盧 艷

(廣西壯族自治區(qū)防城港市北部灣高級(jí)中學(xué) 538000)

2022年全國(guó)卷甲卷理綜化學(xué)試卷28題，延續(xù)了2021年全國(guó)甲卷理綜28題考查Kp表達(dá)式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算.今年的高考題反映出了新高考的評(píng)價(jià)精神.

1 對(duì)2022年全國(guó)卷甲卷理綜化學(xué)試題28題化學(xué)平衡常數(shù)的思考

2022年全國(guó)卷甲卷理綜化學(xué)試題28題(節(jié)選)：

目前生產(chǎn)鈦的方法之一是將金紅石(TiO2)轉(zhuǎn)化為T(mén)iCl4，再進(jìn)一步還原得到鈦.

回答下列問(wèn)題：

(1)TiO2轉(zhuǎn)化為T(mén)iCl4有直接氯化法和碳法氯化法.在1000℃時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其平衡常數(shù)如下：

①直接氯化法：

ΔH1=172kJ/molKp1=1.0×10-2

②碳氯化法：

ΔH2=-51kJ/molKp2=1.2×1012Pa

Ⅰ.反應(yīng)

的Kp=____Pa

Ⅱ.在1.0×105Pa，將TiO2、C、Cl2以物質(zhì)的量之比1∶2.2∶2進(jìn)行反應(yīng).體系中氣體平衡組成比例(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度變化的理論計(jì)算結(jié)果如圖1所示.

圖1

Ⅰ.反應(yīng)

的平衡常數(shù)Kp(1400℃)=____Pa.

在2022年全國(guó)高考甲卷中，根據(jù)蓋斯定律，將“反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅰ”得到化學(xué)方程式：

從高考真題中，可以看出Kp已經(jīng)由單一平衡體系的計(jì)算轉(zhuǎn)向兩個(gè)或者兩個(gè)平衡體系的計(jì)算，需要更高的思維階層.

如何從題目中快速得到平衡體系中各物質(zhì)的總量，進(jìn)行求解呢？下面舉例給大家介紹兩個(gè)反應(yīng)的平衡體系與三個(gè)反應(yīng)的平衡體系的“消生”法.

“消生”法：物質(zhì)平衡的物質(zhì)的量=初始量-消耗量+生成量.初始量沒(méi)有，計(jì)為0.

2 兩個(gè)反應(yīng)的平衡體系的“消生”法

例1 1mol甲醇?xì)怏w和1.2mol水蒸氣混合充入1L恒容密閉容器中，控制反應(yīng)溫度為300℃、起始?jí)簭?qiáng)為2.0MPa下進(jìn)行反應(yīng)，存在副反應(yīng)：

平衡時(shí)容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1mol.則甲醇水蒸氣重整反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=____.

根據(jù)題意，反應(yīng)體系中同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)反應(yīng)，平衡時(shí)，n(CH3OH)=n(CO)=0.1mol，兩個(gè)反應(yīng)平衡是同時(shí)存在的，由于平衡時(shí)n(CH3OH)=0.1mol，得知甲醇消耗了0.9mol，一氧化碳生成了0.1mol，分析如下：

0.9mol(消) 0.9mol(消) 0.9mol(生) 2.7mol(生)

0.1mol(消) 0.1mol(消) 0.1mol(生) 0.1mol(生)

n(H2O)=(1.2-0.9+0.1)mol=0.4mol，n(CO2)=(0.9-0.1)mol=0.8mol，n(H2)=(2.7-0.1)mol=2.6mol

n(總)=n(CH3OH)+n(CO)+n(H2O)+n(CO2)+n(H2)=4mol

例2已知

T℃時(shí)，向10L恒容密閉容器中充入1mol NO(g)和1mol O3(g)，發(fā)生反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2).5min末達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得O3(g)的轉(zhuǎn)化率為60%，O2(g)的物質(zhì)的量為0.5mol.求T℃時(shí)，反應(yīng)(1)的平衡常數(shù)K=____.

根據(jù)題意，反應(yīng)體系中同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)反應(yīng)，平衡時(shí)，O3(g)的轉(zhuǎn)化率為60%，消耗了0.6mol，生成O2(g) 0.6mol，但是平衡時(shí)，O2(g) 為0.5mol，所以O(shè)2(g)要在(2)中消耗0.1 mol.分析過(guò)程:

0.6mol(消) 0.6mol(消) 0.6mol(生) 0.6mol(生)

0.2mol(消) 0.1mol(消) 0.2mol(生)

n(NO)=(1-0.6-0.2)mol=0.2mol

n(O3)=(1-0.6)mol=0.4 mol

n(NO2)=(0.6+0.2)mol=0.8mol

n(O2)=(0.6-0.1)mol=0.5mol

T℃時(shí)，反應(yīng)(1)的平衡常數(shù)

3 三個(gè)反應(yīng)的平衡體系的“消生”法

例3在1 L真空密閉容器中加入amol NH4I固體，t℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：

達(dá)平衡時(shí)，體系中n(HI)=bmol，n(I2)=cmol，n(H2)=dmol，則n(N2)=____mol，t℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K為_(kāi)___(用字母表示).

根據(jù)題意，只有反應(yīng)③有I2(g)，所以，反應(yīng)③平衡時(shí)生成I2為cmol，同時(shí)反應(yīng)③生成了H2為cmol，消耗了HI 2cmol，平衡時(shí)n(H2)=dmol，n(HI)=bmol，所以反應(yīng)②生成H2為(d-c)mol，反應(yīng)①生成HI(b+2c)mol.分析過(guò)程：

(b+2c)mol(消) (b+2c)mol(生) (b+2c)mol(生)

2(d-c)/3mol(消) (d-c)/3 mol(生) (d-c)mol(生)

2cmol(消)cmol(生)cmol(生)

n(NH3)=[(b+2c)-2(d-c)]/3=(3b-2d+8c)/3mol

n(HI)=(b+2c)-2c=bmol

“消生”在多個(gè)平衡體系中運(yùn)用，很好地化解了學(xué)生對(duì)于平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量的把握，能夠從宏觀地角度分析體系中各物質(zhì)量之間的轉(zhuǎn)化.