届高考化学二轮复习微专题2微专题2全面突破化学反应速率化学平衡常数及转化率的判断与计算学案.docx

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届高考化学二轮复习微专题2微专题2全面突破化学反应速率化学平衡常数及转化率的判断与计算学案

微专题2　全面突破化学反应速率、化学平衡常数及转化率的判断与计算

1.化学平衡常数

（1）意义：

化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。

K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。

K的大小只与温度有关。

（2）化学平衡常数表达式：

对于可逆化学反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）在一定温度下达到化学平衡时，K＝

。

另可用压强平衡常数表示：

Kp＝

[p（C）为平衡时气体C的分压]。

（3）依据化学方程式计算平衡常数

①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。

②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝

。

③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。

2.转化率、产率及分压的计算

反应物转化率＝

×100%

产物的产率＝

×100%

分压＝总压×物质的量分数

3.常用的气体定律

同温同体积：

p（前）∶p（后）＝n（前）∶n（后）

同温同压强：

＝

＝

＝

1.（2018·全国卷Ⅰ，28）采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。

回答下列问题：

（1）1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。

该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。

（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：

2N2O5（g）―→4NO2（g）＋O2（g）

2N2O4（g）

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。

体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5（g）完全分解]：

t/min

0

40

80

160

260

1300

1700

∞

p/kPa

35.8

40.3

42.5

45.9

49.2

61.2

62.3

63.1

①已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

②研究表明，N2O5（g）分解的反应速率v＝2×10－3×

kPa·min－1。

t＝62min时，测得体系中

＝2.9kPa，则此时

＝________kPa，v＝________kPa·min－1。

③若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）________63.1kPa（填“大小”“等于”或“小于”），原因是________________________。

④25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp＝________kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。

（3）对于反应2N2O5（g）―→4NO2（g）＋O2（g），R.A.Ogg提出如下反应历程：

第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡

第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应

第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。

下列表述正确的是________（填标号）。

A.v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）

B.反应的中间产物只有NO3

C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效

D.第三步反应活化能较高

答案　

（1）O2　

（2）①＋53.1　②30.0　6.0×10－2

③大于　温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高　④13.4　（3）AC

解析　

（1）Cl2与AgNO3反应生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。

（2）①令2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1　a

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1　b

根据盖斯定律，a式×

－b式可得：

N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）　ΔH＝＋53.1kJ·mol－1。

②由方程式2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）可知，62min时，

＝2.9kPa，则减小的N2O5为5.8kPa，此时

＝35.8kPa－5.8kPa＝30.0kPa，则v（N2O5）＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。

④时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）知，此时生成的

＝2

＝2×35.8kPa＝71.6kPa，

＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。

由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则

　　　　　N2O4（g）2NO2（g）

初始压强/kPa　　0　　　　71.6

转化压强/kPa　　x　　　　2x

平衡压强/kPa　　x　　　　71.6－2x

则x＋（71.6－2x）＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝

＝

≈13.4kPa。

（3）第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。

2.[2018·全国卷Ⅲ，28（3）]三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。

回答下列问题：

对于反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343K时反应的平衡转化率α＝________%。

平衡常数K343K＝________（保留2位小数）。

②在343K下：

要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。

③比较a、b处反应速率大小：

va________vb（填“大于”“小于”或“等于”）。

反应速率v＝v正－v逆＝k正x2

－k逆x

x

，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的

＝________（保留1位小数）。

答案　①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物浓度　③大于　1.3

解析　温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，左边曲线达到平衡的时间短，则此曲线代表343K时SiHCl3的转化率变化，右边曲线代表323K时SiHCl3的转化率变化。

①由题图可知，343K时反应的平衡转化率α＝22%。

设起始时SiHCl3（g）的浓度为1mol·L－1，则有

　　　　　2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始浓度/mol·L－1　1　　　　　　0　　　　　0

转化浓度/mol·L－1　0.22　　　　0.11　　　0.11

平衡浓度/mol·L－1　0.78　　　　0.11　　　0.11

则343K时该反应的平衡常数K343K＝[c（SiH2Cl2）·c（SiCl4）]/c2（SiHCl3）＝0.112/0.782≈0.02。

②在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物浓度、改进催化剂等。

③温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：

va>vb。

反应速率v＝v正－v逆＝k正x2

－k逆x

x

，则有v正＝k正x2

，v逆＝k逆x

x

，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正x2

＝k逆x

x

，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，k正/k逆＝0.112/0.782≈0.02。

a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有v正/v逆＝（k正x2

）/（k逆x

x

）＝k正/k逆·x2

/（x

x

）＝0.02×0.82/0.12≈1.3。

3.[2017·全国卷Ⅰ，28（3）]H2S与CO2在高温下发生反应：

H2S（g）＋CO2（g）COS（g）＋H2O（g）。

在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

①H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。

②在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0（填“>”“<”或“＝”）。

③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________（填标号）。

A.H2SB.CO2C.COSD.N2

答案　①2.5　2.8×10－3　②>　>　③B

解析　①设平衡时H2S转化的物质的量为xmol。

　　　H2S（g）＋CO2（g）COS（g）＋H2O（g）

初始/mol0.400.1000

转化/molxxxx

平衡/mol0.40－x0.10－xxx

由题意得：

＝0.02

解得：

x＝0.01，

H2S的平衡转化率α1＝

×100%＝2.5%

K＝

＝

＝

≈2.8×10－3。

②温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。

温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。

③A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。

4.[2016·全国卷Ⅰ，27

（2）②]元素铬（Cr）在溶液中主要以Cr3＋（蓝紫色）、Cr（OH）

（绿色）、Cr2O

（橙红色）、CrO

（黄色）等形式存在，Cr（OH）3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：

CrO

和Cr2O

在溶液中可相互转化。

室温下，初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c（Cr2O

）随c（H＋）的变化如图所示。

由图可知，溶液酸性增大，CrO

的平衡转化率______（填“增大”“减小”或“不变”）。

根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。

答案　增大　1.0×1014

解析　由图中A点数据，可知：

c（Cr2O

）＝0.25mol·L－1、c（H＋）＝1.0×10－7mol·L－1，则进一步可知平衡时c（CrO

）＝1.0mol·L－1－2×0.25mol·L－1＝0.5mol·L－1，根据平衡常数的定义可计算出该转化反应的平衡常数为1.0×1014。

5.[2