高考中關于壓強平衡常數Kp的常見題型

李魁菊

(貴州省湄潭縣湄江高級中學)

壓強平衡常數Kp是高中化學平衡知識中比較重要的一個知識點,也是高考中常見的考點.解答這類問題,學生不但要有堅實的理論基礎,還要有一定的計算能力.在高考中,對壓強平衡常數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.本文將結合高考試題,總結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的關鍵是求出各組分氣體的物質的量分數,在解答問題時,可以根據題目信息設未知數,而后一步步求解,在此基礎之上靈活運用三段式,便可順利解答.

例1(2022年全國乙卷28,節選)已知H2S熱分解反應為2H2S(g)?S2(g)＋2H2(g),在1470K,100kPa下,將n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4進行H2S熱分解.平衡時,H2S與H2分壓相等,平衡常數Kp＝_________.

設1470K,100kPa下,H2S和Ar的起始物質的量分別為amol和4amol,設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,可以直接運用壓強之間的關系,列出三段式,并不需要計算各物質所對應的物質的量.

例2(2021 年全國乙卷28,節選)氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時部分分解為BaCl2,Pt,Cl2,376.8 ℃平衡常數Kp＝1.0×104Pa2,在一硬質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℃,碘蒸氣初始壓強為20.0kPa.平衡時,測得燒瓶中壓強為32.5kPa,反應2ICl(g)?Cl2(g)＋I2(g)的平衡常數K＝_________.

376.8℃時,BaPtCl6發生分解反應:

反應平衡常數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,發生反應

設達到平衡時I2(g)的壓強變化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)＋I2(g)的平衡常數

2 多重平衡體系

2.1 恒壓多重平衡體系

多重平衡體系中,在體系達到平衡時,體系內所包含的所有反應均處于平衡狀態,參與多個反應的同一物質只能擁有一個平衡濃度.在恒壓多重平衡體系中,氣體的物質的量之比等于氣體的體積比,以此為基礎,首先根據題目信息,設出每個反應的變化量,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,節選)苯催化加氫制備環己烷是化工生產中的重要工藝,一定條件下,發生如下反應:

恒壓反應器中,按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料,進行上述反應,p總＝p0,平衡時,C6H6的轉化率為α,環己烷的分壓為p,則反應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×物質的量分數).

設投料H2,C6H6為4 mol和1 mol,Ⅰ中C6H6變化量為xmol,Ⅱ中環己烷變化量為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、結束的壓強條件為出發點,圍繞這一問題進行深入分析,將題目所給信息進行轉化,最后依托三段式解答問題.

例4(2022年湖南16,節選)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),起始壓強為0.2MPa,反應如下:

Ⅰ.C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g);

Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g).

平衡時,H2O(g)的轉化率為50%,n(CO)＝0.1mol,反應Ⅰ平衡常數Kp＝________(以分壓表示,分壓＝總壓×物質的量分數).

恒容體系中,可以借助壓強進行計算,結合信息,起始時有1 mol H2O(g),壓強為0.2MPa,平衡時p(CO)＝0.02 MPa,設反應Ⅰ,Ⅱ壓強變化分別為xMPa,yMPa,可得以下變化關系:

則反應Ⅰ平衡常數

恒壓、恒容最大不同在于,恒容時壓強會發生改變,恒壓則在整個過程中壓強不發生改變.同學們在解題時,要先確定題目屬于哪一類,而后根據相關方法解答問題.

(完)