1、1化学平衡常数 化学平衡相关计算与图像分析【明确考纲】了解化学平衡常数( K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。【课前真题】1.（2016 年四川卷，6T）一定条件下，CH 4与 H2O(g)发生反应：CH 4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，设起始 m(H2O)/m(CH4)=Z，在恒压下，平衡时 (CH 4)的体积分数与 Z 和 T（温度）的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）A该反应的焓变H0B图中 Z 的大小为 a3bC图中 X 点对应的平衡混合物中 m(H2O)/m(CH4) =3D温度不变时，图中 X 点对应的平衡在加压后 (CH 4)减小【解析】选 A；A、从图
2、分析，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故正确；B、m(H 2O)/m(CH4)的比值越大，则甲烷的体积分数越小，故 a0。3.（2016 年全国卷 II 27T）丙烯腈（CH 2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH 2=CHCHO）和乙腈（CH 3CN）等。回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C 3H3N）和副产物丙烯醛（C 3H4O）的热化学方程式如下：C 3H6（g）NH 3（g）1.5 O 2（g）= = C3H3N（g）3H 2O（g） H515 kJm
3、ol 1C 3H6（g）O 2（g）= = C3H4O（g）H 2O（g） H353 kJmol 1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；2有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ，低于 460 时，丙烯腈的产率 （填“是”或“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于 460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双选，填标号）。A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与 n（氨）/ n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可
4、知，最佳 n（氨）/ n（丙烯）约为 ，理由是_，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。【答案】：（1）两个反应均为放热量大的反应 降低温度降低压强 催化剂（2）不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC（3）1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1:7.5:1【解析】：（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以在热力学上趋势均很大；该反应为气体分子数增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应该开始进行，尚未达到平衡状态，460以前是建立平衡的
5、过程，所以低于 460时，丙烯腈产率不是对应温度下的平衡产率；高于 460时，丙烯腈产率降低。A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确。B平衡常数变大，对产率的影响是提高产率才对，错误。C根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确。D反应活化能的大小不影响平衡，错误。（3）根据图像可知，当 n（氨）/ n（丙烯）约为 1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应 C3H6(g)+NH3(g)+1.5 O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按 1:1.5:1 的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占 20%，所
6、以进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 1:7.5:14.（2018 年全国卷 I28 节选）（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：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，N 2O5(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已知：2N 2O5(g)=N2O4(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol132NO2(g) =N2O4(g) H
7、 2=55.3 kJmol1则反应 N2O5(g)=2NO2(g)+1O2(g)的 H=_ kJmol1。研究表明，N 2O5(g)分解的反应速率 v=2103 25NOp(kPamin1)， t=62 min 时，测得体系中 2p=2.9 kPa，则此时的 25NOp=_kPa， v=_ kPamin1。若提高反应温度至 35，则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p (35)_63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_。25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）。【答案】 53.1 30.0
8、 6.010 2 大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO 2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4【解析】根据方程式可知氧气与消耗五氧化二氮的物质的量之比是 1:2，又因为压强之比是物质的量之比，所以消耗五氧化二氮减少的压强是 2.9kPa25.8kPa，则此时五氧化二氮的压强是 35.8kPa5.8kPa30.0kPa，因此此时反应速率v2.010 3 306.010 2 （kPamin 1 ）；由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至 35，则 N2O5(g
9、)完全分解后体系压强 p (35)大于 63.1 kPa。根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是 63.1kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是 35.8kPa271.6 kPa，氧气是 35.8kPa217.9 kPa，总压强应该是 71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后压强减少了 89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根据方程式 2NO2(g) N2O4(g)可知平衡时四氧化二氮对应的压强是 26.4kPa，二氧化氮对应的压强是 71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，则反应的平衡常数 。课堂精讲【考点归类】一、化学平衡常数
10、：1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号 K 表示。2表达式对于反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，K (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)3意义(1)K 值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(2)K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。4应用4(1)判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K 值 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物
11、浓度 反应物转化率越大 越大 越大 越小 越高越小 越小 越小 越大 越低(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应： mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，浓度商 Qc ，则将浓cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。Qcv逆Qc K： 反 应 处 于 化 学 平 衡 状 态 ， v正 v逆QcK： 反 应 向 逆 反 应 方 向 进 行 ， v正 0 BH0 S0 S0 DHp4,y 轴表示 B 的转化率C. p3p4,y 轴表示混合气体中 A 的浓度答案：D 5(2014山东高考节选)研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)NaCl(s) NaNO3(s)ClNO(g) K1 H1”、“”或“”)，平衡常数 K2_(填“增大”、“减小”或“不变”)。若要使 K2减小，可采取的措施是_。【答案】：(1) (2)2.510 2 75% 不变 升高温度K21K2
