第2章 化學反應速率和化學平衡(教師用書獨具)12.3. 化學反應速率與平衡常數的計算模板(1)列出“三段”起始、轉化、平衡寫出有關反應的化學方程式找出各物質的起始量、轉化量、平衡量。根據已知條件列方程計算mA(g)nB(g)pC(g) a molL1 b molL1 c molL1 x molL1 molL1 molL1 (ax)molL1 (b)molL1 (c)molL1(2)計算公式對反應物：平衡濃度起始濃度轉化濃度對生成物：平衡濃度起始濃度轉化濃度化學反應速率：v反應物轉化率：100%平衡時的體積分數：C%100%平衡常數：K1FDaniels等曾利用測壓法在剛性反應器中研究了25 時N2O5(g)分解反應：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚為N2O4的反應可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示(t時，N2O5(g)完全分解)：t/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1(1)研究表明，N2O5(g)分解的反應速率v2103pN2O5(kPamin1)。t62 min時，測得體系中pO22.9 kPa，則此時的pN2O5_ kPa，v_ kPamin1。(2)若提高反應溫度至35 ，則N2O5(g)完全分解后體系壓強p(35 )_63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是_ _。(3)25 時N2O4(g)2NO2(g)反應的平衡常數Kp_kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數，計算結果保留1位小數)。解析(1)t62 min時，體系中pO22.9 kPa，根據三段式法得2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)起始35.8 kPa0 0轉化5.8 kPa5.8 kPa2.9 kPa62 min30.0 kPa5.8 kPa2.9 kPa則62 min時pN2O530.0 kPa，v210330.0 kPamin16.0102 kPamin1。(2)剛性反應容器的體積不變，25 N2O5(g)完全分解時體系的總壓強為63.1 kPa，升高溫度，從兩個方面分析：一方面是體積不變，升高溫度，體系總壓強增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反應是吸熱反應，升溫，平衡向生成NO2的方向移動，體系物質的量增大，故體系總壓強增大。(3)N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O535.8 kPa，其完全分解時pN2O435.8 kPa，pO217.9 kPa，設25 平衡時N2O4轉化了x，則 N2O42NO2平衡35.8 kPax2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa，解得x9.4 kPa。平衡時，pN2O426.4 kPa，pNO218.8 kPa，K kPa13.4 kPa。答案(1)30.06.0102(2)大于溫度升高，體積不變，總壓強增大；NO2二聚為放熱反應，溫度升高，平衡左移，體系物質的量增加，總壓強提高(3)13.4教師用書獨具H2S與CO2在高溫下發生反應：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K時，將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入2.5 L的空鋼瓶中，反應平衡后水的物質的量分數為0.02。(1)H2S的平衡轉化率1_%，反應平衡常數K_。(2)在620 K重復實驗，平衡后水的物質的量分數為0.03，H2S的轉化率2_1，該反應的H_0。(填“”“(3)B教師用書獨具分壓常數(Kp)簡介(1)Kp的含義：在化學平衡體系中，各氣體物質的分壓替代濃度，計算的平衡常數叫壓強平衡常數。單位與表達式有關。(2)計算技巧：第一步，根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度；第二步，計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數；第三步，求出各氣體物質的分壓，某氣體的分壓氣體總壓強該氣體的體積分數(或物質的量分數)；第四步，根據平衡常數計算公式代入計算。例如，N2(g)3H2(g)2NH3(g)，壓強平衡常數表達式為Kp。化工生產與平衡圖像的關系【典例】丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：(1)正丁烷(C4H10)脫氫制1丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反應的H1為_kJmol1。圖(a)是反應平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x_0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產率提高，應采取的措施是_(填標號)。A升高溫度B降低溫度C增大壓強 D降低壓強圖(a)圖(b)圖(c)(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是_。(3)圖(c)為反應產率和反應溫度的關系曲線，副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是_、_；590 之后，丁烯產率快速降低的主要原因可能是_。解析(1)由蓋斯定律可知，式式式，即H1H2H3119 kJ/mol(242 kJ/mol)123 kJ/mol。由圖(a)可知，同溫下，x MPa時丁烯的平衡產率高于0.1 MPa時的，根據壓強減小，平衡向右移動可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡產率，應使平衡向右移動，該反應的正反應為吸熱反應，因此可以通過升高溫度的方法使平衡向右移動；該反應為氣體體積增大的反應，因此可以通過降低壓強的方法使平衡向右移動，所以A、D選項正確。(2)由于氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大，所以丁烯產率降低。(3)該反應的正反應為吸熱反應，因此升高溫度可以使平衡向右移動，使丁烯的產率增大，另外，反應速率也隨溫度的升高而增大。由題意知，丁烯在高溫條件下能夠發生裂解，因此當溫度超過590 時，參與裂解反應的丁烯增多，而使產率降低。答案(1)123小于AD(2)氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大(3)升高溫度有利于反應向吸熱方向進行溫度升高反應速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈烴類2當溫度高于500 K時，科學家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇，這在節能減排、降低碳排放方面具有重大意義。(1)該反應的化學方程式為_。(2)在一定壓強下，測得由CO2制取CH3CH2OH的實驗數據中，起始投料比、溫度與CO2的轉化率的關系如圖。根據圖中數據分析：降低溫度，平衡向_方向移動。在700 K、起始投料比1.5時，H2的轉化率為_。在500 K、起始投料比2時，達到平衡后H2的濃度為a molL1，則達到平衡時CH3CH2OH的濃度為_。解析(2)由圖中信息可知，其他條件不變時，升高溫度，CO2的轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，即降低溫度，平衡將向正反應方向移動。700 K時，當氫氣與二氧化碳的起始投料比1.5時，由圖像可知二氧化碳的轉化率為20%，由化學方程式：2CO26H2C2H5OH3H2O，可計算出氫氣的轉化率為40%。設起始時c(CO2)x molL1，則起始時c(H2)2x molL1，有 2CO2(g)6H2(g) C2H5OH