多重平衡体系计算题例析

2022-05-23边永平

数理化解题研究 2022年13期

边永平

(河北省丰宁满族自治县第一中学 068350)

有关化学平衡的计算题，在考查化学平衡基本理论的基础上，重在考查学生的证据推理与模型认知的学科核心素养.多重平衡体系是指在相同的条件下，在同一容器中，同时建立多个化学平衡体系.各个平衡之间因具有某些相同的组分而相互关联和制约.当改变外界条件时，对各个平衡的影响程度常常不同，致使某些量的变化趋势有所不同，甚至完全相反.

现举数例有关多重平衡体系的计算题，并作浅析.

1 计算压强常数

例1 (2021年全国乙卷28题，节选) 氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃时平衡常数KP=1.0×104Pa2.在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl4，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭).在376.8℃，碘蒸气初始压强为20.0kPa.376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则p(ICl)=____kPa，反应

的平衡常数Kp=____(列出计算式即可).

解析根据题意，BaPtCl6固体加热时分解反应为：

该反应的平衡常数

Kp=p2(Cl2)=1.0×104Pa2

由此可求得平衡时

p(Cl2)=100Pa=0.1 kPa

容器中还同时发生另一个可逆反应：

此反应和上述平衡同时发生，既相互依存又相互制约.特别是Cl2，两个平衡中同时存在，但平衡后，p(Cl2)=0.1 kPa是不变的.

设参加反应的I2(g)为xkPa，列出三段式：

起始/kPa 20 0

转化/kPaxx2x

平衡/kPa 0.1 20-x2x

由题意有：0.1+20-x+2x=32.5

解得x=12.4kPa

平衡时p(ICl)=2x=24.8kPa,p(I2)=20-x=7.6 kPa.

因此，平衡时各物质的分压分别为：

p(Cl2)=0.1 kPa

p(I2)=20-x=7.6 kPa

p(ICl)=2x=24.8kPa

则反应

的平衡常数

Kp=[p(Cl2)·p(I2)]/p2(ICl)

答案见解析过程.

2 计算分压和浓度比

例2 在石油加工过程中，常利用裂解的手段获得短链烯烃.例如，将戊烷进行催化裂解，同时发生以下三个反应：

为研究上述平衡体系间的关系，向某反应容器中加入3.0mol C(CH3)4,控制温度为600K，压强为10MPa，达到平衡后，CH3CH2CH2CH2CH3和CH2=CHCH3的物质的量均为1.0 mol.

(1)求平衡体系中C(CH3)4的分压为____MPa.

(2)反应Ⅰ的平衡常数Kx(用物质的量分数表示平衡常数Kx)为____.

(3)同温同压下，若再向该平衡体系中充入一定量的稀有气体He，则反应Ⅲ的化学平衡将____(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”).平衡时，c(CH3CH2CH2CH2CH3)∶c[C(CH3)4]=____..

解析依题意，依次建立下面两个平衡：

起始量/mol 3 0 0

反应/mol 2 2 2

平衡量/mol 1 2 2

起始量/mol 2 2 0

反应/mol 1 1 1

平衡量/mol 1 1 1

(1)由于是恒压条件，即平衡时总压仍为10MPa，则平衡体系中C(CH3)4的分压为：

=2.5MPa

(3)同温同压下，若再向该平衡体系中充入一定量的稀有气体He，会使原平衡体系的体积增大，则对原平衡来说即相当于减压操作，根据反应Ⅲ的特点，减压时，平衡将向气体分子数增加的方向即正反应方向移动.由于温度不变，则反应Ⅰ的平衡常数不变，则c(CH3CH2CH2CH2CH3)∶c[C(CH3)4]与原平衡相同，即c(CH3CH2CH2CH2CH3)∶c[C(CH3)4]=1.

答案见解析过程.