化学平衡常数及转化率的计算专题讲解

解析 A项，升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应吸热，正反应放热，错误；B项，通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率逐渐减小，错误；C项，设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为1 L，则

CO(g)＋H2S(g)

COS(g)＋H2(g) K＝0.1

n?始?/mol 10 n 0 0 n?转?/mol 2 2 2 2 n?平?/mol 8 n－2 2 2

22·VVK＝＝0.1，解得n＝7，正确；D项，根据上述计算可知CO的转化率为20%，错误。

8n－2·VV3．[2017·全国卷Ⅰ，28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)

COS(g)＋H2O(g)。

在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

①H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。

②在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。

③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号) A．H2S B．CO2 C．COS D．N2 答案 ①2.5 2.8×103 ②> > ③B

－

解析 ①设平衡时H2S转化的物质的量为x。 H2S(g)＋CO2(g)

COS(g)＋H2O(g)

初始/mol 0.40 0.10 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 0.40－x 0.10－x x x x由题意得：

?0.40 mol－x?＋?0.10 mol－x?＋x＋x＝0.02

解得：x＝0.01 mol

0.01 mol

H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%

0.40 mol

0.010.01

×2.52.5c?COS?·c?H2O?1－

K＝＝＝≈2.8×103。

c?H2S?·c?CO2?0.40－0.010.10－0.01351

×2.52.5

②温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。

③A项，充入H2S，、H2S的转化率反而减小；B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大；C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小；D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。

题组三 有关化学平衡常数的另类计算

4．(2016·海南，16)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：

(1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s1，k(逆)＝0.002 s1，该温度下反应的平衡常数值K1＝

－

－

________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。

(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝________；温度t1________(填“小于”“等于”或“大于”)t2，判断理由是________________________________________________________________________。

答案 (1)3 小于

7

(2)B 小于 该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动

3

解析 (1)根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006 s1，则v(正)＝0.006 c(顺)，v(逆)＝k(逆)c(反)，

－

k(逆)＝0.002 s1，则v(逆)＝0.002c(反)，化学平衡状态时正、逆反应速率相等，则0.006c(顺)

－

＝0.002c(反)，该温度下反应的平衡常数K1＝

c?反?0.006

＝＝3；该反应的活化能Ea(正)小于c?顺?0.002

Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于0。(2)随着时间的推移，顺式异构体的质量分数不断减少，则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x，可逆反应左右物质的化学计量数相等，均为1，则平衡时，顺式异构体为0.7x7

0.3x，反式异构体为0.7x，所以平衡常数为K2＝＝。因为K1＞K2，放热反应升高温度时

0.3x3

平衡逆向移动，所以温度t2＞t1。

5．一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C(s)＋CO2(g)

－

2CO(g) ΔH＝

＋173 kJ·mol1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题：

(1)650 ℃时CO2的平衡转化率为________。

(2)t1 ℃时平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_____________________________________________。 答案 (1)25% (2)0.5p 不 Qp＝Kp

解析 (1)650 ℃时，平衡时CO2的体积分数为60%，设其物质的量为0.6 mol，则平衡时CO1

的物质的量为0.4 mol，起始时CO2的物质的量为0.6 mol＋×0.4 mol＝0.8 mol，故CO2的

2?0.8－0.6?mol

平衡转化率为×100%＝25%。(2)t1 ℃时，平衡时CO与CO2的体积分数相等，

0.8 mol?0.5p?2

其平衡分压均为0.5p kPa，则此时的平衡常数为Kp＝＝0.5p。

0.5p

Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。 计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算分式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)p2?NH3?Kp＝。

p?N2?·p3?H2?

2NH3(g)，压强平衡常数表达式为

微专题 化学反应原理在物质制备中的调控作用

1．化学反应方向的判定 (1)自发反应

在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

(2)熵和熵变的含义 ①熵的含义

熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。 ②熵变的含义

熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 (3)判断化学反应方向的判据 ΔG＝ΔH－TΔS

ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应达到平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 2．化工生产适宜条件选择的一般原则

(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。

(2)从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。

(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。

(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。 (5)注意催化剂的活性对温度的限制。 3．平衡类问题需综合考虑的几个方面

(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。

(4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)气体产物的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对多平衡体系的影响。

专题训练

1．(2017·四川资阳诊断)无机盐储氢是目前科学家正在研究的储氢新技术，其原理如下： NaHCO3(s)＋H2(g)

Pd或PdO70 ℃，0.1 MPa

HCOONa(s)＋H2O(l)

在2 L恒容密闭容器中加入足量碳酸氢钠固体并充入一定量的H2(g)，在上述条件下发生反应，体系中H2的物质的量与反应时间的关系如表所示：

t/min 0 2 4 6 8 10