专题提升系列(三)　压强平衡常数及其应用 教学课件

第二章化学反应速率与化学平衡压强平衡常数及其应用专题提升系列(三)压强平衡常数概念模型内容索引索引压强平衡常数概念模型【模型构建】一定条件下，若平衡体系中有气体物质，也可用其分压代替浓度，所求得的平衡常数为压强平衡常数，用Kp表示。1．对于反应aA(g)＋bB(g)

cC(g)＋dD(g)，其压强平衡常数表达式为Kp＝

。浓度平衡常数与压强平衡常数的关系：Kc＝

，又p＝RT＝cRT，则Kp＝Kc•(RT)Δn[Δn＝(c＋d)－(a＋b)]。2．气体分压＝气体总压×该气体的物质的量分数或体积分数。【规律方法】1．Kp含义在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算得到的平衡常数叫压强平衡常数，其单位与表达式有关。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝

。2．计算技巧第一步根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度第二步计算各气体组分的物质的量分数或体积分数第三步根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)第四步根据平衡常数计算公式代入计算(2022•湖南选择性考试节选)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g)，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：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)下列说法正确的是________(填字母)。A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡C．平衡时H2的体积分数可能大于D．将炭块粉碎，可加快反应速率BD典例1A项，在恒温恒容条件下，平衡时向容器中充入惰性气体不能改变反应混合物的浓度，因此反应Ⅰ的平衡不移动，A说法不正确；B项，在反应中有固体C转化为气体，气体的质量增加，而容器的体积不变，因此气体的密度在反应过程中不断增大，当混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，B说法正确；C项，若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g)，由C(s)＋2H2O(g)

CO2(g)＋2H2(g)可知，H2的体积分数的极值为

，由于可逆反应具有一定的限度，反应物不可能全部转化为生成物，因此，平衡时H2的体积分数不可能大于

，C说法不正确；D项，将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积，因此可加快反应速率，D说法正确；故选BD。(2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1mol。此时，整个体系________(填“吸收”或“放出”)热量_________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝___________(用分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。吸收31.20.02MPa反应达到平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5mol，水的平衡量也是0.5mol，由于CO的物质的量为0.1mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2mol，根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.3molCO要吸收热量39.42kJ，生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ此时，因此整个体系吸收热量39.42kJ－8.22kJ＝31.2kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5mol，CO的物质的量为0.1mol，CO2的物质的量为0.2mol，水的物质的量为0.5mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5mol＋0.1mol＋0.2mol＋0.5mol＝1.3mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2MPa×1.3＝0.26MPa，反应Ⅰ[C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)]的平衡常数Kp＝

×p总＝

×0.26MPa＝0.02MPa。

已知2NO2(g)

N2O4(g)，用分压p(某组分的分压等于总压与其物质的量分数的积)表示的平衡常数Kp＝

。298K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为100kPa。已知Kp＝2.7×10－3kPa－1，则NO2的转化率为A．70% B．55%C．46% D．35%√典例2假设起始时投入NO2的物质的量为1mol，平衡转化率为x，用三段式法计算：

2NO2(g)

N2O4(g)起始量/mol10改变量/molx0.5x平衡量/mol1－x0.5x同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，则p(NO2)∶p(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100kPa∶p(N2O4)，则p(N2O4)＝

kPa，因此Kp＝

kPa－1＝2.7×10－3kPa－1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡转化率为35%。

在300℃、8MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生反应CO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝_____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。MPa－2典例3CO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300变化量/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℃时，一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)

2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为40%，总压强为p总。(1)平衡时CO2的转化率为________。设开始加入1molCO2，反应了xmolCO2，则有

C(s)＋CO2(g)

2CO(g)始态/mol 10变化/mol x2x平衡/mol 1－x2x因此有

×100%＝40%，解得x＝0.25，CO2的转化率为×100%＝25%。25%典例4(2)已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝________。平衡时CO的体积分数为40%，则CO2的体积分数为60%，故Kp＝

≈0.27p总。0.27p总

乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶粘剂、皮革生产过程所需的有机溶剂，而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。在刚性容器压强为1.01MPa时，乙酸甲酯与氢气制备乙醇主要发生如下反应：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)

CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)一定温度下，以n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10的投料比进行反应，乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图所示：(1)A点时，CH3COOCH3(g)的平衡分压为____________，CH3CH2OH(g)的体积分数为________%(保留一位小数)。0.01MPa8.9典例5由图可看出，转化率为90%时，总压为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反应/mol0.91.80.90.9平衡/mol0.18.20.90.9总压为1.01MPa，因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01