化學平衡常數計算突破

如何判斷混合氨基酸的混合比例

1

．化學平衡常數表示式的書寫

（1）

不要把反應體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫進平衡常數表示式。如：

2

．

化學平衡常數

()

的應用

（1）值越大，說明平衡體系中生成物所佔的比例越大，正向反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反應物的轉化率越大；反之，就越不完全，轉化率就越小。

（2）

若用任意狀態的濃度冪之積的比值

（

稱為濃度商，用

表示

）

與

比較，可判斷可逆反應是否達到平衡狀態和反應進行的方向。即對於反應

A（g）

＋

B（g）C（g）

＋

D（g）

，

（3）利用可判斷反應的熱效應

若升高溫度，值增大，則正反應為吸熱反應；

若升高溫度，值減小，則正反應為放熱反應。

3

．熟練化學平衡常數的相關計算

(1)

計算模式

——“

三段式

”

如

A（g）

＋

B（g）C（g）

＋

D（g）

，令

A

、

B

起始物質的量濃度分別為

mol·L

－

1

、

mol·L

－

1

，達到平衡後消耗

A

的物質的量濃度為

mol·L

－

1

，列三段式：

1．氮的氧化物參與霧霾的形成，利用CO和H

2

在一定條件下可將NO轉化為無害物質。

（1）

在定溫定容條件下，向容積為

1L

的密閉容器中充入一定量的

NO

和

CO

的混合氣體

（

總物質的量保持

4mol）

，發生反應：

2NO（g）

＋

2CO（g）N

2

（g）

＋

2CO

2

（g）

的

Δ

＝－

746。5kJ·mol

－

1

。

在定容容器中，分別充入不同濃度的NO和H

2

，測得該反應的正反應速率如下表所示：

利用上表資料可確定

＝

________（

保留整數

）

，

＝

________（

保留整數

）

，

＝

________（

保留兩位有效數字

）

。

2．

1

溫度時，在容積為2 L的恆容密閉容器中發生反應：2NO（g）＋O

2

（g）2NO

2

（g）Δ<0。實驗測得：

正

＝（NO）

消耗

＝2（O

2

）

消耗

＝

正

2

（NO）·（O

2

），

逆

＝（NO

2

）

消耗

＝

逆

2

（NO

2

），

正

、

逆

為速率常數，只受溫度影響。不同時刻測得容器中（NO）、（O

2

）如表：

（1）0～2 s內該反應的平均速率（NO）＝______ mol·L

－

1

·s

－

1

。

（2）

1

溫度時化學平衡常數＝________（結果保留3位有效數字）。

（3）

化學平衡常數

與速率常數

正

、

逆

的數學關係是

＝

________

。若將容器的溫度改變為

2

時，其

正

＝

逆

，則

2

________

1

（

填

“>”“<”

或

“

＝

”）

。

1．據報道，我國在南海北部神狐海域進行的可燃冰（甲烷的水合物）試採獲得成功。甲烷是一種重要的化工原料。

①N、P兩點對應的平衡常數：（N）________（P）（填“>”“<”或“＝”），理由是_______________________________________________________________________。

②M、N兩點對應的H

2

的物質的量濃度：（M）________（N）（填“>”“<”或“＝”）。

（2）合成氣CO和H

2

在一定條件下能發生反應CO（g）＋2H

2

（g）CH

3

OH（g）Δ<0。在容積均為 L的甲、乙、丙三個密閉容器中都充入 mol CO和2 mol H

2

，三個容器的反應溫度分別為

1

、

2

、

3

且恆定不變，在其他條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到 min時CO的體積分數如圖乙所示，此時三個容器中一定處在化學平衡狀態的是________（填“

1

”“

2

”或“

3

”）；該溫度下的化學平衡常數為________（用含、的式子表示）。

2．Na

2

SO

3

是一種重要的還原劑，I

2

O

5

是一種重要的氧化劑，二者都是化學實驗室中的重要試劑。

（1）已知：2Na

2

SO

3

（aq）＋O

2

（aq）

==

=2Na

2

SO

4

（aq）。Na

2

SO

3

的氧化分富氧區和貧氧區兩個階段，貧氧區速率方程為＝·（SO）·（O

2

），為常數。

①當溶解氧濃度為4。0 mg·L

－

1

（此時Na

2

SO

3

的氧化位於貧氧區）時，（SO）與速率數值關係如下表所示，則＝________。

①從反應開始至a點時的平均反應速率（CO）＝____________________。

②b點時，CO 的轉化率為______________。

③b點和d點的化學平衡常數：

b

________（填“>”“<”或“＝”）

d

，判斷的理由是__________________________________________________________________________。

3。甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO

2

和H

2

）在催化劑作用下合成甲醇

CO（g）＋2H

2

（g）CH

3

OH（g）

反應的化學平衡常數表示式為____________________________。

5。Bodensteins研究了下列反應：2HI（g）H

2

（g）＋I

2

（g）在716 K時，氣體混合物中碘化氫的物質的量分數（HI）與反應時間的關係如下表：

根據上述實驗結果，該反應的平衡常數的計算式為：________。

6。乙醇是重要的有機化工原料，可由乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產。熱化學方程式為：

C

2

H

4

（g）＋H

2

O（g）CH

3

CH

2

OH（g）

Δ＝－45。5 kJ·mol

－

1

下圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關係

（

其中

H

2

O

∶

C

2

H

4

＝

1

∶

1）

。

列式計算乙烯水合制乙醇反應在圖中點的平衡常數

p

＝________（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

7。

科學家分析，地球原始大氣中的COS（羰基硫）對氨基酸縮合形成多肽的反應有催化作用，對生命起源起到重要作用。

（1）寫出COS的電子式________，C與O形成共價鍵時，共用電子對會偏向____原子，判斷依據是_______________________________________________。

（2）已知 COS（g）＋H

2

O（g）H

2

S（g）＋CO

2

（g） Δ

1

＝－34 kJ·mol

－

1

CO（g）＋H

2

O（g）H

2

（g）＋CO

2

（g） Δ

2

＝－41 kJ·mol

－

1

寫出H

2

S與CO反應生成 COS 的熱化學方程式：_________________________________；100 ℃ 時將CO與H

2

S按物質的量比為1∶1充入反應器中，達平衡後CO的轉化率＝33。3%，此時反應的平衡常數＝______。

8。新技術的開發應用，不僅有利於改善環境質量，而且能充分開發“廢物”的潛在價值。回答下列問題：

（1）用煙道氣與氫氣來合成甲醇涉及如下幾個反應：

①CO（g）＋2H

2

（g）

==

=CH

3

OH（g）

Δ＝－91 kJ·mol

－

1

②2CO

2

（g）

==

=2CO（g）＋O

2

（g）

Δ＝＋566 kJ·mol

－

1

③2H

2

（g）＋O

2

（g）

==

=2H

2

O（g）

Δ＝－483。6 kJ·mol

－

1

④CO

2

（g）＋3H

2

（g）

==

=CH

3

OH（g）＋H

2

O（g）

Δ＝________kJ·mol

－

1

。

（2）

在容積均為

2 L

的兩個恆容密閉容器中發生反應

CO（g）

＋

H

2

O（g）CO

2

（g）

＋

H

2

（g）

，有關資料如下：

①800 ℃時該反應的平衡常數＝________。

②容器2中＝________，＝________。

③若800 ℃起始時，在2 L恆容密閉容器中加入CO、H

2

O、CO

2

、H

2

各1 mol，則此時

正

____

逆

（填“>”“<”或“＝”）。

（3）反應（NH

4

）

2

CO

3

＋H

2

O＋CO

2

NH

4

HCO

3

可用於捕捉空氣中的CO

2

，為研究溫度對（NH

4

）

2

CO

3

捕獲CO

2

效率的影響，在某溫度

1

下，將一定量的（NH

4

）

2

CO

3

溶液置於密閉容器中，並充入一定量的CO

2

氣體，在時刻，測得容器中CO

2

氣體的濃度。然後分別在溫度為

2

、

3

、

4

、

5

下，保持其他初始實驗條件不變，重複上述實驗，經過相同時間測定CO

2

氣體的濃度，得到的曲線圖如圖：

①Δ____0（填“>”“<”或“＝”）。

1

～

2

區間，（CO

2

）變化的原因是________________________________________________________________________。

②已知常溫下NH

3

·H

2

O的電離常數＝1。8×10

－

5

，碳酸的電離常數

1

＝4。4×10

－

7

、

2

＝4。7×10

－

11

，則恰好完全反應時所得的NH

4

HCO

3

溶液中（H

＋

）____（OH

－

）（填“>”“<”或“＝”）。

③在圖中所示五種溫度下，該反應的平衡常數最大的溫度是________。

9．減弱溫室效應的方法之一是將CO

2

回收利用，科學家研究利用回收的CO

2

製取甲醛，反應的熱化學方程式為CO

2

（g）＋2H

2

（g）CH

2

O（g）＋H

2

O（g）Δ。請回答下列問題：

（1）已知：①CH

2

O（g）＋O

2

（g）

==

=CO

2

（g）＋H

2

O（g）

Δ

1

＝－480 kJ·mol

－

1

②相關化學鍵的鍵能資料如表所示：

則CO

2

（g）＋2H

2

（g）CH

2

O（g）＋H

2

O（g）

Δ＝____________。

（2）一定條件下，將（CO

2

）∶（H

2

）＝1∶2的混合氣體充入恆溫恆容的密閉容器中，發生反應CO

2

（g）＋2H

2

（g）CH

2

O（g）＋H

2

O（g）。

①下列說明反應已經達到平衡狀態的是________（填選項字母）。

a．容器內氣體密度保持不變

b．H

2

O的體積分數保持不變

c．該反應的平衡常數保持不變

d．混合氣體的平均相對分子質量不變

②下列措施既能提高H

2

的轉化率又能加快反應速率的是________（填選項字母）。

a．升高溫度 B．使用高效催化劑

c．縮小容器體積 D．擴大容器體積

（3）實驗室在2 L密閉容器中進行模擬上述合成CH

2

O的實驗。

1

℃時，將體積比為1∶2的CO

2

和H

2

混合氣體充入容器中，每隔一定時間測得容器內氣體壓強如表所示：

10

．高爐鍊鐵產生的高爐氣中含有

CO

、

H

2

、

CO

2

等氣體，利用

CO

和

H

2

在催化劑作用下合成甲醇，是減少汙染、節約能源的一種新舉措，反應原理為

CO（g）+2H

2

（g）CH

3

OH（g）ΔH

。在體積不同的兩個恆容密閉容器中分別充入

1 mol CO

和

2 mol H

2

，測得平衡混合物中

CH

3

OH

的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。

（1）

在如圖

A

、

B

、

C

三點中，選填下表物理量對應最大的點。

（2）

在

300℃

時，向

C

點平衡體系中再充入

0。25mol CO

、

0。5 mol H

2

和

0。25mol

的

CH

3

OH

，該反應

_______（

填

“

向正反應進行

”“

向逆反應進行

”

或

“

不移動

”）

。

（2）

已知合成氨的反應升高溫度平衡常數會減小，則該反應的正反應活化能

E

1

和逆反應活化能

E

2

的相對大小關係為：

E

1

_______E

2

。

（

填

“>”

、

“<”

或

“=”）

。

（3）

從化學反應的角度分析工業合成氨氣採取

30MPa

～

50MPa

高壓的原因是

_______

。

（4）500 ℃

時，向容積為

2L

的密閉容器中通入

1mol N

2

和

3 mol H

2

，模擬合成氨的反應，容器內的壓強隨時間的變化如下表所示：

①達到平衡時

N

2

的轉化率為

_______

。

②用壓強表示該反應的平衡常數

K

p

=_______（K

p

等於平衡時生成物分壓冪的乘積與反應物分壓冪的乘積的比值，某物質的分壓

=

總壓

×

該物質的物質的量分數

）

。

③隨著反應的進行合成氨的正反應速率與

NH

3

的體積分數的關係如下圖所示，若升高溫度再次達到平衡時，可能的點為

_______（

從點

“A

、

B

、

C

、

D”

中選擇

）

12

．甲醇是一種重要的化工原料，具有開發和應用的廣闊前景。工業上使用水煤氣

（CO

與

H

2

的混合氣體

）

轉化成甲醇，反應為

CO（g）+2H

2

（g）

CH

3

OH（g）

。

（1）CO

的平衡轉化率與溫度，壓強的關係如圖所示。

①

P

1

、

P

2

的大小關係是

P

1

______P

2

（

填

“

＞、＜或

=”）

。

②

A

、

B

、

C

三點的平衡常數

A

，

B

，

C

的大小關係是

______

。

③下列敘述能說明上述反應能達到化學平衡狀態的是

_____（

填代號

）

。

a。v

正

（H

2

）=2v

逆

（CH

3

OH）

b。CH

3

OH

的體積分數不再改變

c。

混合氣體的密度不再改變

d。

同一時間內，消耗

0。04molH

2

，生成

0。02molCO

（2）

在

T

2

℃

、

P

2

壓強時，往一容積為

2L

的密閉容器內，充入

0。3molCO

與

0。4molH

2

發生反應。

①此時的濃度平衡常數

=_____

；平衡後再加入

1。0molCO

後重新到達平衡，則

CO

的轉化率

_____（

填

“

增大，不變或減小

”）

；

CO

與

CH

3

OH

的濃度比

_____（

填

“

增大，不變或減小

”）

。

②若以不同比例投料，測得某時刻各物質的物質的量如下，

CO

：

0。1mol

、

H

2

：

0。2mol

、

CH

3

OH

：

0。2mol

，此時

v（

正

）_____v（

逆

）（

填

“

＞、＜或

=”）

。

③若

P

2

壓強恆定為

p

，則平衡常數

p

=_____（

p

用氣體平衡分壓代替氣體平衡濃度計算，分壓

=

總壓

×

氣體的物質的量分數，整理出含

p

的最簡表示式

）

。

13

．亞硝醯氯

（C1NO

，黃色

）

是有機物合成中的重要試劑，常用於合成洗滌劑。在溫度

500K

時，向盛有食鹽的恆容密閉容器中加入

NO

2

、

NO

和

Cl

2

，發生如下兩個反應：

Ⅰ。2NO

2

（g）+NaCl（s）NaNO

3

（s）+ClNO（g）H

1

Ⅱ。2NO（g）+Cl

2

（g）2ClNO（g） H

2

（1）

反應

Ⅱ

在一定條件下能自發進行，判斷該反應的熱效應，並說明理由

______

。

（2）

關於恆溫恆容密閉容器中進行的反應

Ⅰ

和

Ⅱ

的下列說法中，正確的是

______（

填標號

）

。

a。

反應體系中混合氣體的顏色保持不變，說明反應

Ⅰ

達到平衡狀態

b。H

1

和

H

2

不再變化，可以作為判斷反應

Ⅰ

和

Ⅱ

是否達到平衡狀態的標誌

c。

同等條件下，反應

Ⅰ

的速率遠遠大於反應

Ⅱ

，說明反應

Ⅰ

的活化能小，

H

1

＜

H

2

d。

達平衡後，向反應體系中再通入一定量

C1NO（g）

，

NO

2

（g）

和

NO（g）

的百分含量均減小

（3）

向

2L

恆容密閉容器中加入

0。2mol NO

和

0。1 mol Cl

2

發生反應

Ⅱ

，起始總壓為

p

0

。

10

分鐘後達到平衡，用

ClNO（g）

表示平均反應速率

v

平

（ClNO）=0。008mol·L

-1

·min

-1

。

①平衡時

Cl

2

的壓強為

______

。

②

NO

的平衡轉化率

α=______

，影響

α

的因素有

______

。

③該反應的平衡常數

K

p

=______（

以分壓表示，分壓

=

總壓

×

物質的量分數

）

。

（4）

假設反應

Ⅱ

的速率方程為：

，式中：

k

為反應速率常數，隨溫度

t

升高而增大；

α

為

NO

平衡轉化率，

α′

為某時刻

NO

轉化率，

n

為常數。在

α′=0。8

時，將一系列溫度下的

k

、

α

值代入上述速率方程，得到

v

～

t

曲線如圖所示。

曲線上

v

最大值所對應溫度稱為該

α

＇下反應的最適宜溫度

t

m

，

t

＜

t

m

時，

v

逐漸提高；

t>t

m

後，

v

逐漸下降。原因是

______

。

14

．鋁是一種輕金屬，其單質及其化合物在日常生產、生活中具有廣泛應用。

（1）

實驗室可用廢易拉罐與強鹼反應來製取氫氣，該反應的離子方程式為

_______

，每生成

1molH

2

，消耗氧化劑

_______mol

。

（2）

實驗室製取少量

Al

2

S

3

的試劑是

_______

。

（3）

鋁可與多種非金屬合成新型材料，如

AlN

、

Al

4

C

3

等，它們在一定條件下均可與水反應，

Al

4

C

3

與水反應生成的氣體的化學式為

_______

。

（4）Al

3+

與

F

-

具有很強的親和性，

AlF

3

在非水溶劑中也存在分步電離

（

溶液中存在

AlF

3

、

AlF

、

AlF

2+

、

Al

3+

等含鋁的粒子

）

。常溫下，向含

Al

3+

的溶液中逐漸加入

NaF

，實驗測得含鋁的粒子的量分數隨

（F

-

）

的變化

［

用

P

表示，

P=-lg （F

-

）］

曲線如圖所示：

①曲線

a

表示的是

_______（

填符號

）

的物質的量分數變化曲線；

②

P=6

時，溶液中含鋁離子的濃度由大到小的順序為

_______

；

③曲線

d

中隨

P

的減小而降低的原因是

_______（

用離子方程式表示

）

；

④

Al

3+

與

AlF

3

等物質的量混合時，發生反應的離子方程式為

_______

，該反應的平衡常數

=_______

。

15

．碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途。回答下列問題：

（1）

向碘水中加入四氯化碳後充分振盪，靜置後的現象是

__

。

（2）

①已知反應

H

2

（g）+I

2

（g）=2HI（g）

，該反應中相關化學鍵的鍵能資料如表所示：

則該反應的

Δ=___kJ·mol

1

。

②下列敘述能說明上述反應已達到平衡的是

___

。

a。

單位時間內生成

nmolH

2

，同時生成

nmolHI

b。

溫度和體積一定時，

HI

濃度不再變化

c。

溫度和體積一定時，混合氣體顏色不再變化

d。

溫度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化

（3）NaHSO

3

溶液在不同溫度下均可被過量

KIO

3

（IO

被還原成

I

-

）

氧化，當

NaHSO

3

完全消耗即有

I

2

析出，寫出

I

2

析出時發生反應的離子方程式：

__

。依據

I

2

析出所需時間可以求得

NaHSO

3

的反應速率，將濃度均為

0。020mol·L

-1

NaHSO

3

溶液

（

含少量澱粉

）10。0mL

、

KIO

3

（

過量

）

酸性溶液

40。0mL

混合，記錄

10~55℃

間溶液變藍時間，

55℃

時未觀察到溶液變藍，實驗結果如圖。

圖中

a

點對應的

NaHSO

3

反應速率為

__mol·L

-1

·s

-1

。

b

、

c

兩點對應的

NaHSO

3

反應速率

v（b）__v（c）（

填

“>”

、

“=”

、

“<”）

。

（4）

在

1L

真空密閉容器中加入

amolNH

4

I

固體，

t℃

時發生如下反應：

NH

4

I（s）=NH

3

（g）+HI（g）

①

2NH

3

（g）=N

2

（g）+3H

2

（g）

②

2HI（g）=I

2

（g）+H

2

（g）

③

達平衡時，體系中

n（HI）=bmol

，

n（I

2

）=cmol

，

n（H

2

）=dmol

，則

n（N

2

）=__mol

，

t℃

時反應①的平衡常數

值為

__（

用字母表示

）

。

16

．含氮化合物廣泛存在於自然界常重要的化合物。回答下列有關問題：

（1）

氮的氧化物與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時，涉及如下反應：

反應

Ⅰ

：

2NO

2

（g）+NaCl（s） NaNO

3

（s）+ClNO（g） K

1

反應

Ⅱ

：

2NO（g）+Cl

2

（g）2ClNO（g） K

2

①

反應

Ⅲ

：

4NO

2

（g）+2NaCl（s） 2NaNO

3

（s）+2NO（g）+Cl

2

（g）

的平衡常數

K

3

______（

用

K

1

、

K

2

表示

）

。

②恆溫恆容情況下，下列說法能判斷反應

Ⅲ

達到平衡的是

_____

。

A

．氣體物質中氮元素與氧元素的質量比不變

B

．容器內氣體密度不變

C

．容器內氣體顏色不變

D

．容器內濃度保持不變

（2）

恆溫條件下，向

2L

恆容密閉容器中加入

0。2molNO

和

0。1molCl

2

，

10min

時反應

Ⅱ

達到平衡。

③測得

Cl

1

的體積分數為

1/9

，則平衡時

NO

的轉化率α

1

_____

；

④已知反應

Ⅱ

的反應趨勢是低溫自發，高溫不自發，則Δ

H=_____0（

填

“

＜

”

、

“

＞

”

或

“

無法判斷

”）

。

⑤實驗測得：

正

=

正

2

（NO）（Cl

2

）

，

逆

=

逆

2

（ClNO）

，

正

、

逆

為速率常數。

時，

正

_____（

以

逆

表示

）

。當溫度改變為

2

時，

正

=72

逆

，則

____（

填

“

＜

”

、

“

＞

”

或

“=”）

。

⑥一定條件下，單位時間內不同溫度下測定的氮氧化物轉化率如圖所示。溫度低於

710K

時，隨溫度的升高氮氧化物轉化率升高的原因可能是

_____________________

。

1

解析：（1）①該反應是放熱反應，壓強相同時，降低溫度，平衡正向移動，CH

4

的平衡轉化率增大，故

1

<

2

，平衡常數只與溫度有關，N、P兩點對應的平衡常數：（N）>（P）。②溫度相同時，增大壓強，平衡逆向移動，N點對應的壓強大於M點，M、N兩點對應的H

2

的物質的量濃度：（M）>（N）。

（2）Δ<0

，升高溫度，平衡逆向移動，

CO

的體積分數增大，但

2

時

CO

的體積分數小於

1

時

CO

的體積分數，說明

2

時反應未達到平衡；

3

時

CO

的體積分數大於

2

時

CO

的體積分數，說明

3

時反應達到平衡。平衡時

CO

的體積分數為

20%

，設生成的

CH

3

OH

的物質的量為

mol

，則