-mxb-nxc+pxd+qx

【例1】已知在800K时，反应：

（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

若起始浓度c（CO）=2molL-1，c（H2O）=3molL-1，则反应达平衡时，CO转化成CO2的转化率为60%，如果将H2O的起始浓度加大为6molL-1，试求此时CO转化为CO2的转化率。

【基本练习】

转化率有关的计算

1．将1mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应：

A（g）+3B（g）2C（g）（△H0）。

达到平衡时，B的转化率为50%，则A的转化率为

A．25%B．30%C．40%D．50%

2．将2mol气体A和3mol气体B在一定条件下发生反应：

A（g）+3B（g）2C（g）（△H0）。

达到平衡时，B的转化率为50%，则A的转化率为

A．25%B．30%C．40%D．50%

3．在一定条件下进行的合成氨反应，当反应达到平衡时，实验测得N2的转化率为25%，而H2的转化率为37.5%。

则起始时N2和H2的物质的量之比为：

A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．2∶1

4．在一定温度下，在密闭容器中使NO2分解，2NO22NO+O2，反应达到平衡时，容器内压强为原来的1.4倍，则NO2的分解率为

A．20%B．40%C．50%D．80%

5．在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：

A（g）+2B（g）2C（g），反应达到平衡时，若混和气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等。

则这时A的转化率为

A．40%B．50%C．60%D．70%

6．X、Y、Z为三种气体，把amolX和bmolY充入一密闭容器中，发生反应：

X+2Y2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足n（X）+n（Y）=n（Z），则Y的转化率为

A．B．C．D．

7．如右下图所示两个等体积的容器，A为恒压容器，B为恒容容器。

在相同温度下，分别将1molN2和3molH2混合气体充入A、B容器中，发生如下反应：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H=-92.4kJ/mol。

保持温度不变，A、B容器中的反应均达到平衡状态。

平衡时，A容器中气体体积为起始时的4/5，平衡状态记为P。

试回答下列问题：

（1）平衡时A容器中NH3的体积分数是。

若要使B容器中NH3的体积分数与A容器中相同，可采取的措施是。

（2）若保持温度不变，向B容器中补加cmolNH3，再次达到平衡时，A、B两容器中压强恰好相等，则c=。

（3）若保持温度不变，开始时向容器A中加入amolN2、bmolH2和cmolNH3，要使反应向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与原A平衡状态P相同，则起始时，c的取值范围是。

（4）若保持温度不变，开始时向容器B中加入amolN2、bmolH2和1molNH3，平衡时，测得放出的热量为23.1kJ，NH3的体积分数与A容器平衡状态P相同，则a+b的值是。

化学平衡常数有关的计算

1．在某一容积为2L的密闭容器内，加入0.8mol的H2和0.6mol的I2，在一定的条件下发生如下反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g）；△H0。

反应中各物质的浓度随时间变化情况如图1：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为；

（2）根据图1数据，反应开始至达到平衡时，平均速率v（HI）为；

（3）反应达到平衡后，第8分钟时：

①若升高温度，化学平衡常数K（填写增大、减小或不变）HI浓度的变化正确；（用图2中a～c的编号回答）

②若加入I2，H2浓度的变化正确的是。

（用图2中d～f的编号回答）

（4）反应达到平衡后，第8分钟时，若反容器的容积扩大一倍，请在图3中画出8分钟后HI浓度的变化情况。

2．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的关系如下表：

t℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为

（2）该反应△H0

（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是

A．容器内压强不变B．混合气体中c（CO）不变

C．v正（H2）=v逆（H2O）D．c（CO2）=c（CO）

（4）某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）c（H2）=c（CO）c（H2O），此时t=℃

3．（2007广东省茂名二模）反应Fe（s）+CO2（g）FeO（s）+CO（g）的平衡常数为K1；反应Fe（s）+H2O（g）FeO（s）+H2（g）的平衡常数为K2。

在不同温度时K1、K2的值如下表：

温度（绝对温度）K1K222

（1）推导反应CO2（气）+H2（气）CO（气）+H2O（气）的平衡常数K与K1、K2的关系式：

。

（2）计算K值：

温度为973开时K=；1173开时：

K=。

通过K值的计算

（1）反应是反应（填“吸热”或“放热”）。

（3）在一体积为10L的密闭容器中，加入一定量的CO2和H2O（气），在1173开时发生反应并记录前5min的浓度，第6min时改变了反应的条件。

各物质的浓度变化如下表：

时间/minCO2H2OCOH2

00.20000.300000

20.17400.27400.02600.0260220.07270.17270.12730.120.03500.13500.1650

①前2min，用CO表示的该化学反应的速率是：

。

②在3~4min之间，反应处于状态（填“平衡”或“非平衡”）。

③第6min时，平衡向方向移动，可能的原因是。

4．（2007山东省泰安市期末）合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对我国实现农业现代化起着重要作用。

根据已学知识回答下列问题：

已知N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=－92.4kJmol－1

（1）合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是（填序号）；

A．采用较高压强（20MPa~50MPa）

B．采用500℃的高温

C．用铁触媒作催化剂

D．将生成的氨液化并及时从体系中分离出来

（2）合成氨工业中采用了较高压强（20MPa~50MPa），而没有采用100MPa或者更大压强，试解释没有这么做的理由；

（3）在容积均为2L（容器体积不可变）的甲、乙两个容器中，分别加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2，在相同温度、催化剂下使其反应。

最终达到平衡后，两容器N2转化率分别为α甲、α乙，则甲容器中平衡常数表达式为（用含α甲的代数式表示），此时α甲α乙（填“＞”、“＜”“＝”）。

5．（2007上海市调研）

甲烷蒸气转化反应为：

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）,工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2。

已知温度、压强和水碳比[]对甲烷蒸汽转化反应的影响如下图：

图1（水碳比为3）图2（水碳比为3）图3（800℃）

（1）该反应平衡常数K表达式为________________________。

（2）升高温度，平衡常数K__________（选填“增大”、“减小”或“不变”，下同），降低反应的水碳比，平衡常数K__________。

（3）图2中，两条曲线所示温度的关系是：

t1_____t2（选填、=或）；在图3中画出压强为2MPa时，CH4平衡含量与水碳比之间关系曲线。

（4）工业生产中使用镍作催化剂。

但要求原料中含硫量小于5×10-7%，其目的是____________________________。

参考答案:

1【解析】D

2【解析】A

3【解析】B

4【解析】D

5【解析】A

6【解析】B

15【解答】

（1）25%增加N2、H¬2或降低温度

（2）0（3）0.8c≤2（4）化学平衡常数有关的计算

1【解析】本题为05上海高考题25

（1）K=c2（HI）c（H2）c（I2）

（2）0.167mol/L（3）①减小c

②f

（4）见右图

2【解析】

3【解答】

（1）K=K1/K2

（2）0.62；1.29；吸热

（3）①ｖ（CO）=0.0130molL-1nin-1②平衡

③右或正反应；升高温度（或减少了H2的浓度）

4【解答】

（1）B、C

（2）压强越大，消耗的动力越大，对设备的要求越高，而总体经济效益提高不大

（3）；＞