專題提升系列(三)　壓強(qiáng)平衡常數(shù)及其應(yīng)用 教學(xué)課件

第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡壓強(qiáng)平衡常數(shù)及其應(yīng)用專題提升系列(三)壓強(qiáng)平衡常數(shù)概念模型內(nèi)容索引索引壓強(qiáng)平衡常數(shù)概念模型【模型構(gòu)建】一定條件下，若平衡體系中有氣體物質(zhì)，也可用其分壓代替濃度，所求得的平衡常數(shù)為壓強(qiáng)平衡常數(shù)，用Kp表示。1．對于反應(yīng)aA(g)＋bB(g)

cC(g)＋dD(g)，其壓強(qiáng)平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp＝

。濃度平衡常數(shù)與壓強(qiáng)平衡常數(shù)的關(guān)系：Kc＝

，又p＝RT＝cRT，則Kp＝Kc?(RT)Δn[Δn＝(c＋d)－(a＋b)]。2．氣體分壓＝氣體總壓×該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)?！疽?guī)律方法】1．Kp含義在化學(xué)平衡體系中，用各氣體物質(zhì)的分壓代替濃度，計(jì)算得到的平衡常數(shù)叫壓強(qiáng)平衡常數(shù)，其單位與表達(dá)式有關(guān)。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強(qiáng)平衡常數(shù)表達(dá)式為Kp＝

。2．計(jì)算技巧第一步根據(jù)“三段式”法計(jì)算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度第二步計(jì)算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)第三步根據(jù)分壓計(jì)算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強(qiáng)×該氣體的體積分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))第四步根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算公式代入計(jì)算(2022?湖南選擇性考試節(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1molH2O(g)，起始壓強(qiáng)為0.2MPa時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)生成水煤氣：Ⅰ.C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)

ΔH1＝＋131.4kJ?mol－1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)

CO2(g)＋H2(g)

ΔH2＝－41.1kJ?mol－1(1)下列說法正確的是________(填字母)。A．平衡時(shí)向容器中充入惰性氣體，反應(yīng)Ⅰ的平衡逆向移動(dòng)B．混合氣體的密度保持不變時(shí)，說明反應(yīng)體系已達(dá)到平衡C．平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)可能大于D．將炭塊粉碎，可加快反應(yīng)速率BD典例1A項(xiàng)，在恒溫恒容條件下，平衡時(shí)向容器中充入惰性氣體不能改變反應(yīng)混合物的濃度，因此反應(yīng)Ⅰ的平衡不移動(dòng)，A說法不正確；B項(xiàng)，在反應(yīng)中有固體C轉(zhuǎn)化為氣體，氣體的質(zhì)量增加，而容器的體積不變，因此氣體的密度在反應(yīng)過程中不斷增大，當(dāng)混合氣體的密度保持不變時(shí)，說明反應(yīng)體系已達(dá)到平衡，B說法正確；C項(xiàng)，若C(s)和H2O(g)完全反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化為CO2(g)和H2(g)，由C(s)＋2H2O(g)

CO2(g)＋2H2(g)可知，H2的體積分?jǐn)?shù)的極值為

，由于可逆反應(yīng)具有一定的限度，反應(yīng)物不可能全部轉(zhuǎn)化為生成物，因此，平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)不可能大于

，C說法不正確；D項(xiàng)，將炭塊粉碎可以增大其與H2O(g)的接觸面積，因此可加快反應(yīng)速率，D說法正確；故選BD。(2)反應(yīng)平衡時(shí)，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，CO的物質(zhì)的量為0.1mol。此時(shí)，整個(gè)體系________(填“吸收”或“放出”)熱量_________kJ，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝___________(用分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。吸收31.20.02MPa反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H2O(g)的轉(zhuǎn)化率為50%，則水的變化量為0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物質(zhì)的量為0.1mol，則根據(jù)O原子守恒可知CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可知，生成0.3molCO要吸收熱量39.42kJ，生成0.2molCO2要放出熱量8.22kJ此時(shí)，因此整個(gè)體系吸收熱量39.42kJ－8.22kJ＝31.2kJ；由H原子守恒可知，平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量為0.5mol，CO的物質(zhì)的量為0.1mol，CO2的物質(zhì)的量為0.2mol，水的物質(zhì)的量為0.5mol，則平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為0.5mol＋0.1mol＋0.2mol＋0.5mol＝1.3mol，在同溫同體積條件下，氣體的總壓之比等于氣體的總物質(zhì)的量之比，則平衡體系的總壓為0.2MPa×1.3＝0.26MPa，反應(yīng)Ⅰ[C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)]的平衡常數(shù)Kp＝

×p總＝

×0.26MPa＝0.02MPa。

已知2NO2(g)

N2O4(g)，用分壓p(某組分的分壓等于總壓與其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的積)表示的平衡常數(shù)Kp＝

。298K時(shí)，在體積固定的密閉容器中充入一定量的NO2，平衡時(shí)NO2的分壓為100kPa。已知Kp＝2.7×10－3kPa－1，則NO2的轉(zhuǎn)化率為A．70% B．55%C．46% D．35%√典例2假設(shè)起始時(shí)投入NO2的物質(zhì)的量為1mol，平衡轉(zhuǎn)化率為x，用三段式法計(jì)算：

2NO2(g)

N2O4(g)起始量/mol10改變量/molx0.5x平衡量/mol1－x0.5x同溫同體積時(shí)，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則p(NO2)∶p(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100kPa∶p(N2O4)，則p(N2O4)＝

kPa，因此Kp＝

kPa－1＝2.7×10－3kPa－1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為35%。

在300℃、8MPa下，將CO2和H2按物質(zhì)的量之比為1∶3通入恒壓密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)，達(dá)到平衡時(shí)，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)條件下的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝_____________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。MPa－2典例3CO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300變化量/mol0.51.50.50.5平衡量/mol0.51.50.50.5p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2O)＝8×MPa＝MPa，p(H2)＝8×Mpa＝4MPa，所以Kp＝

MPa－2＝

MPa－2。650℃時(shí)，一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)

2CO(g)。平衡時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)為40%，總壓強(qiáng)為p總。(1)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為________。設(shè)開始加入1molCO2，反應(yīng)了xmolCO2，則有

C(s)＋CO2(g)

2CO(g)始態(tài)/mol 10變化/mol x2x平衡/mol 1－x2x因此有

×100%＝40%，解得x＝0.25，CO2的轉(zhuǎn)化率為×100%＝25%。25%典例4(2)已知：氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分?jǐn)?shù)。用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝________。平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為40%，則CO2的體積分?jǐn)?shù)為60%，故Kp＝

≈0.27p總。0.27p總

乙酸甲酯是樹脂、涂料、油墨、油漆、膠粘劑、皮革生產(chǎn)過程所需的有機(jī)溶劑，而且乙酸甲酯還可作為原料制備燃料乙醇。在剛性容器壓強(qiáng)為1.01MPa時(shí)，乙酸甲酯與氫氣制備乙醇主要發(fā)生如下反應(yīng)：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)一定溫度下，以n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10的投料比進(jìn)行反應(yīng)，乙酸甲酯轉(zhuǎn)化率與氣體總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：(1)A點(diǎn)時(shí)，CH3COOCH3(g)的平衡分壓為____________，CH3CH2OH(g)的體積分?jǐn)?shù)為________%(保留一位小數(shù))。0.01MPa8.9典例5由圖可看出，轉(zhuǎn)化率為90%時(shí)，總壓為1.01MPa，已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10，列三段式求解：

CH3COOCH3(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)初始/mol

1

10

0

0反應(yīng)/mol0.91.80.90.9平衡/mol0.18.20.90.9總壓為1.01MPa，因此CH3COOCH3(g)的平衡分壓為1.01