高考中關(guān)于壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp的常見題型

李魁菊

(貴州省湄潭縣湄江高級中學(xué))

壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp是高中化學(xué)平衡知識中比較重要的一個知識點(diǎn),也是高考中常見的考點(diǎn).解答這類問題,學(xué)生不但要有堅實(shí)的理論基礎(chǔ),還要有一定的計算能力.在高考中,對壓強(qiáng)平衡常數(shù)的考查通常有多種題型,包括單一平衡體系和多重平衡體系.單一平衡體系和多重平衡體系又可分為恒壓、恒容體系.本文將結(jié)合高考試題,總結(jié)各類題型的解題策略.

1 單一平衡體系

1.1 恒壓單一平衡體系

恒壓體系下,求Kp的關(guān)鍵是求出各組分氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),在解答問題時,可以根據(jù)題目信息設(shè)未知數(shù),而后一步步求解,在此基礎(chǔ)之上靈活運(yùn)用三段式,便可順利解答.

例1(2022年全國乙卷28,節(jié)選)已知H2S熱分解反應(yīng)為2H2S(g)?S2(g)＋2H2(g),在1470K,100kPa下,將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4進(jìn)行H2S熱分解.平衡時,H2S與H2分壓相等,平衡常數(shù)Kp＝_________.

設(shè)1470K,100kPa下,H2S和Ar的起始物質(zhì)的量分別為amol和4amol,設(shè)H2S變化量為xmol,則列三段式為

平衡時,H2S與H2分壓相等,則有a－x＝x,解得x＝0.5a,則

平衡常數(shù)為

1.2 恒容單一平衡體系

恒容體系Kp的計算過程中,可以直接運(yùn)用壓強(qiáng)之間的關(guān)系,列出三段式,并不需要計算各物質(zhì)所對應(yīng)的物質(zhì)的量.

例2(2021 年全國乙卷28,節(jié)選)氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時部分分解為BaCl2,Pt,Cl2,376.8 ℃平衡常數(shù)Kp＝1.0×104Pa2,在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6,抽真空后,通過一支管通入碘蒸氣(然后將支管封閉).在376.8℃,碘蒸氣初始壓強(qiáng)為20.0kPa.平衡時,測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa,反應(yīng)2ICl(g)?Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝_________.

376.8℃時,BaPtCl6發(fā)生分解反應(yīng):

反應(yīng)平衡常數(shù)Kp＝p2(Cl2)＝1.0×104Pa2,則平衡時p(Cl2)＝0.1kPa.

376.8℃時,過量BaPtCl6通入碘蒸氣,發(fā)生反應(yīng)

設(shè)達(dá)到平衡時I2(g)的壓強(qiáng)變化xkPa,則列三段式為

由題意得(20.0－x)kPa＋0.1kPa＋2xkPa＝32.5kPa,解得x＝12.4kPa.平衡時,p(I2)＝7.6kPa,p(ICl)＝24.8kPa,則2ICl(g)?Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)

2 多重平衡體系

2.1 恒壓多重平衡體系

多重平衡體系中,在體系達(dá)到平衡時,體系內(nèi)所包含的所有反應(yīng)均處于平衡狀態(tài),參與多個反應(yīng)的同一物質(zhì)只能擁有一個平衡濃度.在恒壓多重平衡體系中,氣體的物質(zhì)的量之比等于氣體的體積比,以此為基礎(chǔ),首先根據(jù)題目信息,設(shè)出每個反應(yīng)的變化量,而后可以借助三段式、守恒法求出未知量.

例3(2021年遼寧卷17,節(jié)選)苯催化加氫制備環(huán)己烷是化工生產(chǎn)中的重要工藝,一定條件下,發(fā)生如下反應(yīng):

恒壓反應(yīng)器中,按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料,進(jìn)行上述反應(yīng),p總＝p0,平衡時,C6H6的轉(zhuǎn)化率為α,環(huán)己烷的分壓為p,則反應(yīng)Ⅰ的Kp＝________(列出計算式即可,用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)).

設(shè)投料H2,C6H6為4 mol和1 mol,Ⅰ中C6H6變化量為xmol,Ⅱ中環(huán)己烷變化量為ymol,則有

由此可得

則答案為

2.2 恒容多重平衡體系

恒容體系的多重平衡計算中,要以起始、結(jié)束的壓強(qiáng)條件為出發(fā)點(diǎn),圍繞這一問題進(jìn)行深入分析,將題目所給信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化,最后依托三段式解答問題.

例4(2022年湖南16,節(jié)選)在一定溫度下,向體積固定的密閉容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始壓強(qiáng)為0.2MPa,反應(yīng)如下:

Ⅰ.C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g);

Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g).

平衡時,H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%,n(CO)＝0.1mol,反應(yīng)Ⅰ平衡常數(shù)Kp＝________(以分壓表示,分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)).

恒容體系中,可以借助壓強(qiáng)進(jìn)行計算,結(jié)合信息,起始時有1 mol H2O(g),壓強(qiáng)為0.2MPa,平衡時p(CO)＝0.02 MPa,設(shè)反應(yīng)Ⅰ,Ⅱ壓強(qiáng)變化分別為xMPa,yMPa,可得以下變化關(guān)系:

則反應(yīng)Ⅰ平衡常數(shù)

恒壓、恒容最大不同在于,恒容時壓強(qiáng)會發(fā)生改變,恒壓則在整個過程中壓強(qiáng)不發(fā)生改變.同學(xué)們在解題時,要先確定題目屬于哪一類,而后根據(jù)相關(guān)方法解答問題.

(完)