第20講化學(xué)平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算

日考綱考情

1.了解化學(xué)反應(yīng)的方向與培變和燧變的關(guān)系；能夠利用焰變和埔變判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。

2.了解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進行相關(guān)計算。

【核心素養(yǎng)分析】

變化觀念與平衡思想：能從化學(xué)平衡常數(shù)的角度分析化學(xué)反應(yīng)，運用化學(xué)平衡常數(shù)解決問題。能多角

度、動態(tài)地分析化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，運用化學(xué)反應(yīng)原理解決實際問題。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知：知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互

關(guān)系，建立模型。能運用模型解釋化學(xué)平衡的移動，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念，能運用化學(xué)反應(yīng)原理對與化學(xué)有關(guān)的社

會熱點問題做出正確的價值判斷。

住梳理

知識點一化學(xué)平衡常數(shù)

一、化學(xué)平衡常數(shù)的概念及應(yīng)用

1.化學(xué)平衡常數(shù)

在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡時，生成物濃度暴之積與反應(yīng)物濃度事之積的比值是'

個常數(shù)，用符號K表示。

2.表達式

(1)對于反應(yīng)6A(g)+〃B(g)UpC(g)+qD(g),K=溫同前計算K利用的是物質(zhì)的平衡濃度，而不

是任意時刻濃度，也不能用物質(zhì)的量。固體和純液體物質(zhì)的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。

(2)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)，化學(xué)反應(yīng)方向改變或化學(xué)計量數(shù)改變，化學(xué)平衡常數(shù)

均發(fā)生改變。舉例如下：

化學(xué)方程式平衡常數(shù)關(guān)系式

C2(NH)

N(g)+3H(g)12NH3(g)R3

22K,-C

(N2)-?(H2)七=兩

_C(NH)

13F<3

Ky~Kx

「N2(g)+9H2(g)i--NH3(g)C1(N2)-C|(H2)

“C(N)-C3(H)

2NH(g)x~iN2(g)+3H2(g)22

3&-?(NH5)

3.注意事項

(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化宓越高，正反應(yīng)進行的程度越大。

(2)K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。

(3)催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率，但對化學(xué)平衡常數(shù)無影響。

4.應(yīng)用

(1)判斷可逆反應(yīng)進行的程度

K值大，說明反應(yīng)進行的程度大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率高；K值小，說明反應(yīng)進行的程度小，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化

率低。

KV1(P]()?]()，>105

反應(yīng)程度很難進行反應(yīng)可逆反應(yīng)可接近完全

(2)判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向

對于可逆反應(yīng)4A(g)+/用(g)icC(g)+JD(g),在一定溫度下的任意時刻，反應(yīng)物與生成物濃度有如

下關(guān)系：

。=潟湍，稱為濃度商。

Q<K反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，V正＞1，逆

Q=K反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，U正=1，逆

Q>K反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，LEVU逆

(3)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)

二、平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算

1.明確三個量----起始量、變化量、平衡量

N2+3H2高晨壓2NH3

起始量130

變化量abc

平衡量1一。3-bc

①反應(yīng)物的平衡量=起始量一轉(zhuǎn)化量。

②生成物的平衡量=起始量+轉(zhuǎn)化量。

③各物質(zhì)變化濃度之比等于它們在化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比。變化濃度是聯(lián)系化學(xué)方程式、平衡

濃度、起始濃度、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)反應(yīng)速率的橋梁。因此抓住變化濃度是解題的關(guān)鍵。

2.掌握四個公式

(1)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=端，1。。％=喘*1(乂)％。

(2)生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高,

產(chǎn)率越大。產(chǎn)率=瑞詭、100%。

(3)平衡時混合物組分的百分含量=平衡時平:衡溫量的總量XMX)%。

⑷某組分的體積分?jǐn)?shù)=混某/組氣分湍的物/質(zhì)露的量近00%。

3.謹(jǐn)記一個答題模板

反應(yīng)：〃?A(g)+/?B(g)F—pC(g)+qD(g),令A(yù)、B起始物質(zhì)的量分別為amol、bmol,達到平衡后，A

的轉(zhuǎn)化早:為"trmol,容器容積為VL,則有以下關(guān)系：

mA(g)+〃B(g)=/￡(g)+qD(g)

起始/molab00

轉(zhuǎn)化/molmxnxPXqx

平衡/mola-mxb-nxPXqx

對于反應(yīng)物：〃(平)=〃(始)一〃(轉(zhuǎn))

對于生成物：〃(平)=〃(始)+〃(轉(zhuǎn))

則有:

三a-nix

?cr(A)=-y-mol-L

③a(A)產(chǎn)詈xlOO%，a(A):a(B)=Zy:詈=警

ca~mx

④。(A)=“+〃+(p+-)為00%

a+b+(p+g-〃?一〃A

a+Z?

'P泥=vgLF其中M(A)、M(B)分別為A、B的摩爾質(zhì)量］

⑦平衡時體系的平均摩爾質(zhì)量:

回題型剖析

高頻考點一化學(xué)平衡常數(shù)的含義

【答案】B

rmin

A.容器內(nèi)壓強不變，表明反應(yīng)達到平衡

B.時改變的條件：向容器中加入C

【答案】BC

【解析】根據(jù)圖像可知，向恒溫恒容密閉容器中充入ImolA和3molB發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)時間從開始到U

階段，正反應(yīng)速率不斷減小，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，t?時間段，正反應(yīng)速率不變，反應(yīng)達到平衡狀

態(tài)，12t3時間段，改變條件使正反應(yīng)速率逐漸增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，t3以后反應(yīng)達到新的平衡狀態(tài),

據(jù)此結(jié)合圖像分析解答。容器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為A(g)+2B(g)U3C(g),該反應(yīng)是氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng),

所以在恒溫恒容條件下，氣體的壓強始終保持不變，則容器內(nèi)壓強不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，A

錯誤；根據(jù)圖像變化曲線可知，12?乜過程中，12時入?瞬間不變，平衡過程中不斷增大，則說明反應(yīng)向逆反

應(yīng)方向移動，且不是"突變”圖像，屬于“漸變”過程，所以排除溫展與催化劑等影響因素，改變的條件為：向

容器中加入C,B正確；根據(jù)上述分析可知，1213時間段，改變務(wù)件使正反應(yīng)速率逐漸增大，平衡向逆反應(yīng)

方向移動，達到新的平衡狀態(tài)后，生成A的量增大，總的物質(zhì)的量不變，所以A的體積分?jǐn)?shù)9增大，即A

的體積分?jǐn)?shù)。：8(11)＞夕⑴，C正確；平衡常數(shù)K與溫度有關(guān)，因該反應(yīng)在恒溫條件下進行，所以K保持

不變，D錯誤。故選BC。

【答案】B

高頻考點二化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用

D.實際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣對空氣污染程度越小

【答案】B

【變式探究】(1)(2020?全國卷I節(jié)選)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SO?的催化氧化：SO2(g)+1O2(g)^^SO3(g)A//=-98kJ-molL研究表明，SO?佳化氧化的反

應(yīng)速率方程為丫=照-1)"8(1—〃〃)式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度，升高而增大；a為SO?平衡轉(zhuǎn)化

率，優(yōu)為某時刻SO?轉(zhuǎn)化率，〃為常數(shù)。在〃=0.90時，將一系列溫度下的晨a值代入上述速率方程，得

到，7曲線，如圖所示。

曲線上V最大值所對應(yīng)溫度稱為該〃下反應(yīng)的最適宜溫度3s/<兒時，V逐漸提高；后，U逐漸下

降。原因是0

(2)(2020.全國卷II節(jié)選)高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：2cH4—二C2H6+山。反應(yīng)在初期階段的

速率方程為「=%XCCH4,其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。

①設(shè)反應(yīng)開始時的反應(yīng)速率為門，甲烷的轉(zhuǎn)化率為a時的反應(yīng)速率為m則，2=r,o

②對于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說法正確的是o

A.增加甲烷濃度，r增大

B.增加Hz濃度，r增大

C.乙烷的生成速率逐漸增大

D.降低反應(yīng)溫度，上減小

【解析】(1)升高溫度，反應(yīng)速率常數(shù)k增大，反應(yīng)速率v提高，但a降低使反應(yīng)速率逐漸下降。t<t,n

時“增大對u的提高大于a引起的降低；會加后，女增大對u的提高小于a引起的降低。(2)①反應(yīng)初始時

-1

可認(rèn)為CCH4=1molL,則根據(jù)初期階段的速率方程可知出=〃，當(dāng)CH4的轉(zhuǎn)化率為?時,cCH4=(l-a)mol-L

「，則此時「2=(1—。)門。②由r=AxcCH4可知，CH’的濃度越大，反應(yīng)速率,?越大，A項正確；增加H2濃

度,CM的濃度減小或不變，則/?減小或不變，B項錯誤；隨著反應(yīng)的進行，CH,的濃度逐漸減小，則反應(yīng)

速率逐漸減小，C項錯誤；降低溫度，該反應(yīng)進行非常緩慢甚至停止，即L也隨著減小，D項正確。

【答案】(1)升高溫度，k增大使u逐漸提高，但a降低使I，逐漸下降。時，k增大對u的提高大于

a引起的降低：，＞打后，女增大對u的提高小于a引起的降低

(2)?(1-?)②AD

高頻考點三外界條件對轉(zhuǎn)化率大小的影響

A.圖中曲線①表示平衡時H?產(chǎn)率隨溫度的變化

B.升高溫度，平衡時CO的選擇性增大

【答案】D

【方法技巧】轉(zhuǎn)化率大小變化分析

判斷反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化時，不要把平衡正向移動與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高等同起來，要視具體情況而定。

常見有以下幾種情形：

反應(yīng)類型條件的改變反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化

恒容時只增加反

反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率增大

應(yīng)物A的用量

恒溫恒壓條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變

有多種反應(yīng)物的可逆反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率

反應(yīng)：機A(g)+〃B(g)同等倍數(shù)地增大均增大

----pC(g)+^D(g)反應(yīng)物A、B的恒溫恒容反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率

量條件下均減小

反應(yīng)物A和B的轉(zhuǎn)化率

均不變

只有一種反應(yīng)物的可增加反應(yīng)物A的恒溫恒壓

反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變

逆反應(yīng)：〃，A(g)，——-用量條件下

〃B(g)+pC(g)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率增大

恒溫恒容

反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率減小

條件下

〃?=〃+〃反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率不變

【變式探究】(1)(2020?天津卷節(jié)選)用生還原CO2可以在一定條件下合成CH30H(不考慮副反應(yīng))

CO2(g)+3H2(g)=CH?OH(g)+H2O(g)A//<0

某溫度下，恒容密閉容器中，CO2和H2的起始濃度分別為。moLL」和3amoLL」，反應(yīng)平衡時，CH30H

的產(chǎn)率為江該溫度下反應(yīng)平衡常數(shù)的值為。

(2)(2020?山東等級考節(jié)選)探究CHsOH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CHQH的產(chǎn)率。以

8八比為原料合成CH30H涉及的主要反應(yīng)如下：

I.CCHg)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)

II.CO(g)+2H2(g)=CH30H(g)

HI.CO2(g)+H2(g)CO(g)-H2O(g)

一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCO?和3m0IH2發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時,

容器中CH30H(g)為amoLCO為力mol,此時HzO(g)的濃度為molL1(用含a、b、5的代數(shù)式表

示，下同)，反應(yīng)用的平衡常數(shù)為

【見解析】(1)列三段式如下:

CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)

起始濃度/

3a00

(mol-L1)

轉(zhuǎn)化濃度/

3ab

(mol-L1)

平衡濃度/

a(l—b)3a(]~b)

(mol-L1)

(CH3OH)xc(HO)b2

2(2)由題述三個反應(yīng)可知，平衡時比。(。的濃度等于

c(CO2)X?(H2)27/(1-/,)

CHQH(g)和CO(g)的濃度之和，即H?O(g)的濃度為皇mol-L1平衡時CH.QH(g)、CO(g)，在0&)的濃

度分別為?mol-fLImoU平mol『，則從開始至平衡，消耗CCh(g)的濃度為住+9molL

1=*^mol-L-1,消耗Hz(g)的濃度為(乍mol1-』誓±m(xù)ol.L-1,即平衡時COMg)、H?(g)的濃度

分別為匕gmolL-\3—3:b-則反應(yīng)川的平衡常數(shù)為K-黑)J(*))

yymolLIfc(CO2)c(H2)

ba+h

7^b(〃+/?)

1—a~b3—3a—b(1—a~b}(3—3。一》)

———

a+b_______b(a+>)

［答案］(1)27〃2(］_〃)4⑵-(\-a-b)C3-3a-b)

高頻考點四平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的相關(guān)計算

【例4】(2020?山東卷)探究CH.QH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH30H的產(chǎn)率。以C02>

H2為原料合成CH.QH涉及的主:要反應(yīng)如下：

1

I.CO2(g)+3H：(g)^=^CH30H(g)+H20(g)△”[=-49.5kJ-moF

?1

II.CO(g)4-2H2(g)^=CH3OH(g)△〃2=-90.4kJ-moF

III.CO2(g)+H2(g)UCO(g)-H2O(g)A//3

回答下列問題：

-1

(1)AW3=kJ-molo

(2)一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入ImolCO2和3moiH?發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時,

容器中d4214您)為。0101,CO為。mol,此時HzCKg)的濃度為molL)(用含〃、b、V的代數(shù)式表

示，下同)，反應(yīng)HI的平衡常數(shù)為o

(3)不同壓強下，按照H(CO2):〃(H》=1：3投料，實驗測定C03的平衡轉(zhuǎn)化率和CH30H的平衡產(chǎn)率隨

溫度的變化關(guān)系如圖所示。

_...+n(CO2)初始一〃(CO?)r-ffi__

己知：CO?的平衡轉(zhuǎn)化率=(、x100%

〃(CO2)初始

CH30H的平衡產(chǎn)率=〃'隈100%

n(CO?)初始

其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖(填“甲”或“乙》壓強”、〃2、曲由大到小的順序為

；圖乙中心溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是。

(4)為同時提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH30H的平衡產(chǎn)率，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為(填字母)。

A.低溫、高壓B.高溫、低壓

C.低溫、低壓D.高溫、高壓

【解析】(1)分析三個熱化學(xué)方程式，可應(yīng)用蓋斯定律計算，△，3=AM-4”2=-49.5kJmoL-(一90.4

kJ-mo「)=+40.9kJmof'o(2)由題述三個反應(yīng)可知，平衡時HQ(g)的濃度等于CH30H(g)和CO(g)的濃度

-,

之和，即H?O(g)的濃度為^^mcl-Lo平衡時CH30H(g)、8(g)、比0e)的濃度分別為￡mol-L

「、爺則從開始至平衡，消耗CCh(g)的濃度為停+斑向「=皇mol『,消耗H2?的濃

度為修+加。1—加蘆mol「，即平衡時CO2(g)、氏但)的濃度分別為L￡―"molL-\上書」

moH/l則反應(yīng)III的平衡常數(shù)為

ba-\~b

c(CO)c(H2O)________訶V______________b(〃+■)________

Kc(CO2)c(H2)1—n—3—3，一〃(1—a~b)(3—3a—A)°

-v-x-v-

(3)反應(yīng)i為放熱反應(yīng)，故低溫階段，溫度越高，co?的平衡轉(zhuǎn)化率越低，而反應(yīng)in為吸熱反應(yīng)，溫度

較高時，主要發(fā)生反應(yīng)IH,則溫度越高，C02的平衡轉(zhuǎn)化率越盛，即圖乙的縱坐標(biāo)表示的是C02的平衡轉(zhuǎn)

化率。反應(yīng)I為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，反應(yīng)HI為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，因此壓強越大，C02的平衡轉(zhuǎn)化

率越高，故壓強由大到小的順序是⑶、“2、小。反應(yīng)in為吸熱反應(yīng)，溫度較高時，主要發(fā)生反應(yīng)in,且反應(yīng)

in反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，故co2的平衡轉(zhuǎn)化率幾乎不再受壓強影響。(4)由上述分析知，圖甲、圖乙的

縱坐標(biāo)分別表示CH30H的平衡產(chǎn)率、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，且0＞僅＞〃3,分析圖像可知，應(yīng)選擇的反應(yīng)條

件為低溫、高壓，A項正確。

_______b(a+b)________

［口案］⑴+40.9(2)v(3—3ai)

(3)乙/小償、P3"時以反應(yīng)III為主，反應(yīng)HI前后氣體分子數(shù)相等，壓強改變對平衡沒芍影響(4)A

【變式探究】(1)(2020?全國卷U節(jié)選)容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓(p)下發(fā)生反應(yīng)

C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AM=+137kJmoL,乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為或反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=(用

平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(2)(2020?全國卷I節(jié)選)硫酸是?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SO?的催

化氧化：SO?(g)+；02(g)”曾SO3(g)△〃=-98kJ-mol1將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2〃z%SO2(g)、〃?%O2(g)

和1%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度/、壓強〃條件下進行反應(yīng)。平衡時，若SO?轉(zhuǎn)化率為。，則SO3壓

強為,平衡常數(shù)勺=(以分壓表示，分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

【解析】(I)設(shè)起始時C2H6和H2的物質(zhì)的量均為1mol,列出三段式：

C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）

起始量/mol101

轉(zhuǎn)化量/molaa

平衡量/mol1-aa1+Q

平衡時C2H6、C2H4和H2對應(yīng)的分壓分別為Mp、共yp和mp,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=

乙IVA4I/乙I(A

a1+?

2+/X2+/a(1+a)

xp.,(2)設(shè)通入的SCh、Ch和N2共lOOmol,利用三段式法進行計算:

1—ft(2+a)(La)

SO2(g)+1O2(g)^^SO3(g)

起始量/mol2min0

轉(zhuǎn)化量/mol2niama2ma

平衡量/mol2m—2matn—ma2ma

—Zmain—加a

平衡時氣體的總物質(zhì)的量為(3m+q—〃⑷mol,則p(SC>2)=〃喘?+J，P(02)=px藐七二■藐，p(SCh)

，因3〃?+q=100,&二°(S°;，代入計算得/=/干。

p(SO2)xp-(O2)(1一。)(00—

?小心、，?a(1+a)-2wa

［口案】(1)(2+a)(1-a)'I)⑵io?！?P

3-),-(IOO-7^)

【變式探究】(2019?江蘇卷)在恒壓、NO和02的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時間，測得不

同溫度下NO轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖中實線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變

化)。下列說法正確的是()

100

史80

郴

*60

J

型

O40

N

20

0100200300400500600

溫度也

A.反應(yīng)2NO(g)+C)2(g)==2NO2(g)的A”>0

B.圖中X點所示條件下，延長反應(yīng)時間能提高NO轉(zhuǎn)化率

C.圖中Y點所示條件下，增加02的濃度不能提高NO轉(zhuǎn)化率

D.380℃下，c起始(O2)=5.0xU)Tmo].LT,NO平衡轉(zhuǎn)化率為50%,則平衡常數(shù)K>2000

【答案】BD

【舉一反三】H2s與CO?在高溫下發(fā)生反應(yīng)：H2S(g)+CO2(g)i=^COS(g)+H2O(g)o在610K時，將

0.10molCO2與0.40molH2s充入2.5L的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。

(1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率a\=%,反應(yīng)平衡常數(shù)K=0

(2)在620K重復(fù)實驗，平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.03,H2s的轉(zhuǎn)化率如______S，該反應(yīng)的

NH。(填或“=")。

(3)向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體，能使H2s轉(zhuǎn)化率增大的是________(填標(biāo)號)。

A.H2sB.CO2

C.COSD.N2

解析：(1)設(shè)平衡時H2s轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為xmol,列三段式：

H2S(g)+CO2(g)^COS(g)+H2O(g)

初始/mol0.400.1000

轉(zhuǎn)化/molxxxx

平衡/mol0.40-x0.10-xxx

由題意得：(0.40-r)+(0.10-x)=002

解得x=0.01,

H2s的平衡轉(zhuǎn)化率內(nèi)=震舄x1(X)%=2.5%,

0.010.01

---x----

c(COS)c(HO)2.52.517,口』"一IMF,4-心B山口

K=2=

c(H2S)C(CO2)=0.40—0.010.10-0.0135?=.8*10°(2)溫度升回,水的平衡物質(zhì)的量

―23-x-25-

分?jǐn)?shù)增大，平衡右移，則H2s的轉(zhuǎn)化率增大，故內(nèi)。溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，故AH>。。

(3)A項，充入H2S,H2s的轉(zhuǎn)化率反而減?。籅項，充入CO?，漕大了一種反應(yīng)物的濃度，能夠提高另一種

反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故H2s的轉(zhuǎn)化率增大；C項，充入COS,平衡左移，H2s的轉(zhuǎn)化率減?。籇項，充入N2,

對平衡無影響，不改變H2s的轉(zhuǎn)化率。

答案：(1)2.52.8x10、(2)>>(3)B

高頻考點五壓強平衡常數(shù)(%)的相關(guān)計算

【例5】(2021?全國甲卷)二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳?；卮鹣铝袉栴}：

(1)二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：

CO2(g)4-3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

該反應(yīng)一股認(rèn)為通過如下步驟來實現(xiàn)：

①CC)2(g)+H2(g)^CO(g)+H2O(g)△“i=+4lkJmol1

1

@CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)A”2=-90kJ-moF

總反應(yīng)的△”=kJ-moF1；若反應(yīng)①為慢反應(yīng)，下列示意圖中能體現(xiàn)上述反應(yīng)能量變化的是

(填標(biāo)號)，判斷的理由是c

反應(yīng)進程反應(yīng)進程

AB

瑞

格

般

舌

a)+H2()+2H2

CO+3II

22CH3OH+H2O

反應(yīng)進程反應(yīng)進程

CD

(2)合成總反應(yīng)在起始物［=3時，在不同條件下達到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為

5

X(CH3OH),在/=250℃下的MCHQH)?〃、在p=5xlOPa下的x(CH3OH)-/如圖所示。

①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)，表達式&=；

②圖中對應(yīng)等壓過程的曲線是,判斷的理由是

____________________________________________________________________________?

③當(dāng)x(CH30H)=0.10時，C02的平衡轉(zhuǎn)化率a=，反應(yīng)條件可能為或。

【解析】⑴由蓋斯定律可知，反應(yīng)①+反應(yīng)②得總反應(yīng)方程式，則總反應(yīng)的△”=ZXM+A”2=+41

kJinol-'+C-QOkJmor')=-49kJ-moPL該總反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量低，B、

D錯誤；反應(yīng)①為慢反應(yīng)，是總反應(yīng)的決速步驟，則反應(yīng)①的活化能比反應(yīng)②的活化能大，A正確，C錯誤。

(2)①根據(jù)此和C02合成甲醇的總反應(yīng)化學(xué)方程式可知，壓強平衡常數(shù)表達式A」'(雷黑。

②比和CO2合成甲醇的總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即混合氣體中的甲醇蒸

氣含量減小,故曲線b為5xlO5Pa時等壓過程的曲線,而曲線a為250℃時等溫過程的曲線。③根據(jù)上7Ml

=3,設(shè)初始時H2的物質(zhì)的量為3mol,CO2的物質(zhì)的量為1moL參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為。mol,用

“三段式”計算：

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

起始/mol1300

轉(zhuǎn)化/mola3aaa

平衡/mol1~a3—3a

.2mol

則x（CHQH）=］與=0.10,解得a=y故CO?的平衡轉(zhuǎn)化率為丁而yx100%P33.3%。對照題圖中的

MCH.QH)=0.10可知，反應(yīng)條件是9xl()5pa、250℃或5xl()5pa、210*Co

【答案】（1）—49AAHi為正值，A〃2和為負宜，反應(yīng)①活化能大于反應(yīng)②的（2）①

p(H2O)p(CH3OH)

②b總反應(yīng)A〃VO,升高溫度時平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變

//(H2)P(co2)

小@33.3%5x10sPa,210*C9xl05Pa,250℃

【變式探究】［2020?全國卷1【，28（1）］乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6（g）=C2H4（g）+H?（g）NH\,

相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：

物質(zhì)C2H6(g)C2H4(g)H2(g)

燃燒熱AH/（kJ-mo「）-1560-1411-286

①A"i=kJmol'o

②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有、。

③容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓下（p）發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為。。反應(yīng)的

平衡常數(shù)Kp=（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓x物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

【答案】①+137②升高溫度減小壓強（或增大體積）③2二九小〃

【解析】①先寫出三種氣體的燃燒熱的熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)蓋斯定律，A”i=-1560kJmo|-,-（-l411

kJinol1）—（―286kJ-mol'）=+137kJ-mol'o

②C2H6（g）=C2H4（g）+H2（g）AH|=+137kJ-mol-1是一個氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，要提高反應(yīng)物

的轉(zhuǎn)化率，可以采取升高溫度、減小壓強（增大體積）等措施。

③設(shè)容器中通入的乙烷和氯氣均為1mol,則：

C2H6(g)==C2H4(g)+H2(g)〃(總)

初始量/mol101

轉(zhuǎn)化量/molaaa

平衡量/mol1-aa\+a2+a

a1+a

2+a、/"2+a"al+a

l-a=2+al-aP°

【變式探究】［2019?高考全國卷in,28（1）（3）］近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化

氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點。回答下列問題：

(l)Deacon發(fā)明的直接氧化法為4HCl(g)+O2(g)=2C12(g)+2H2O(g)。下圖為剛性容器中，進料濃度比

c(HCl):c(O2)分別等于1：1、4：1、7：1時HC1平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系：

可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300℃)K(400℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HCI初始濃度為?根據(jù)進料

濃度比c(HCl)：cQ)=l:1的數(shù)據(jù)計算K(400℃)=________________(列出計算式)。按化學(xué)計量比進料可

以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率，同時降低產(chǎn)物分離的能耗。進料濃度比c(HCl)：c(O2)過低、過百的不利影響分別

是、O

(2)在一定溫度的條件下，進一步提高HC1的轉(zhuǎn)化率的方法是(寫出兩種)。

【解析】(1)由題給HC1平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系圖可知，隨溫度升高，HC1平衡轉(zhuǎn)化率降低，則

此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡常數(shù)越小，即K(300C)大于K(400℃)。結(jié)合題圖可知，c(HCl)：c(O2)

=1：1、400℃時HC1的平衡轉(zhuǎn)化率為84%,列出三段式：

4HCl（g）+02（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）

起始coco00

轉(zhuǎn)化O.84co0.21coO.42coO.42co

平衡（1—0.84）”（l-0.21）coO.42coO.42co

則K（400湍［燃）=（］—o:：渭匕21）c,）：進料濃度比c（HQ）:。（。2）過低會使O2和Cl2分

離的能

耗較高，過高則會造成HC1轉(zhuǎn)化率較低。(2)題述反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大反應(yīng)體系壓強，平

衡正向移動，能提高HC1的轉(zhuǎn)化率，及時分離出產(chǎn)物也能提高HCI的轉(zhuǎn)化率。

0422X0422

【答案】(1)大于(1—()㈡和CL分離能耗較高HC1轉(zhuǎn)化率較低⑵增大反應(yīng)體

系壓強、及時分離出產(chǎn)物

【方法技巧】

1.理解Kp含義

在化學(xué)平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓代替濃度，計算的平衡常數(shù)叫壓強平衡常數(shù)。

2.運用計算技巧

【舉一反三】（2018?全國卷I,28（2）（3））采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材

料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。回答下列問題：

F.DanielsF.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時用。5q）分解反應(yīng)：

2N2O5（g）--4NO2（g）+O2（g）

I

2N2Oi（g）

其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達到平衡。體系的總壓強〃隨時間/的變化如下表所示［1=8時,

N2O5（g）完全分解］:

r/min04080160