高中 化学 选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡《专题突破三 压强平衡常数（Kp）的相关计算》教学设计

1.概念模型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SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反应为SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的关系如下图所示：若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp＝____________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。答案：eq\f(3,p)解析：据图可知M点SO2的转化率为50%，设初始投料为2molSO2和2molCl2，列三段式有SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)起始/mol220转化/mol111平衡/mol111所以p(SO2)＝p(Cl2)＝p(SO2Cl2)＝eq\f(1,3)p，所以Kp＝eq\f(\f(1,3)p,\f(1,3)p×\f(1,3)p)＝eq\f(3,p)。针对练1.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＝eq\f(p(N2O4),p2(NO2))。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%答案：D解析：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)＝eq\f(50x,1－x)kPa，因此Kp＝eq\f(\f(50x,1－x),1002)kPa－1＝2.7×10－3kPa－1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡转化率为35%。针对练2.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)。答案：eq\f(1,48)(MPa)－2解析：假设起始通入CO2和H2的物质的量分别为1mol和3mol，列三段式有：CO2(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×eq\f(0.5,3)MPa＝eq\f(4,3)MPa，p(H2)＝8×eq\f(1.5,3)MPa＝4MPa，所以Kp＝eq\f(\f(4,3)×\f(4,3),\f(4,3)×43)(MPa)－2＝eq\f(1,48)(MPa)－2。针对练3.650℃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________。(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≈________。答案：(1)25%(2)0.27p总解析：(1)设开始加入1molCO2，反应了xmolCO2，则有C(s)＋CO2(g)2CO(g)始态/mol10变化/molx2x平衡/mol1－x2x因此有eq\f(2x,1－x＋2x)×100%＝40%，解得x＝0.25，CO2的转化率为eq\f(0.25mol,1mol)×100%＝25%。(2)平衡时CO的体积分数为40%，则CO2的体积分数为60%，故Kp＝eq\f(p2(CO),p(CO2))＝eq\f((40%p总)2,60%p总)≈0.27p总。针对练4.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：T/℃活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200℃2.0000.04000.03000.03003.93335℃2.0050.05000.02500.0250p根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________，计算反应体系在200℃时的平衡常数Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。答案：C＋2NON2＋CO2eq\f(9,16)解析：1L恒容密闭容器中加入0.1000molNO和2.030mol固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：|Δn(C)|∶|Δn(NO)|∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，可以推断出生成的A、B两种气体为N2和CO2，反应的化学方程式为C＋2NON2＋CO2。该反应的平衡常数Kp＝eq\f(p(N2)·p(CO2),p2(NO))，容器的体积为1L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，代入表中数据计算得Kp＝eq\f(9,16)。针对练5.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)。(2)此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝______(MPa)－1(Kp为以分压表示的平衡常数，列出计算式，不要求计算结果)。答案：(1)0.01MPa8.9(2)eq\f(0.09×0.09,0.01×0.822)解析：(1)由图可看出，转化率为90%时，总压为1.01MPa，设n(CH3COOCH3)和n(H2)分别为1mol和10mol，列三段式求解：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)初始/mol11000反应/mol0.91.80.90.9平衡/mol0.1