第七章 第24讲(2021高考化学一轮复习资料).docx
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1、第第 24 讲讲 化学平衡常数及转化率的计算化学平衡常数及转化率的计算 考纲要求 1.了解化学平衡常数(K)的含义。2.能利用化学平衡常数进行相关计算。3.能正确 计算化学反应的转化率()。 1概念 在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的 比值是一个常数,用符号 K 表示。 2表达式 (1)对于反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g), Kc pC cqD cmA cnB(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。 (2)平衡常数与方程式的关系 在相同温度下,对于给定的可逆反应,正逆反应的平衡常数互为倒数,即 K正 1 K逆。 方
2、程式乘以某个系数 x,则平衡常数变为原来的 x 次方。 两方程式相加得总方程式,则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积,即 K总 K1 K2。 理解应用 (1)在某温度下,N23H22NH3的平衡常数为 K1,则该温度下,NH3 1 2N2 3 2H2 的平 衡常数 K2_。 答案 1 K1 (2)在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数: 反应:CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s) K1 反应:H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g) K2 反应:CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) K3 a反应的平衡常数表达式为_。 b反应的 K3与 K1、K2的关系是 K3
3、_。 答案 aK1cCO2 cCO b.K1 K2 解析 bK3 cCO2 cH2 cCO cH2O,K2 cH2O cH2 ,结合 K1cCO2 cCO,可知 K3 K1 K2。 3意义及影响因素 (1)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 4应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 (2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。 对于化学反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态,浓度商:Qc cC cdD caA cbB。 QK,反应向正反应方向进行; QK,
4、反应处于平衡状态; QK,反应向逆反应方向进行。 (3)判断可逆反应的热效应 (1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度() (2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大() (3)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度() (4)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大() (5)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动() (6)反应 A(g)3B(g)2C(g)达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常数 增大() 题组一 平衡常数及影响因素 1对于反应 C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) H0,下列有关说法正确的是( ) A平衡常数表达式为 KcCO
5、 cH2 cC cH2O B恒温条件下压缩容器的体积,平衡不移动,平衡常数 K 不发生变化 C升高体系温度,平衡常数 K 减小 D恒温恒压条件下,通入氦气,平衡正向移动,平衡常数 K 不发生变化 答案 D 解析 固态浓度为“常数”,视为“1”,不需写入平衡常数表达式,A 项错误;增大压强平 衡逆向移动,B 项错误;升温该反应正向进行,K 增大,C 项错误;恒压条件下,通入氦气 平衡向气体体积增大的方向移动,即平衡正向移动,K 只与温度有关,温度不变,K 不发生 变化,D 项正确。 2(2020 西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优 点。O3可溶于水,在水中
6、易分解,产生的O为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温 常压下发生的反应如下: 反应 O3O2O H0 平衡常数为 K1; 反应 OO32O2 H0 平衡常数为 K2; 总反应:2O33O2 H”或“”)0。 (3)500 时测得反应在某时刻 H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol L 1)分别为 0.8、0.1、0.3、0.15,则此时 v正_(填“”“”或“”)v逆。 答案 (1)K1 K2 (2) (3) 解析 (1)K1 cCH3OH c2H2 cCO, K2cCO cH2O cH2 cCO2 , K3cH2O cCH3OH c3H2 cCO2 , K
7、3K1 K2。 (2)根据 K3K1 K2,500 、800 时,反应的平衡常数分别为 2.5、0.375;升温,K 减小, 平衡左移,正反应为放热反应,所以 H0。 (3)500 时,K32.5 QcCH3OH cH2O c3H2 cCO2 0.30.15 0.830.10.88K3 故反应正向进行,v正v逆。 1一个模式“三段式” 如 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g),令 A、B 起始物质的量浓度分别为 a mol L 1、b mol L 1,达到平衡后消耗 A 的物质的量浓度为 mx mol L1。 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) c始/mol L 1 a b 0 0
8、c转/mol L 1 mx nx px qx c平/mol L 1 amx bnx px qx K pxp qxq amxm bnxn。 2明确三个量的关系 (1)三个量:即起始量、变化量、平衡量。 (2)关系 对于同一反应物,起始量变化量平衡量。 对于同一生成物,起始量变化量平衡量。 各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 3掌握四个公式 (1)恒容条件下反应物的转化率n转化 n起始100% c转化 c起始100%。 (2)生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料 利用率越高,产率越大。 产率实际产量 理论产量100%。 (3)平衡时混合物组分的百
9、分含量 平衡量 平衡时各物质的总量100%。 (4)某组分的体积分数 某组分的物质的量 混合气体总的物质的量100%。 理解应用 已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)N(g)P(g)Q(g) H0。某温度下,反应物的 起始浓度分别为:c(M)1 mol L 1,c(N)2.4 mol L1。 思考解答下列问题: (1)若达到平衡后,M 的转化率为 60%,列出“三段式”,计算此时 N 的平衡浓度是多少? (2)若反应温度升高,该反应的平衡常数、M 的转化率如何变化? _。 (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为:c(M)4 mol L 1,c(N)a mol L1;达到平 衡后,c(P
10、)2 mol L 1,则 M 的转化率为_,N 的起始浓度为_。 答案 (1) M(g) N(g) P(g) Q(g) 初始浓度/mol L 1 1 2.4 0 0 转化浓度/mol L 1 160% 160% 160% 160% 平衡浓度/mol L 1 0.4 1.8 0.6 0.6 由三段式得 N 的平衡浓度为 1.8 mol L 1。 (2)由于该反应正向为吸热反应,温度升高,平衡右移,K 值增大,M 的转化率增大 (3)50% 6 mol L 1 解析 (3) M(g) N(g)P(g)Q(g) 初始浓度/mol L 1 4 a 0 0 转化浓度/mol L 1 2 2 2 2 平衡
11、浓度/mol L 1 42 a2 2 2 M 的转化率2 4100%50% 温度不变,平衡常数不变,K0.60.6 0.41.8 22 42a2 1 2, 解得 a6 即反应物 N 的起始浓度为 6 mol L 1。 题组一 化学平衡常数与转化率相结合计算 1羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭 容器中,将 CO 和 H2S 混合加热并达到下列平衡: CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) K0.1 反应前 CO 的物质的量为 10 mol,平衡后 CO 的物质的量为 8 mol。下列说法正确的是( ) A升高温度,H2S 浓度增大,表明该反
12、应是吸热反应 B通入 CO 后,正反应速率逐渐增大 C反应前 H2S 物质的量为 7 mol DCO 的平衡转化率为 80% 答案 C 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 V L,则 CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) K0.1 n始/mol 10 n 0 0 n转/mol 2 2 2 2 n平/mol 8 n2 2 2 K 2 V 2 V 8
13、V n2 V 0.1,解得 n7,正确;D 项,根据上述计算可知 CO 的转化率为 20%,错误。 2(2019 湖北黄冈调研)已知反应:CH2=CHCH3(g)Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)HCl(g)。 在一定压强下,按 w nCl2 nCH2=CHCH3向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙 烯的体积分数()与温度(T)、w 的关系,图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说 法中错误的是( ) A图甲中 w21 B图乙中,A 线表示逆反应的平衡常数 C温度为 T1、w2 时,Cl2的转化率为 50% D若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增
14、大 答案 C 解析 根据图甲中信息可知,增大 n(Cl2),w 增大,平衡正向移动,丙烯的体积分数()减小, 故 w21,A 项正确;根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明平衡逆向移动, 逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平 衡常数增大,图乙中,A 线表示逆反应的平衡常数,B 项正确;由图乙知,温度为 T1时,正、 逆反应的平衡常数相等,又因两者互为倒数,则平衡常数 K1,w2 时,设 CH2=CHCH3 和 Cl2的物质的量分别为 a mol、2a mol,参加反应的 Cl2的物质的量为 b mol,利用三段式可 列关系式 b2 ab2a
15、b1,解得 b 2a 1 3,则 Cl2 的转化率约为 33.3%,C 项错误;该反应为反 应前后气体体积不变的放热反应,反应向正反应方向进行,体系温度升高,气体膨胀,达到 平衡时,装置内的气体压强将增大,D 项正确。 3(2019 长沙八校联考)将一定量的 SO2(g)和 O2(g)分别通入体积为 2 L 的恒容密闭容器中, 在不同温度下进行反应,得到如下表中的两组数据: 实验 编号 温度/ 平衡常数 起始量 /mol 平衡量 /mol 达到平衡 所需时间 /min SO2 O2 SO2 O2 1 T1 K1 4 2 x 0.8 6 2 T2 K2 4 2 0.4 y t(t6) 下列说法中
16、不正确的是( ) Ax2.4 BT1、T2的关系:T1T2 CK1、K2的关系:K2K1 D实验 1 在前 6 min 的反应速率 v(SO2)0.2 mol L 1 min1 答案 A 解析 根据题中信息可列“三段式”: 2SO2(g)O2(g)2SO3(g) n(起始)/mol 4 2 n(转化)/mol 4x 20.8 n(平衡)/mol x 0.8 (4x)(20.8)21 解得:x1.6 同理,解得 y0.2。由 t6 得,2SO2(g)O2(g)2SO3(g)是放热反应,温度越高,反应正 向进行的程度越小, 根据 x, y 可以判断出 T1T2, K1K2。 实验 1 在前 6 m
17、in 的反应速率 v(SO2) 4 mol1.6 mol 2 L6 min 0.2 mol L 1 min1,故本题选 A。 4 将固体 NH4I 置于密闭容器中, 在一定温度下发生下列反应: NH4I(s)NH3(g)HI(g), 2HI(g)H2(g)I2(g)。达到平衡时:c(H2)0.5 mol L 1,c(HI)4 mol L1,则此温度下 反应的平衡常数为_。 答案 20 解析 由平衡时H2的浓度, 可求得反应分解消耗HI 的浓度, c分解(HI)0.5 mol L 121 mol L 1, 故式生成 c(HI)c 平衡(HI)c分解(HI)4 mol L 11 mol L15 m
18、ol L1, 则 c 平衡(NH3) 5 mol L 1,根据平衡常数表达式 Kc 平衡(NH3) c平衡(HI)5420。 这是一道比较经典的“易错”题,极易错填成 25。原因是将式生成的 c(HI)5 mol L 1 代 入公式中进行求算,而未带入平衡时 HI 的浓度(4 mol L 1)。计算平衡常数时,应严格按照平 衡常数的定义进行求算,代入的一定是物质的平衡浓度。 题组二 另类平衡常数的计算 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) H 173 kJ mol 1,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
19、 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 QpKp 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 CO 的物质的量为 0.4 mol,起始时 CO2的物质的量为 0.6 mol1 20.4 mol0.8 mol,故 CO2 的 平衡转化率为0.80.6mol 0.8 mol 100%
20、25%。(2)t1 时,平衡时 CO 与 CO2的体积分数相等, 其平衡分压均为 0.5p kPa,则此时的平衡常数为 Kp0.5p 2 0.5p 0.5p。 6100 kPa 时,反应 2NO(g)O2(g)2NO2(g)中 NO 的平衡转化率与温度的关系曲线如图 1,反应 2NO2(g)N2O4(g)中 NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图 2。 (1)图 1 中 A、B、C 三点表示不同温度、压强下 2NO(g)O2(g)2NO2(g)达到平衡时 NO 的转化率,则_点对应的压强最大。 (2)100 kPa、 25 时, 2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中 N2O4的物质的量分数为
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