第2课时全面突破化学平衡常数及转化率的计算
和判断
(1)化学平衡常数K的大小与反应物或生成物的浓度变化有关( )
提示:×。K只受温度影响。
(2)保持其他条件不变,升高温度,若K值增大,该反应是吸热反应( )
提示:√。升高温度,K值增大,说明平衡向正反应方向移动,该反应是吸热反应。
(3)温度一定,对于给定的化学反应,正逆反应的平衡常数互为相反数( ) 提示:×。对于给定的化学反应,正逆反应的平衡常数互为倒数。
(4)恒温恒容下,对于反应COCl 2(g)CO(g)+Cl2(g),增加COCl2(g)的量,COCl2(g)的转化率增大( )
提示:×。增加COCl2(g)的量,平衡向右移动,但转化率减小。
平衡常数的表达式与计算
1.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:CO(g)+CuO(s)CO 2(g)+Cu(s) K1
反应②:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g) K2
反应③:CO(g)+H 2O(g)CO2(g)+H2(g) K3
K3与K1、K2的关系是K3=______________。
提示:K3=,K2=,结合K1=,可知K3=。
答案:
2.已知可逆反应NO 2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)
ΔH>0。在一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应,达到平衡时NO2与SO2的体积比为1∶6,则平衡常数K是________。
提示:设NO2的物质的量为1 mol,则SO2的物质的量为2 mol,参加反应的NO2的物质的量为x mol。
NO 2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量(mol) 1 2 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡时(mol) 1-x 2-x x x
由题意可知=,解得x=0.8。
K===。
答案:
转化率的计算
3.在某温度下,将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L的密闭容器中,充分反应,达到下列平衡:2HI(g)H2(g)+I2(g),K=4。则氢气的转化率是____。提示:设氢气的转化率为x。
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.01 0.01 0
变化浓度(mol·L-1) 0.01x 0.01x 0.02x
平衡浓度(mol·L-1) 0.01-0.01x0.01-0.01x0.02x
K ===,x=20%。
答案:20%
【自我反思·知不足】
知识点
是否掌握
学习索引
是否
(一)化学平衡
常数的应用
角度一(二)化学平衡
的
综合计算
角度二化学平衡常数的应用
【典例1】[2019·全国卷Ⅲ,28(1)(3)]近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O 2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃) =________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(H Cl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________________________。
(2)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是___________
___________________________。(写出2种)
【解析】(1)根据题中示意图可以看出随着温度的升高,HCl的转化率降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,所以温度越高,反应进行的程度越小,K值越小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同条件下进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越大,HCl的转化率越低;进料浓度比c(HCl)∶c(O2)越小,HCl的转化率越高。即三条曲线中,最上面一条是c(HCl)∶c(O2)=1∶1的变化曲线。将400 ℃时的数
据代入可得: K=。由示意图可以看出进料浓度比过高或过低对反应都不利,过高会造成HCl利用率降低,过低会有大量氧气剩余,分离氧气能耗过高。
(2)根据平衡移动原理,为了提高HCl的转化率,使反应4HCl(g)+O 2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)正向移动,可以采用增大反应体系压强、及时分离出产物等措施。
答案:(1)大于
O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
(2)增加反应体系压强、及时除去产物
1.化学方程式的变化对K的影响:
(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′=K n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分步反应平衡常数之积。
2.平衡常数的应用
(1)利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应
(2)利用化学平衡常数K与浓度商Q相对大小判断化学平衡移动的方向
(3)利用相同温度下的平衡常数相同进行计算:可以利用一组条件已知的数据求出K,再以K进行未知情况的求算。
化学平衡的综合计算
【典例2】(2020·全国Ⅰ卷)硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)
ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 °C时的α=________,判断的依据是_________
___________。影响α的因素有____________________。
(2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为________,平衡常数K p=________(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。(3)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
