備戰(zhàn)2024年高考化學【一輪?夯基提能】復習精講精練

第36講化學平衡常數(shù)(Kc、Kp)、速率常數(shù)及相關計算

曜本講復習目標

1.理解化學平衡常數(shù)的含義，能進行化學平衡常數(shù)、轉化率的簡單計算。

2.掌握壓強平衡常數(shù)的計算方法。

3.了解速率常數(shù)與化學平衡常數(shù)的關系并能進行有關計算。

曜夯基?知識精講

一.化學平衡常數(shù)的含義及應用

1.表達式

對于i般的可逆反應〃?A(g)+〃B(g)--1/X2(g)+^D(g)

(1)濃度商：在任意時刻的;,通常用。表示。

(2)化學平衡常數(shù)：在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度相之積與反應物濃度

哥之積的比值是一個常數(shù)，用符號K表示：K=…、，固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不

計入平衡常數(shù)表達式中。

2.平衡常數(shù)與方程式的關系

(1)化學平衡常數(shù)是指某一具體反應的平衡常數(shù)。

(2)在相同溫度下，對于給定的可逆反應，正逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，即KIE=｝。

K逆

(3)方程式乘以某個系數(shù)x,則平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉淼腦次方。

(4)兩方程式相加得總方程式，則總方程式的平衡常數(shù)等于兩分方程式平衡常數(shù)的乘積，即K^=K、K。

3.意義及影響因素

(DK值越大，反應物的轉化里越大，正反應進行的程度越大。

K<10-510-5-105>105

反應程度很難進行反應可逆反應接近完全

(2)K值只受溫度的影響，與物質的濃度、壓強等的變化無關。

內(nèi)因反應物本身的性質

影響因素AH<0,K值減小

外因溫度升高

AH>0,K值增大

提醒：

①K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。

②K俏的大小只能預示某可逆反應向某方向進行的最大限度，不能預示反應達到平衡所需要

的時間。

③當KA105時，可以認為反應進行完全。

4.應用

(1)判斷正在進行的可逆反應是否達到平衡或反應進行的方向。

___f,(C)(D)

(2)對于可逆反應：加A(g)+〃B(g):?^:〃C(g)+qD(g)的任意狀態(tài)，濃度商Q=.c”(A).("(B)

根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的大小關系，可以判斷化學平衡移動的方向：

當QVK時，反應向正反應方向進行，直至達到新的平衡狀態(tài)；

當Q=K時，反應處于平衡狀態(tài)；

當G>K時，反應向逆反應方向進行，直至達到新的平衡狀態(tài)。

(3)判斷可逆反應的反應熱

-----r*K值增大正反應為吸熱反應

升高溫度

-值減小->正反應為放熱反應

_________值增大-正反應為放熱反應

降低溫度T

值減小f正反應為吸熱反應

5.化學平衡常數(shù)和轉化率的有關計算

(1)掌握一個方法——“三段式”法

“三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙解題時，要注意準確地列出起始量、變化量、平

衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。

對以下反應：〃?A(g)+〃B(g)/((g)+2(g),令A、B起始物質的量(mol)分別為a、b,達到平衡后，

A的消耗量為nvcmol,容器容積為VLo

〃?A(g)+〃B(g)^^:pC(g)+qD(g)

起始/molab00

變化/molirvcnxPXqx

平衡/mola-mxb-nxPXqx

(2)明確三個量的關系

①三個量：即起始量、變化量、平衡量。

②關系：

對于同一反應物，起始量一變化量=平衡量。

對于同一生成物，起始量+變化量=平衡量。

各轉化量之比等于各反應物的化學計量數(shù)之比。

(3)掌握以下公式

令爺/

①平衡常數(shù)：K=

a—吟力一吟

V,V

-,

②A的平衡濃度：°(人)=幺+mol-Lo

③A的轉化率：a(A)=^xlOO%,a(A):a(B)=^:詈=臀

a〃(轉化)C?(轉化)、

(轉化率=〃(起始)X100%=c(起始)X100%)

C.對于反應③，恒容時，溫度升高，H?濃度減小，則該反應的焰變?yōu)橹怪?/p>

D.對于反應③，恒溫恒容時，增大壓強，氏濃度一定減小

【例題31在容積一定的密閉容器中，加入一定量的一氧化氮和足量碳發(fā)生化學反應：C(s)+2N0(g)

CO2(g)+N2(g),平衡時以NO)與溫度丁的關系如圖所示，則下列說法正確的是()

c(NO)/(mol?L-1)

A.該反應的A”>0

B.若該反應在/時的平衡常數(shù)分別為K、七,則K|VK2

C.若狀態(tài)B、C、D的壓強分別為PB、〃c、〃D，則PC=〃D>PB

D.在小時，若反應體系處于狀態(tài)D,則此時^正>丫逆

:;±

［例題4］某溫度下，在密閉容器中進行反應：H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)AH>0,已知Hz(g)和

CCh(g)的初始濃度均為0.01mobLj測得H2的平衡轉化率為60%,下列說法不正確的是()

A.CCh的平衡轉化率為60%

B.升高溫度平衡常數(shù)K增大

C.該溫度下反應的平衡常數(shù)K=2.25

D.若初始Hz(g)、82(g)、H2O(g)>CO(g)的濃度均為0.01molL，則反應逆向進行

【例題5】在一定體積的密閉容揭中，進行如下化學反應：CO，(g)+H)(g)ncO(g)+H，O?,其化學平衡

常數(shù)K和溫度，的關系如表所示：

//℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

回答下列問題：

(1)該反應的化學平衡常數(shù)表達式為K=

⑵該反應為(填“吸熱”或“放熱”)反應。

⑶某溫度下，各物質的平衡濃度符合下式：3C(CO2).C(H2)=5C(CO)C(H2O),試判斷此時的溫度

為℃<.

(4)若830c時，向容器中充入1mol8、5molH2O,反應達到平衡后，其化學平衡常數(shù)K(填“大

于，、，小于，喊“等于，，)10。

(5)830°C時，容器中的化學反應已達到平衡。在其他條件不變的情況下，擴大容器的體積。平衡(填

“向正反應方向小向逆反應方向"或“不”)移動。

二.壓強平衡常數(shù)(6)

1.壓強平衡常數(shù)(勺)

(1)當把化學平衡常數(shù)K表達式中各物質的濃度用該物質的分壓來表示時，就得到該反應的壓強平衡常數(shù)

%其表達式的意義相同。

對于一般可逆反應mA+〃B-〃C+qD,當在一定溫度下達到平衡時，其壓強平衡常數(shù)Kp=

，其中MA)、〃(B)、〃(C)、p(D)表示反應物和生成物的分壓，平衡分壓計算方法如下：

PkA2'PVD7

某氣體的分壓=總壓P(總)X該氣體的物質的量分數(shù)(或體積分數(shù))。

p(總)=p(A)+p(B)+p(C)+p[D)；

(2)勺僅適用于氣相發(fā)生的反應。

2.計算步驟及模板

(1)計算步驟

①根據(jù)三段式法計算平衡體系中各組分的物質的量或物質的量濃度。

②計算各氣體組分的物質的量分數(shù)或體積分數(shù)。

③根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質的分壓。

④根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。

(2)兩種勺的計算模板：

①平衡總壓為po

N2（g）+3H2（g）--2NH?（g）

〃（平）abc

〃（分壓）湍/）房率7°在

②剛性容器起始壓強為欣，平衡轉化率為（X。

2NO2（g）-N2O4<g）

P（始）P。0

1

△ppoaE〃ca

1

P（平）po-poa于以

I

*a

/一（⑷-poa）2

【例題1】研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)苯是優(yōu)質儲氫材料：C6H6（l）+3H2（g）=C6H|2⑴。一定溫度下，在密閉容器中

充入一定量液態(tài)苯（足量）和適量氫氣，經(jīng)反應達到平衡后，測得c（H?=2molfo保持溫度不變，將體積

壓縮至原來的一半，達到新平衡時以142）為（）

A.1mol-L1B.2mol-L1

C.3mol-L_1D.4mol-L-1

【例題21在1470K、100kPa反應條件F,將H（H2S）：n（Ar）=l：4的混合氣進行H2S熱分解反應2H2s（g）

-S2（g）+2H2（g）o平衡時混合氣中H2s與比的分壓相等，H2s平衡轉化率為,平衡常數(shù)。=

kPa。

【例題3】在一剛性密閉容器中，CH4和CO2的分壓分別為20kPa、25kPa,加入Ni/aAKh傕化劑并加熱

至I123K使其發(fā)生反應：CH4（g）+CO2（g）-2CO（g）+2H2（g）o達到平衡后測得體系壓強是起始時的1.8

倍，則該反應的平衡常數(shù)的計算式為楊=kPa?（用各物質的分壓代替物質的最濃度計算）。

【例題4】一定溫度和催化劑條件下，將1molN?和3moi%充入壓強為po的恒壓容器中，測得平衡時N?

的轉化率為50%,計算該溫度下的壓強平衡常數(shù)(%)。

【例題5】SO2與。2反應可制得磺酰氯(SO202)，反應為SO2(g)+C12(g)4^SO2c12(g)。按投料比1：1把

SO?與Cb充入一恒壓的密閉容器中發(fā)生上述反應，S02的轉化至與溫度7的關系如下圖所示：

若反應一直保持在P壓強條件下進行，則M點的壓強平衡常數(shù)Kp=(用含p的表達式表示，用平

衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓x體積分數(shù))。

三.速率常數(shù)與平衡常數(shù)的計算

1.速率常數(shù)

(0速率常數(shù)含義

速率常數(shù)出是指在給一定溫度下，反應物濃度皆為1molL-1時的反應速率。在相同的濃度條件下，可

用速率常數(shù)大小來比較化學反應的反應速率。

化學反應速率與反應物濃度(或濃度的次方)成正比，而速率常數(shù)是其比例常數(shù)，在恒溫條件下，速率常

數(shù)不隨反應物濃度的變化而改變。因此，可以應用速率方程求出該溫度下任意濃度時的反應速率。

(2)速率方程

?定溫度下，化學反應速率與反應物濃度以其計量數(shù)為指數(shù)的冢的乘積成正比。

對于基元反應(能夠一步完成的反應)：〃A+〃B=gG+〃H

則片h，A)d(B)(其中k為速率常數(shù))。如

①SO2c12KiSO2+CI2V=A：|C(SO2C12)

2

@2NO22NO+O2V=A2C(NO2)

22

③2H2+2NOK^NZ+ZHZOV=^C(H2)C(NO)

(3)速率常數(shù)的影響因素

溫度對化學反應速率的影響是顯著的，速率常數(shù)是溫度的函數(shù)，通常反應速率常數(shù)越大，反應進行的

越快。同一反應，溫度不同，速率常數(shù)將有不同的值，但濃度不影響速率常數(shù)。

2.相同溫度下，正、逆反應的速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關系

對于基元反應：〃A(g)+bB(gi-^gG(g)+/7H(g)

V(正)=hY(A)"'(B)；

W逆)=&豺第G)d(H)

平衡常數(shù)公"C(；A)；￡'C罌(B)=KiS"-ViE

反應達平衡時，VjE=y逆,故K=3

【例題1】1molCH3cH20H和Imol氏0充入恒容密閉容器中發(fā)生反應：2CO(g)+4H2(g)=5=±CH3cH20H(g)

+H2O(g),在550K時，氣體混合物中H2的物質的量分數(shù)MH?)與反應時間/的關系如表所示.

r/min020406080100

X(H2)/%01529404848

上述反應中，正反應速率-=%正?f(CO>f(H2),逆反應速率相=心MCH3cH2OH)MH2O),其中2正、k逆

為速率常數(shù)，則&=(以K.和4正表示，其中長為用物質的量分數(shù)表示的平衡常數(shù)),

若K2>=75mol-L'min在f=80minH寸，va>=。

【例題2］高溫下，甲烷生成乙烷的反應如下：2cH4」也C2H5+H2。反應在初期階段的速率方程為：，=

依(CH4,其中k為反應速率常數(shù)。

(I)設反應開始時的反應速率為小，甲烷的轉化率為a時的反應速率為小貝1」「2=rio

(2)對于處于初期階段的該反應，下列說法正確的是o

A.增加甲烷濃度，「增大B.增加H2濃度，，?增大

C.乙烷的生成速率逐漸增大D.降低反應溫度，火減小

【例題3］已知在一定溫度下的可逆反應N2()4(g)4^2NC)2(g)中,口正=七正七帖。，,U逆=2逆?C2(NC)2)伏正、

k里只是溫度的函數(shù))。若該溫度下的平衡常數(shù)K'=10,則k正=k逆。升高溫度，k正增大的倍數(shù)

(填“大于”“小于”或“等于”入逆增大的倍數(shù)。

【例題4】乙烯氣相直接水合法過程中會發(fā)生乙醇的異構化反應CH50H(g)-CH30cH3(g)△H=+50.7

-1

kJmol,該反應的速率方程可■表示為vA-k正?c(C2H5OH)和小=心?c(CH30cH3),左正和我逆只與溫度有關。

該反應的活化能反⑺(填或"v")為逆)，已知：尸C時，&正=0.(X)6s，女逆=().(X)2s，該溫度下

向其恒容密閉容器中充入1.5mol乙醇和4moi甲醛，此時反應_______(填“正向”或“逆向”)進行。

【例題5】肌肉中的肌紅蛋白(Mb)可O2結合生成Mb。?，其反應原理可表示為Mb(aq)+O2(g)^^MbOzCaq),

「Mb。?

該反應的平衡常數(shù)可表示為K=。在37C條件下達到平衡時，測得肌紅蛋白的結合度(a)與〃(。2)

cMbpO?

牛成的cMbO)

的關系如圖所示券=初薪j(Mb-xMX)%]°研究表明正反應速率-正=34(Mb)?〃(。2)，逆反應速率-逆=4

wc(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應和逆反應的速率常數(shù))。

(1)試寫出平衡常數(shù)K與速率常數(shù)k工、k逆之間的關系式為K=.(用含有&匯、&連的式子表示)。

(2)試求出圖中c點時，上述反應的平衡常數(shù)K=kPa'o已知左逆=60s-1,則速率常數(shù)k正=

IkPaL

曜提能?課后精練

1.(2023秋?天津紅橋?高三統(tǒng)考期末)合成氨工業(yè)中采用循環(huán)操作，主要是為了

A.降低氨的沸點B.提高氮氣和氫氣的利用率

C.提高平衡混合物中氨的含量D.增大化學反應速率

C.逆反應速率減小D.SO2的轉化率增大

t/min010203040506070

0.1000.0800.0400.020c2C30

下列說法正確的是

選項XY

A再通入AB的轉化率

B再通入cA的體積分數(shù)

X

C通入氮氣C的物質的量

D升高溫度混合氣體的平均摩爾質量

A.AB.BC.CD.D

3

?)

退

卜

會

受

更

登

生

已知：

下列說法錯誤的是

溫度工T2

轉化率10%70%70%60%

A.該反應是吸熱反應

C.工溫度下，在15min后繼續(xù)進行反應，A的轉化率變大

C.4min時，CO2的轉化率約為71.4%

第二步：……

下列說法不氐畫的是

B.升高溫度可以使K增大

C.由K可判斷，第三步不是整個過程的決速步

A.總反應速率主要取決于反應②的快慢

B.升高溫度，平衡常數(shù)匕、占均增大

C.2與CO?均為直線形分子

A.反應速率：%(正)(逆)

B.L點：轉化率為50%,Q(濃度商)〉K

15.(2023?重慶渝中?高三重慶巴蜀中學?？茧A段練習)已知CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)△H>0o

在密閉容器中充入等體積的反應物，測得平衡時CO2、比的氣體壓強對數(shù)有如圖所示關系，壓強的單位為

MPa。下列說法錯誤的是

(

X

X

V■

a

012lgp(CO2)

A.a點時對應的Kp二」(MPa)2

64

B.TI>T2

C.c點對應的p(C02)=1000MPa

D.當容器中CH』與CO的壓強比為1：2時，不能說明該反應達平衡狀態(tài)

16.(2023春?上海徐匯?高二上海市徐匯中學?？计谀?由H、C、N、0、S等元素形成的多種化合物在生

產(chǎn)生活中有著重要應用。

I.研究表明，在催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應，分別生成CH30H和CO,反應的熱化學

方程式如下：

(1)關于上述反應①說法正確的是___________o

A.△S>0B.△S<0c.低溫自發(fā)D.高溫自發(fā)

(2)恒容條件下，能說明反應②已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是

A,混合氣體的平均相對分子質量不變B.混合氣體的密度不變

C.v(比)正二v(CO)正D.n(CO)/n(H2)不變

(3)在恒容密閉容器中發(fā)生反應①，有利于提高CO?平衡轉化率的措施有。

A,降低反應溫度

B.增大壓強(物質狀態(tài)不變)

C.增大C6的物質的量

D.混合氣體中摻入一定量情性氣體(不參與反應)

II.「時,將I.OOmclCCh和MOOmOFh充入體積為L00L的恒容密閉容器中發(fā)生反應①,已知容器起始壓

強為po,經(jīng)過3h反應達到平衡，平衡后混合氣體的物質的量為3.(X)mol。

(4)達到平衡時，CO2的轉化率為o

(5)該過程中的平均反應速率為mol-L'h1；

(6)寫出反應①的平衡常數(shù)表達式K=oK可用反應體系中氣體物質分壓表示，即用平衡分壓代

替平衡濃度，分壓二總壓x物質的量分數(shù)。則上述反應的平衡常數(shù)KP=(用含po的代數(shù)式表示)。

17.(2023秋?湖北武漢.高三開學考試)我國力爭于203()年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。CO?催

化加氫合成二甲醛是一種實現(xiàn)“碳中和”理想的CO2轉化方法。該過程中涉及的反應如下：

回答下列問題：

(1)主反應通過以下步驟來實現(xiàn)：

CH3GC%鈉蠅性一

10%

CQ?的轉化等

0%

①co?平衡轉化率隨溫度升高而增大的原因是

A.升高溫度B.增大壓強

(4)二甲健直接燃料電池具有啟動快、效率高、能量密度大等優(yōu)點。若電解質溶液呈堿性，二甲醛直接燃料

電池的負極反應為o

18.(2023?河北滄州??？既?二氧化碳的吸收和利用是實現(xiàn)J碳中和”的重要途徑。

(2)尿素易溶于水，從微觀角度解釋其主要原因為。

II.以CO?為原料合成甲醇，可以實現(xiàn)碳的循環(huán)利用。

(3)一種銅基催化劑催化CO2轉化成甲醇的催化機理如圖所示，該反應的副產(chǎn)物是o

B.氣體的壓強保持不變

C.氣體的密度保持不變

D.體系的溫度保持不變

②某甲醇燃料電池的工作原理如圖所示，鉗電極(a)上的電極反應式為

由0+空氣

空氣(。2)

19.(2023?江西南昌?南昌市八一中學校考三模)H2s的轉化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題?；卮?/p>

下列問題:

(1)采硫酚(C6HsSH)是一種重要的有機合成中間體，工業(yè)上常用氯苯(C6HK1)和硫化氫(H2S)來制備苯硫酚。

已知下列兩個反應的能量關系如圖所示，則C6H5cl與H2s反應生成C6HsSH的熱化學方程式

為。

(2)H2s與CO?在高溫下反應制得的粉基硫(COS)可用于合成除草劑。在610K時，將0.40molH2s與0.10mol

CO?充入2.5L的空鋼瓶中，發(fā)生反應：H2S(g)+CO2(g)FCOS(g)+H2O(g)AH=+35kJ/mol,反應達平衡后水蒸

氣的物質的量分數(shù)為0.02。

①在610K時，反應經(jīng)2min達到平衡，則0—2min的平均反應速率v(FhS)=。

②實驗測得上述反應的速率方程為:ViE=k￡C(H2S)C(CO2),v逆=k^c(COS>c(H2O),k正、k逆分別為正、逆

反應速率常數(shù)，速率常數(shù)k隨溫度升高而增大。則達到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數(shù)(填

或'三'》也增大的倍數(shù)。

③該條件下，容器中反應達到化學平衡狀