考向1速率與平衡計算(考查頻次:5年8考)研磨真題·培養審題力【典例】(2020·山東等級考節選)探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素①，有利于提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.5kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2=-90.4kJ·mol-1Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3=+40.9kJ·mol-1一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2②發生上述反應，達到平衡時，容器中CH3OH(g)為ɑmol，CO為bmol，此時H2O(g)的濃度為_______mol·L-1(用含a、b、V的代數式表示，下同)，反應Ⅲ的平衡常數為_______。

【審答流程—信息提煉】序號信息索引知識遷移①化學平衡的影響因素探究反應化學平衡的影響因素②恒容密閉容器中通入1molCO2和3molH2恒容的密閉容器已知反應物的物質的量【審答流程—破題過程】

a-x

3(a-x)

a-x

2x

x

b+x

b+x

b+x

(a+b)

(1-a-b)

(3-3a-b)

【命題陷阱】只看到生成物濃度的數據CH3OH(g)為ɑmol，CO為bmol，沒有設未知數列三段式分析，導致不能求解平衡H2O(g)的濃度。答案:_______________

_______________

【典例解析】設反應Ⅱ中，CO反應了xmol，則Ⅱ生成的CH3OH為xmol，Ⅰ生成的CH3OH為(a-x)mol，Ⅲ生成CO為(b+x)mol，則：反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)n(轉化/mol)：(a-x)

3(a-x)

(a-x)

(a-x)反應Ⅱ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)n(轉化/mol)： x 2x x反應Ⅲ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)n(轉化/mol)：(b+x)(b+x)

(b+x)

(b+x)平衡時水的物質的量為(a-x)mol+(b+x)mol=(a+b)mol，濃度為mol·L-1；平衡時CO2的物質的量為1mol-(a-x)mol-(b+x)mol=(1-a-b)mol，H2的物質的量為3mol-3(a-x)mol-2x-(b+x)mol=(3-3a-b)mol，CO的物質的量為bmol，水的物質的量為(a+b)mol，則反應Ⅲ的平衡常數為答案：

預測演練·提升解題力1.溴水與甲酸可以發生如下反應:Br2+HCOOH→2Br-+2H++CO2↑。生成二氧化碳的初始速率與反應物起始濃度關系如下:序號起始濃度/mol·L-1CO2(g)初始速率/mol·L-1·s-1c(Br2)c(HCOOH)10.010.022.0×10-620.020.048.0×10-630.030.026.0×10-6現將0.02mol·L-1的溴水和0.02mol·L-1的HCOOH溶液等體積混合，此時生成二氧化碳的初始速率應為_______mol·L-1·s-1。

【解析】由表中數據可知，生成CO2氣體的初始速率與反應物的起始濃度成正比，且v(CO2)在數值上等于10-2×c(Br2)×c(HCOOH)，故當等濃度的兩者等體積混合后，兩者的濃度都變為0.01mol·L-1，根據總結的速率計算式可知速率是1.0×10-6mol·L-1·s-1。答案：1.0×10-62.在體積均為2L的密閉容器A(500℃，絕熱)、B(500℃，恒溫)兩個容器中分別加入2molCH4、2molNO2和相同催化劑。A、B容器中CH4的轉化率α(CH4)隨時間變化如圖所示。時間(s)0100200300400A中α(CH4)(%)020222222B中α(CH4)(%)010202525①A容器中前100s內用NO2表示的化學反應速率v(NO2)=_______mol·L-1·s-1。

②已知反應速率v正=k正·c(CH4)·c2(NO2)，v逆=k逆·c(N2)·c(CO2)·c2(H2O)(k正、k逆分別是正、逆反應速率常數)，則B容器中平衡時=_______，200s時=_______。

【解析】

①CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)n(起始/mol) 2 2 0 0 0n(轉化/mol) 2×20% 0.8 0.40.40.8n(平衡/mol) 1.6 1.20.40.40.8A容器中前100s內用NO2表示的化學反應速率v(NO2)==0.004mol·L-1·s-1。②B容器中平衡時，容器中正、逆反應速率相等，v正=k正·c(CH4)·c2(NO2)=v逆=k逆·c(N2)·c(CO2)·c2(H2O)，

==K，圖表中甲烷轉化率25%，消耗甲烷物質的量是2mol×25%=0.5mol

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)n(起始/mol)22000n(轉化/mol)0.510.50.51n(平衡/mol)1.510.50.51K=。根據200s時甲烷轉化率20%，利用三段式：

CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)n(起始/mol) 2 2000n(轉化/mol) 2×20% 0.80.40.40.8n(平衡/mol) 1.6 1.20.40.40.8答案：①0.004②3.753.恒溫恒容下，向容積為1.0L的密閉容器中充入1.8molNH3和2.4molNO，在一定條件下發生反應，達到平衡時平衡體系的壓強為反應前壓強的倍，則化學平衡常數K=_________(保留兩位有效數字)。若上述反應改在恒溫恒壓條件下進行，則反應達到平衡時NH3的體積分數_________(填“變大”“變小”或“不變”)。

【解析】恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，反應前混合氣體總物質的量為1.8mol+2.4mol=4.2mol，達到平衡時平衡體系的壓強為反應前壓強的倍，則平衡時混合氣體的總物質的量為4.2mol×=4.4mol，設轉化的NH3為4xmol，則有

4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)n(起始/mol)： 1.8 2.400n(轉化/mol)： 4x 6x5x6xn(平衡/mol)： 1.8-4x 2.4-6x5x6x則有(1.8-4x)mol+(2.4-6x)mol+5xmol+6xmol=4.4mol，解得x=0.2，達到平衡時NH3(g)、NO(g)、N2(g)和H2O(g)的濃度(mol·L-1)分別為1.0、1.2、1.0、1.2，故化學平衡常數K==1.0。若改為恒溫恒壓條件下進行該反應，反應正向進行，氣體的總物質的量增大，則容器的容積增大，相當于在恒溫恒容達到平衡后，再擴大容器的容積，而擴大容器容積的過程中，平衡正向移動，NH3的體積分數變小。答案：1.0變小【通要點·會答題】1.化學反應速率公式:v=;單位:mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。2.解題必備濃度關系式:反應物Δc:c(開始)-c(轉化)=c(末)生成物Δc:c(開始)+c(轉化)=c(末)【明技巧·快解題】1.“三段式”突破濃度、化學反應速率的計算首先寫出有關反應的化學方程式;然后找出各物質的起始量、轉化量、某時刻量;最后根據已知條件列方程式計算。2.反應的轉化率(α)α=×100%3.兩個推論:在密閉