題組訓練 突破平衡計算

■華中師范大學瓊中附屬中學 楊 超

新高考化學試題常以充分體現核心價值的問題情境承載考試內容,從基礎性、綜合性、應用性、創新性四個方面進行考查,需要考生運用必備知識與關鍵能力解決實際問題,從而考查考生的學科素養水平。化學反應原理屬于比較抽象的理論知識,是化學學科素養的重要組成,同時也是高考必考的內容,難度較大、區分度較高。平衡計算是化學反應原理的必考內容,主要考查考生化學平衡基礎知識、化學計算能力、對信息的整合吸收能力以及知識遷移應用能力等,即必備知識與關鍵能力的考查。

在復習備考中,不妨設置必要的題組,進行訓練和總結,從而掌握計算的類型、特點和方法,提高解題效率,減少計算錯誤。

題組一:濃度平衡常數和分壓平衡常數

可逆反應達到平衡時,用平衡時物質的量濃度所求的平衡常數叫濃度平衡常數,通常用Kc表示;對于有氣體參與的反應,用平衡時各物質的分壓代替物質的量濃度所求的平衡常數叫分壓平衡常數,通常用Kp表示。

例1(1)恒溫恒容密閉容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol CO(g)、0.1 mol H2O(g),初始壓強為p。使其發生反應CO2(g)+H2(g),達平衡時測得CO 的轉化率為60%,則Kc=____,Kp=____。

(2)恒溫恒容密閉容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始壓強為p。使其發生反應CO(g)+H2(g),達到平衡時測得C 的轉化率為60%,則Kc=_____,Kp=_____。

(3)恒溫恒壓密閉容器中(T℃,p)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始容器體積為2 L。使其發生反應CO(g)+H2(g),達到平衡時測得C 的轉化率為60%,則Kc=_____,Kp=____。

解析:平衡常數的計算題目,通常用到三段式。

起始容器中氣體的物質的量為0.1 mol壓強為p,平衡時氣體的物質的量為0.16 mol,恒容條件下壓強之比等于物質的量之比,即平衡時壓強為1.6p。

起始容器中氣體的物質的量為0.1 mol,體積為2 L,平衡時氣體的物質的量為0.16 mol,恒壓條件下,體積之比等于物質的量之比,平衡時容器的體積為3.2 L。

解后反思:(1)對于左右兩邊氣體系數相等的反應,Kc=Kp,數據處理時可以用氣體的物質的量代替物質的量濃度進行計算。(2)對于有固體參與的反應,計算平衡常數時,固體物質不參與其中,左右兩邊氣體系數不相等時,要注意是恒溫恒容還是恒溫恒壓,數據處理時要注意濃度計算時體積是否變化,分壓計算時總壓是否變化。

題組二:電解質溶液中的粒子平衡有關計算

例2已知25 ℃時,K(HClO)=4.0×10-8(lg2=0.3),Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。

(1)0.4 mol· L-1HClO 溶液的pH=____。

(2)0.4 mol· L-1NaClO 溶液的pH=____。

(3)1.0 L 水中投入0.1 mol BaSO4,得到BaSO4的懸濁液,向該懸濁液中投入Na2CO3固體使BaSO4全部轉化為BaCO3,理論上需Na2CO3____mol(忽略過程中溶液體積的變化)。

(4)1.0 L 水中投入0.1 mol BaCO3,得到BaCO3的懸濁液,向該懸濁液中投入Na2SO4固體使BaCO3全部轉化為BaSO4,理論上需Na2SO4____mol(忽略過程中溶液體積的變化)。

解析:(1)設達平衡時,c(H+)=xmol·L-1,則:

K=生成BaSO4沉淀0.1 mol需Na2SO40.1 mol,保持平衡時溶液中的濃度符合關系式0.003 8 mol,則需加入Na2SO4的物質的量為0.0038 mol+0.1 mol=0.103 8 mol。

解后反思:溶液中的粒子平衡是化學平衡的一種,在平衡計算中,三段式同樣適用。(1)(2)要注意電離和水解通常比較微弱,電離的弱酸分子或水解的弱酸陰離子(或弱堿陽離子)對平衡濃度的影響可以忽略不計。(3)(4)既要考慮轉化又要考慮平衡的存在,理論上硫酸鋇和碳酸鋇可以相互轉化,但是通過2.6 mol·L-1、0.003 8 mol·L-1及2.7 mol、0.103 8 mol 我們不難發現0.003 8 mol·L-1容易實現,若該溫度下飽和碳酸鈉溶液的物質的量濃度小于2.6 mol·L-1,則BaSO4不能全部轉化為BaCO3,只可能部分轉化。