
1.了解速率常數(shù)、平衡常數(shù)的關(guān)系。2.掌握化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算。
1.化學(xué)平衡常數(shù)(1)意義:化學(xué)平衡常數(shù)K表示反應(yīng)進(jìn)行的程度,K越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。K>105時(shí),可以認(rèn)為該反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行完全。K的大小只與溫度有關(guān)。
(3)依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算平衡常數(shù)①同一可逆反應(yīng)中,K正·K逆=1。②同一方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小n倍,則新平衡常數(shù)K′與原平衡常數(shù)K間的關(guān)系是K′=Kn或K′= 。③幾個(gè)可逆反應(yīng)方程式相加,得總方程式,則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。
3.常用的氣體定律同溫同體積:p(前)∶p(后)=n(前)∶n(后)
4.速率常數(shù)與化學(xué)平衡常數(shù)關(guān)系的應(yīng)用溫度為T(mén)1,在三個(gè)容積均為1 L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.3 kJ·ml-1,該反應(yīng)中,正反應(yīng)速率為v正=k正c(CH4)·c(H2O),逆反應(yīng)速率為v逆=k逆c(CO)·c3(H2),k正、k逆為速率常數(shù),受溫度影響。已知T1時(shí),k正=k逆,則該溫度下,平衡常數(shù)K1=____;當(dāng)溫度改變?yōu)門(mén)2時(shí),若k正=1.5k逆,則T2____(填“>”“=”或“1,平衡正向移動(dòng),升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng);則T2>T1。
1.[2020·全國(guó)卷Ⅰ,28(2)(3)(4)]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SO2的催化氧化:SO2(g)+ O2(g)SO3(g) ΔH=-98 kJ·ml-1。回答下列問(wèn)題:
(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時(shí),在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa壓強(qiáng)下,SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖1所示。反應(yīng)在5.0 MPa、550 ℃時(shí)的α=______,判斷的依據(jù)是_____________________________________________________________________________。
分子數(shù)減少,增大壓強(qiáng),α提高,5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 Mpa
影響α的因素有___________________________________________。
反應(yīng)物(N2和O2)的起始濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng)
反應(yīng)SO2(g)+ SO3(g)的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)減少的放熱反應(yīng),其他條件相同時(shí),增大壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大,則圖中p1=5.0 MPa,
p3=0.5 MPa。由圖可知,反應(yīng)在5.0 MPa、550 ℃時(shí)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α=0.975。溫度、壓強(qiáng)和反應(yīng)物的起始濃度(組成)都會(huì)影響SO2的平衡轉(zhuǎn)化率α,溫度一定時(shí),壓強(qiáng)越大,α越大;壓強(qiáng)一定時(shí),溫度越高,α越小。
(3)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器,在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí),若SO2轉(zhuǎn)化率為α,則SO3壓強(qiáng)為_(kāi)_________,平衡常數(shù)Kp=___________________(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100 ml,則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2m ml、m ml和q ml,2m+m+q=100,利用三段式法計(jì)算:
平衡時(shí)混合氣體的總物質(zhì)的量為2m×(1-α)ml+m×(1-α)ml+2mα ml+q ml=(3m-mα+q) ml,SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為 ×100%=×100%,
(4)研究表明,SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為:v=k( -1)0.8(1-nα′)。式中:k為反應(yīng)速率常數(shù),隨溫度t升高而增大;α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率,α′為某時(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率,n為常數(shù)。在α′=0.90時(shí),將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲線(xiàn),如圖2所示。
曲線(xiàn)上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱(chēng)為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。ttm后,v逐漸下降。原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。
升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t<tm,k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;當(dāng)t>tm,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低
在α′=0.90時(shí),SO2催化氧化的反應(yīng)速率為v=k( -1)0.8(1-0.90n)。升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。t<tm時(shí),k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低;t>tm后,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。
2.[2020·全國(guó)卷Ⅱ,28(1)]乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng):C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH1,相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示:
①ΔH1=________ kJ·ml-1。
先寫(xiě)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,ΔH1=-1 560 kJ·ml-1-(-1 411 kJ·ml-1)-(-286 kJ·ml-1)=+137 kJ·ml-1。
②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有_________、____________________。
減小壓強(qiáng)(或增大體積)
C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH1=+137 kJ·ml-1是一個(gè)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(qiáng)(增大體積)等措施。
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α。反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_______________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
設(shè)容器中通入的乙烷和氫氣均為1 ml,則: C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) n(總)初始量/ml 1 0 1轉(zhuǎn)化量/ml α α α平衡量/ml 1-α α 1+α 2+α
3.(2020·全國(guó)卷Ⅲ,28)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?;卮鹣铝袉?wèn)題:(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中,產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=______。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),若增大壓強(qiáng),則n(C2H4)_______(填“變大”“變小”或“不變”)。
CO2催化加氫生成乙烯和水的化學(xué)方程式為2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4,該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡右移,則n(C2H4)變大。
(2)理論計(jì)算表明,原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強(qiáng)為0.1 MPa,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。圖中,表示C2H4、CO2變化的曲線(xiàn)分別是____、____。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
由平衡圖像知,390 K時(shí)四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比滿(mǎn)足1∶3的是曲線(xiàn)c和曲線(xiàn)a,物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比滿(mǎn)足1∶4的是曲線(xiàn)d和曲線(xiàn)b,結(jié)合反應(yīng)方程式2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)=
1∶3可得,曲線(xiàn)c表示CO2,曲線(xiàn)a表示H2,曲線(xiàn)d表示C2H4,曲線(xiàn)b表示H2O;由圖像的變化趨勢(shì)可知,升高溫度,曲線(xiàn)a、c增大,曲線(xiàn)b、d減小,說(shuō)明平衡左移,所以正反應(yīng)放熱,ΔH<0。
(3)根據(jù)圖中點(diǎn)A(440,0.39),計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____________(MPa)-3(列出計(jì)算式。以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
起始投料比n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡時(shí)總壓為0.1 MPa,結(jié)合反應(yīng)方程式可知p(CO2)∶p(H2)=1∶3,p(C2H4)∶p(H2O)=1∶4,由圖像可知p(H2)=p(H2O)=0.1 ×0.39 MPa,所以p(CO2)=×0.39 MPa,p(C2H4)=
根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式:
(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng),生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強(qiáng)條件下,為了提高反應(yīng)速率和乙烯選擇性,應(yīng)當(dāng)__________________。
在一定溫度和壓強(qiáng)下,為了提高反應(yīng)速率和乙烯的選擇性,減少副反應(yīng)的發(fā)生,應(yīng)當(dāng)選擇合適催化劑等。
4.(2019·海南,14)由γ-羥基丁酸生成γ-丁內(nèi)酯的反應(yīng)如下:
在298 K下,γ-羥基丁酸水溶液的初始濃度為0.180 ml·L-1,測(cè)得γ-丁內(nèi)酯的濃度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)如表所示?;卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)該反應(yīng)在50~80 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______ml·L-1·min-1。(2)120 min時(shí)γ-羥基丁酸的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)___________。
(3)298 K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____。(4)為提高γ-羥基丁酸的平衡轉(zhuǎn)化率,除適當(dāng)控制反應(yīng)溫度外,還可采取的措施是___________________。
5.[2019·全國(guó)卷Ⅰ,28(1)(2)(4)]水煤氣變換[CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔHT2B.a點(diǎn)的反應(yīng)速率小于c點(diǎn)的反應(yīng)速率C.a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率D.b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.45 ml·L-1
由相同時(shí)間內(nèi),環(huán)戊二烯濃度減小量越大,反應(yīng)速率越快可知,T1
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