化学平衡常数相关计算

编号：1-1 内容：化学平衡的相关计算 课时：2 课时

学习目标：巧用“三段式”解决化学平衡的相关计算问题（反应速率、转化率、K等） 【课堂例题】

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是理想，更是一种值得期待的新的生活方式，请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（1）近年来，我国储氢纳米碳管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应化学方程式为：

____C+____K2Cr2O7 + ====___CO2↑+ ____K2SO4 + ____Cr2（SO4）3+ ____H2O 请完成并配平上述化学方程式。其中氧化剂是________________，氧化产物是_________________ （2）甲醇是一种新型燃料，甲醇燃料电池即将从实验室走向工业化生产。工业上一般以CO和H2为

原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：

－

CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g） △H1＝－116 kJ·mol1

1－

①已知：CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2＝－283 kJ·mol1

21－

△H3＝－242 kJ·mol1 H2(g)+O2(g)=H2O(g)

2则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO 2和水蒸气时的热化学方程式

为 ；

②在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。上图是上述三种温度下不同的H2和CO的起

始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。请回答： ⅰ）在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是

ⅱ）利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）的平衡常数K.(请写出计算过程)

③在某温度下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度(mol•L-1)变化如下表所示：

CO H2 CH3OH

若5min～10min只改变了某一条件，所改变的条件是 ；

0min 0.1 0.2 0 5min 0.04 10min 0.05 0.2 0.05 【课堂巩固】

某化学兴趣小组对反应：2HI(g) H2(g) + I2(g) △H 进行以下研究：

1、T1时，向体积为1L的密闭容器中充入2mol HI(g)，10min后反应达到平衡。已知，此时I2(g)的物质的量分数为25%。则H2的物质的量分数为 ，K= （请写出计算过程）

2、T2时，向体积为1L的密闭容器中充入2mol HI(g)，5min后反应达到平衡。已知，此时HI的转化率为60%。K= （请写出计算过程）；则H2的平均反应速率为 ； T1 T2（填＞、=或＜，下同）；△H 0

3、T3时，向体积为1L的密闭容器中充入2mol HI(g)，20min后反应达到平衡。已知，达到平衡H2的平均反应速率为0.02mol/(L·min)。K= （请写出计算过程）；HI的转化率= ；T1 T3（填＞、=或＜）

4、一定条件下，向体积为1L的密闭容器中充入H2(g) 、 I2(g) 各1mol，达到平衡时测得反应 H2(g) + I2(g) 2HI(g) △H= -26.5KJ/mol 所放出的热量为5.3 KJ。求此时的平衡常数K（请写出计算过程）

【课后提升】 1．（16分）CH4（g）＋2NO2（g）N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）；ΔH＝ -867 kJ·mol-1。该反 应可用于消除氮氧化物的污染。在130℃和180℃时，分别将0．50 molCH4和a molNO2充入1L的密 闭容器中发生反应，测得有关数据如下表： 实验编号 温度 1 2 130℃ 180℃ 时间/min 0 10 0．35 0．30 20 0．25 0．18 40 0．10 50 0．10 0．15 n（CH4）/mol 0．50 n（CH4）/mol 0．50 （1）开展实验1和实验2的目的是 。

（2）180℃时，反应到40min，体系 （填“是”或“否”）达到平衡状态，理由是 ；CH4的

平衡转化率为 。 （3）已知130℃时该反应的化学平衡常数为6.4，试计算a的值。（写出计算过程）

μ（NO2）

（4）一定条件下，反应时间t与转化率μ（NO2）的关系如图所示， 请在图像中画出180℃时，压强为P2（设压强P2＞P1）的变化曲线， 并做必要的标注。

（5）根据已知求算：ΔH2＝ 。 CH4（g）＋ 4NO2（g） 4NO（g）＋ CO2（g）＋ 2H2O（g）； ΔH1＝ -574 kJ·mol-1 CH4（g）＋ 4NO（g） 2N2（g）＋ CO2（g）＋ 2H2O（g）；ΔH2

2、 (17分 )(1)常温下,将 2种一元酸分别和NaOH溶液等体积混合,实验数据如下: 组别 甲 乙 一元酸 C(HX)=0.1mol/L C(HY)=c1 mol/L NaOH cCNaOH)=0.1mol/L cCNaOH)=0.1mol/L 混合溶液的pH pH=9 pH=7 ①甲组实验中混合溶液中离子浓度由大到小顺序为 ， 由水电离出的 c(OH-)= mol/L。 ②乙组实验中HY为强酸,则 HY溶液的c1 (填 “＜”,“=”或 “＞”)0.1mol/L。

(2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。 某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况和 n (NO)/n(CO)比例变化情况如下图。

、 ②用 CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物生成无污染的物质。CH4与 NO发生反应的化学方程式为 。 (3)工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇: 下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数 (Κ)。 温 度 Κ 250℃ 2.041 300℃ 0.270 350℃ 0.012 ①由表中数据判断ΔH 0 (填“ ＞”、“=”或“＜”)。 ②某温度下,将 2mol CO和 6mol H2 充入2L的密闭容器中,充分反应 10min后 ,达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L,则此时的温度为 ℃。 ③请在下列坐标中的画出②中求得温度下CO、 H2和 CH3OH的浓度随时间变化的曲线,并 进行适当的标注。

（4）合成气合成甲醇的主要反应

－

是：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=－90.8kJ·mol1，T℃下此反应的平衡常数为160。 此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下： 物质 浓度/（mol·L1） －H2 0.20 CO 0.10 CH3OH 0.40 ①该时间段内反应速率υ(H2)= 。

②比较此时正、逆反应速率的大小：υ(正) υ(逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）