2025版新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡微專題2平衡常數(shù)的應(yīng)用平衡轉(zhuǎn)化率的分析一化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用學(xué)生用書新人教版選擇性必修1

微專題2平衡常數(shù)的應(yīng)用、平衡轉(zhuǎn)化率的分析一、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用1．化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用1．已知在25℃時，下列反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：①N2(g)＋O2(g)2NO(g)K1＝1×10－30②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×1081③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92下列說法正確的是(C)A．NO分解反應(yīng)NO(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)的平衡常數(shù)為1×10－30B．依據(jù)K2的值可以推斷常溫下H2和O2很簡潔反應(yīng)生成H2OC．常溫下，NO、H2O、CO2三種物質(zhì)分解放出O2的傾向依次為NO>H2O>CO2D．溫度上升，上述三個反應(yīng)的平衡常數(shù)均增大解析：A項，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c\f(1,2)N2·c\f(1,2)O2,cNO)＝eq\r(\f(cN2·cO2,c2NO))＝eq\r(\f(1,K1))＝1015，錯誤；B項，K2的值與反應(yīng)條件無關(guān)，事實上常溫下H2和O2不易反應(yīng)，錯誤；C項，通過分解反應(yīng)的平衡常數(shù)大小分析分解放出O2的傾向的依次為NO>H2O>CO2，正確；D項，①②是放熱反應(yīng)，③是吸熱反應(yīng)，上升溫度平衡向吸熱方向移動，所以溫度上升①②平衡常數(shù)減小，③平衡常數(shù)增大，錯誤。2．多重平衡體系中化學(xué)平衡常數(shù)計算(1)多重平衡體系：一個化學(xué)反應(yīng)體系中存在多個化學(xué)反應(yīng)，在確定條件下，這些反應(yīng)都可以達到平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱作多重平衡現(xiàn)象，該體系稱作多重平衡體系。(2)多重平衡反應(yīng)類型①連續(xù)型(耦合)反應(yīng)：某物質(zhì)是某反應(yīng)的產(chǎn)物，同時又是其他反應(yīng)的反應(yīng)物。②平行型(競爭型)反應(yīng)：某物質(zhì)同時是多個反應(yīng)的反應(yīng)物。(3)多重平衡體系中有關(guān)平衡常數(shù)的計算，各組分的平衡量指的是整個平衡體系中的量，而不是指某一單一反應(yīng)中的量。2．(1)在1L真空密閉容器中加入amolPH4I固體，t℃時發(fā)生如下反應(yīng)：PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③平衡時，體系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，則t℃時反應(yīng)①的平衡常數(shù)K為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8c－2d,3)))b(用字母表示)。(2)探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3確定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時，容器中CH3OH(g)為amol，CO為bmol，此時H2O(g)的濃度為eq\f(a＋b,V)mol·L－1(用含a、b、V的代數(shù)式表示，下同)，反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。解析：(1)解法一：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，因反應(yīng)達到平衡時，n(I2)＝cmol，即該反應(yīng)生成n(H2)＝cmol，反應(yīng)消耗n(HI)＝2cmol，則PH4I分解生成n(PH3)＝n(HI)＝(b＋2c)mol；在反應(yīng)4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)中，生成n(H2)＝(d－c)mol，該反應(yīng)消耗的n(PH3)＝eq\f(2,3)(d－c)mol，在反應(yīng)PH4I(s)PH3(g)＋HI(g)達到平衡時，n(HI)＝bmol，n(PH3)＝(b＋2c)mol－eq\f(2,3)(d－c)mol，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K＝b×eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(b＋2c－\f(2,3)d－c))＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8c－2d,3)))×b。解法二：設(shè)反應(yīng)消耗了xmolPH4I，平衡時有ymolPH3，由H原子守恒得4x＝b＋2d＋3y，由I原子守恒得x＝b＋2c，解得y＝b＋eq\f(8,3)c－eq\f(2,3)d，則化學(xué)平衡常數(shù)K＝c(PH3)·c(HI)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(b＋\f(8,3)c－\f(2,3)d))×b。(2)解法一：假設(shè)反應(yīng)Ⅱ中，CO反應(yīng)了xmol，則Ⅱ生成的CH3OH為xmol，I生成的CH3OH為(a－x)mol，Ⅲ生成的CO為(b＋x)mol，依據(jù)反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)轉(zhuǎn)化量/mola－x3(a－x)a－xa－x反應(yīng)Ⅱ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)轉(zhuǎn)化量/molx2xx反應(yīng)Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)轉(zhuǎn)化量/molb＋xb＋xb＋xb＋x所以平衡時H2O(g)的物質(zhì)的量為(a－x)mol＋(b＋x)mol＝(a＋b)mol，H2O(g)的濃度為eq\f(a＋b,V)mol·L－1；平衡時CO2的物質(zhì)的量為1mol－(a－x)mol－(b＋x)mol＝(1－a－b)mol，H2的物質(zhì)的量為3mol－3(a－x)mol－2x－(b＋x)mol＝(3－3a－b)mol，CO的物質(zhì)的量為bmol，水的物質(zhì)的量為(a＋b)mol，則反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為eq\f(\f(b,V)×\f(a＋b,V),\f(1－a－b,V)×\f(3－3a－b,V))＝eq\f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。解法二：反應(yīng)前，n(CO2)＝1mol，n(H2)＝3mol，反應(yīng)后，n(CH3OH)＝amol，n(CO)＝bmol，依據(jù)C原子守恒得n(CO2)＝(1－a－b)mol，依據(jù)O原子守恒得n(H2O)＝[2－2(1－a－b)－a－b]mol＝(a＋b)mol，依據(jù)H原子守恒得n(H2)＝eq\f(1,2)[6－4a－2(a＋b)]mol＝(3－3a－b)mol，從而計算化學(xué)平衡常數(shù)。3．CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳烴，主要有以下兩個競爭反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)反應(yīng)Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)為分析催化劑對反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入2molCO2和4molH2，測得有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變更如圖所示：該催化劑在較低溫度時主要選擇_反應(yīng)Ⅰ__(填“反應(yīng)Ⅰ”或“反應(yīng)Ⅱ”)。520℃時，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K＝eq\f(0.2×1.22,1.4×24)。(只列算式不計算)。解析：溫度較低時，CH4的物質(zhì)的量多，所以該催化劑在較低溫度時主要選擇反應(yīng)Ⅰ。CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)0.20.80.20.42CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)0.41.