王春

(北京教育學(xué)院)

有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的計算是近年來全國高校自主招生考試和高考試題中考查的熱點內(nèi)容,試題側(cè)重考查學(xué)生對化學(xué)平衡常數(shù)基本定義的理解,又考查學(xué)生化學(xué)平衡常數(shù)相關(guān)計算的能力.

關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的考查方式靈活多變,推陳出新,在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生需要總結(jié)解題方法與技巧,以期更快、更準(zhǔn)地解題.本文結(jié)合典型例題分類介紹化學(xué)平衡常數(shù)的常見計算考查題型,以供廣大考生進(jìn)行考前復(fù)習(xí)參考.

1 已知物質(zhì)的量濃度計算化學(xué)平衡常數(shù)(Kc)

化學(xué)平衡常數(shù)的定義是:在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡稱平衡常數(shù)),用符號Kc表示.

解答化學(xué)平衡常數(shù)計算常用的方法是運用“三段式”法,對于一般反應(yīng)其基本答題模板為

令A(yù)、B起始物質(zhì)的量分別為amol、bmol,達(dá)到平衡后,A 的轉(zhuǎn)化量為mxmol,容器容積為VL,則有以下關(guān)系:

例1(強(qiáng)基模擬題)已知CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0,某溫度下,恒容密閉容器中,CO2和H2的起始濃度分別為amol·L－1和3amol·L－1,反應(yīng)達(dá)到平衡時,CH3OH 的產(chǎn)率為b,該溫度下反應(yīng)平衡常數(shù)的值為_________.

解析

依據(jù)題意列出三段式:

例2(強(qiáng)基模擬題)已知CO 和H2在一定條件下能發(fā)生反應(yīng)

在容積均為VL 的甲、乙、丙3個密閉容器中都充入amolCO 和2amolH2,3個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變,在其他條件相同的情況下,實驗測得反應(yīng)均進(jìn)行到tmin時CO 的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示,此時3個容器中一定處在化學(xué)平衡狀態(tài)的是________(填“T1”“T2”或“T3”);該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為_________(用含a、V的式子表示).

圖1

解析

由題給反應(yīng)可知ΔH＜0,升高溫度,平衡逆向移動,CO 的體積分?jǐn)?shù)增大,但T2時CO的體積分?jǐn)?shù)小于T1時CO的體積分?jǐn)?shù),說明T2時反應(yīng)未達(dá)到平衡;T3時CO 的體積分?jǐn)?shù)大于T2時CO 的體積分?jǐn)?shù),說明T3時反應(yīng)達(dá)到平衡.平衡時CO 的體積分?jǐn)?shù)為20%,設(shè)生成的CH3OH 的物質(zhì)的量為xmol,則

2 已知平衡分壓計算化學(xué)平衡常數(shù)(Kp)

氣體的化學(xué)分壓平衡常數(shù)是指在一定溫度下,氣相反應(yīng):mA(g)＋nB(g)?eC(g)＋fD(g)達(dá)平衡時,氣態(tài)生成物分壓冪之積與氣態(tài)反應(yīng)物分壓冪之積的比值為一個常數(shù),稱為該反應(yīng)的分壓平衡常數(shù),用符號Kp表示,表達(dá)式為

分壓平衡常數(shù)Kp與總壓p、氣體體積分?jǐn)?shù)x的關(guān)系分析如下:一定溫度下,剛性密閉容器中發(fā)生氣相反應(yīng)mA(g)＋nB(g)?eC(g)＋fD(g).達(dá)到平衡時,令A(yù)、B、C、D 的分壓分別為p(A)、p(B)、p(C)、p(D),A、B、C、D 的體積分?jǐn)?shù)為x(A)、x(B)、x(C)、x(D),體系總壓

例3(華南理工大學(xué)強(qiáng)基題,節(jié)選)容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣,在等壓(p)下發(fā)生反應(yīng)

C2H6(g)＝C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137kJ·mol－1,乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α.反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝_________(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)).

解析

設(shè)起始時C2H6和H2的物質(zhì)的量均為1mol,列出三段式:

例4(武漢大學(xué)強(qiáng)基題,節(jié)選)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品.接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化:ΔH＝－98kJ·mol－1.將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m%SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器,在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng).平衡時,若SO2轉(zhuǎn)化率為α,則SO3壓強(qiáng)為_________,平衡常數(shù)Kp＝________(以分壓表示,分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)).

解析

設(shè)通入的SO2、O2和N2共100mol,利用三段式法進(jìn)行計算:

3 已知速率常數(shù)計算化學(xué)平衡常數(shù)(Kc)

一定溫度下,化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其化學(xué)計量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積成正比.對于反應(yīng):aA＋bB＝gG＋hH,則v＝kca(A)·cb(B)(其中k為速率常數(shù)).例如,

例5(北京理工大學(xué)強(qiáng)基題,節(jié)選)(1)NO2可發(fā)生二聚反應(yīng)生成N2O4,化學(xué)方程式為

圖2

(2)圖中A、B、C、D點的縱坐標(biāo)分別為a＋1.5、a＋0.5、a－0.5、a－1.5,則溫度T1時化學(xué)平衡常數(shù)K＝_________.已知溫度T1時,某時刻恒容密閉容器中NO2、N2O4濃度均為0.2mol·L－1,此時v正________v逆(填“＞”或“＜”).

解析

(1)升高溫度,體系顏色加深,平衡逆向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH＜0;化學(xué)反應(yīng)速率和溫度成正比,隨著溫度降低,增大,正、逆反應(yīng)速率減小,則lgk正和lgk逆均減小,由于溫度降低平衡正向移動,v正＞v逆,則降低相同溫度時lgk逆減小得更快,則③表示lgk正隨變化關(guān)系的斜線,④表示lgk逆隨變化關(guān)系的斜線.

(2)化學(xué)平衡常數(shù)

例6(強(qiáng)基模擬題)升高溫度,絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)速率增大,但是2NO(g)＋O2(g)?2NO2(g)的反應(yīng)速率卻隨著溫度的升高而減小.查閱資料知:2NO(g)＋O2(g)?2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步:

(完)