《2025年金版新学案高中化学选择性必修第一册人教版》

典例1
用测压法在刚性密闭容器中研究$T^{\circ}C$时$4NO(g)\rightleftharpoons N_{2}(g)+2NO_{2}(g)$的分解反应，现将一定量的$NO$充入该密闭容器中，测得体系的总压强随时间的变化如下表所示：

(1) $20min$时，$NO$的转化率$\alpha=$48%。
(2) $T^{\circ}C$时，$4NO(g)\rightleftharpoons N_{2}(g)+2NO_{2}(g)$反应的平衡常数$K_{p}=$0.1( $K_{p}$为以分压表示的平衡常数)。

答案：
(1)48%
(2)0.1
解析:在恒温、恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，因此可以直接用压强代替物质的量计算。
$4NO(g)\rightleftharpoons N_2(g)+2NO_2(g)$
开始的压强/MPa 15.00 0 0
转化的压强/MPa $4x$ $x$ $2x$
平衡的压强/MPa $15.00 - 4x$ $x$ $2x$
(1)20 min时，$15.00 - x = 13.2$，$x = 1.8$，NO的转化率为$\alpha = \frac{4×1.8}{15.00}×100\% = 48\%$。
(2)平衡时，$15.00 - x = 12.5$，$x = 2.5$，NO、$N_2$、$NO_2$的压强分别为5、2.5、5，代入公式$K_p = \frac{p(N_2)· p^2(NO_2)}{p^4(NO)} = \frac{2.5×5^2}{5^4} = 0.1$。

利用甲烷的裂解可以制得多种化工原料，甲烷裂解时发生的反应有：$2CH_{4}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{4}(g)+2H_{2}(g)$，$2CH_{4}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{2}(g)+3H_{2}(g)$。实验测得平衡时气体分压$(Pa)$与温度$(^{\circ}C)$之间的关系如图所示。$1725^{\circ}C$时，向$1L$恒容密闭容器中充入$0.3molCH_{4}$达到平衡，则反应$2CH_{4}(g)\rightleftharpoons C_{2}H_{4}(g)+2H_{2}(g)$的平衡常数$K_{p}=$$1.0×10^7$ Pa(用平衡分压代替平衡浓度)，$CH_{4}$生成$C_{2}H_{2}$的平衡转化率为62.5%。

答案： $1.0×10^7$ Pa 62.5%
解析:由图可知，在1725℃时，$CH_4$的$\lg p = 2$，$C_2H_4$的$\lg p = 1$，$C_2H_2$的$\lg p = 2$，$H_2$的$\lg p = 5$，故$CH_4$的分压$p$为100 Pa，$C_2H_4$的分压$p$为10 Pa，$C_2H_2$的分压$p$为100 Pa，$H_2$的分压$p$为$10^5$ Pa，故反应$2CH_4(g)\rightleftharpoons C_2H_4(g)+2H_2(g)$的平衡常数$K_p = \frac{10×(10^5)^2}{100^2} = 1.0×10^7$；在同温同体积的条件下，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，故$CH_4$、$C_2H_2$、$C_2H_4$的物质的量之比为$10:10:1$，根据C守恒，$CH_4$生成$C_2H_2$的平衡转化率为$\frac{10×2}{10 + 10×2 + 1×2}×100\% = 62.5\%$。

某温度下，$N_{2}O_{5}$气体在一体积固定的容器中发生如下反应：
$2N_{2}O_{5}(g)=4NO_{2}(g)+O_{2}(g)$（快反应） $\Delta H＜0$
$2NO_{2}(g)\rightleftharpoons N_{2}O_{4}(g)$（慢反应） $\Delta H＜0$，体系的总压强$p_{总}$和$p(O_{2})$随时间的变化如下图所示：

(1) 上图中表示$O_{2}$压强变化的曲线是乙(填“甲”或“乙”)。
(2) 已知$N_{2}O_{5}$分解的反应速率$v = 0.12p(N_{2}O_{5})$ $(kPa· h^{-1})$，$t = 10h$时，$p(N_{2}O_{5})=$28.2 $kPa$，$v(N_{2}O_{5})=$______3.38 $kPa· h^{-1}$（结果保留两位小数，下同）。
(3) 该温度下$2NO_{2}\rightleftharpoons N_{2}O_{4}$反应的平衡常数$K_{p}=$0.05 $kPa^{-1}$（$K_{p}$为以分压表示的平衡常数）。

答案：
(1)乙
(2)28.2 3.38
(3)0.05
解析:
(1)根据反应分析，随着反应的进行氧气的压强从0开始逐渐增大，所以乙为氧气的压强曲线；
(2)$t = 10$ h时，$p(O_2)=12.8$ kPa，由$2N_2O_5(g)\rightleftharpoons4NO_2(g)+O_2(g)$分析，反应的五氧化二氮的分压为25.6 kPa，起始压强为53.8 kPa，所以10 h时$p(N_2O_5)=(53.8 - 25.6)$ kPa = 28.2 kPa，$N_2O_5$分解的反应速率$v = \frac{0.12p(N_2O_5) kPa·h^{-1}}{ } = (0.12×28.2) kPa·h^{-1} = 3.38 kPa·h^{-1}$；
(3)因为$2N_2O_5(g)\rightleftharpoons4NO_2(g)+O_2(g)$，根据起始$p(N_2O_5)=53.8$ kPa，则$N_2O_5$完全分解时，生成的$p(NO_2)=107.6$ kPa，$p(O_2)=26.9$ kPa。
$2NO_2\rightleftharpoons N_2O_4$
起始分压(kPa) 107.6 0
改变分压(kPa) $2x$ $x$
平衡分压(kPa) $107.6 - 2x$ $x$
有$107.6 - 2x + x + 26.9 = 94.7$，解得$x = 39.8$ kPa，平衡常数$= \frac{39.8}{107.6 - 39.8×2} kPa^{-1} = 0.05 kPa^{-1}$。