“消生”法巧算多平衡体系的化学平衡常数

卢 艳

(广西壮族自治区防城港市北部湾高级中学 538000)

2022年全国卷甲卷理综化学试卷28题，延续了2021年全国甲卷理综28题考查Kp表达式的基础上，进一步考查了化学平衡常数的计算.今年的高考题反映出了新高考的评价精神.

1 对2022年全国卷甲卷理综化学试题28题化学平衡常数的思考

2022年全国卷甲卷理综化学试题28题(节选)：

目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛.

回答下列问题：

(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳法氯化法.在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：

①直接氯化法：

ΔH1=172kJ/molKp1=1.0×10-2

②碳氯化法：

ΔH2=-51kJ/molKp2=1.2×1012Pa

Ⅰ.反应

的Kp=____Pa

Ⅱ.在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比1∶2.2∶2进行反应.体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图1所示.

图1

Ⅰ.反应

的平衡常数Kp(1400℃)=____Pa.

在2022年全国高考甲卷中，根据盖斯定律，将“反应Ⅱ-反应Ⅰ”得到化学方程式：

从高考真题中，可以看出Kp已经由单一平衡体系的计算转向两个或者两个平衡体系的计算，需要更高的思维阶层.

如何从题目中快速得到平衡体系中各物质的总量，进行求解呢？下面举例给大家介绍两个反应的平衡体系与三个反应的平衡体系的“消生”法.

“消生”法：物质平衡的物质的量=初始量-消耗量+生成量.初始量没有，计为0.

2 两个反应的平衡体系的“消生”法

例1 1mol甲醇气体和1.2mol水蒸气混合充入1L恒容密闭容器中，控制反应温度为300℃、起始压强为2.0MPa下进行反应，存在副反应：

平衡时容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1mol.则甲醇水蒸气重整反应的平衡常数Kp=____.

根据题意，反应体系中同时进行两个反应，平衡时，n(CH3OH)=n(CO)=0.1mol，两个反应平衡是同时存在的，由于平衡时n(CH3OH)=0.1mol，得知甲醇消耗了0.9mol，一氧化碳生成了0.1mol，分析如下：

0.9mol(消) 0.9mol(消) 0.9mol(生) 2.7mol(生)

0.1mol(消) 0.1mol(消) 0.1mol(生) 0.1mol(生)

n(H2O)=(1.2-0.9+0.1)mol=0.4mol，n(CO2)=(0.9-0.1)mol=0.8mol，n(H2)=(2.7-0.1)mol=2.6mol

n(总)=n(CH3OH)+n(CO)+n(H2O)+n(CO2)+n(H2)=4mol

例2已知

T℃时，向10L恒容密闭容器中充入1mol NO(g)和1mol O3(g)，发生反应(1)和反应(2).5min末达到平衡时测得O3(g)的转化率为60%，O2(g)的物质的量为0.5mol.求T℃时，反应(1)的平衡常数K=____.

根据题意，反应体系中同时进行两个反应，平衡时，O3(g)的转化率为60%，消耗了0.6mol，生成O2(g) 0.6mol，但是平衡时，O2(g) 为0.5mol，所以O2(g)要在(2)中消耗0.1 mol.分析过程:

0.6mol(消) 0.6mol(消) 0.6mol(生) 0.6mol(生)

0.2mol(消) 0.1mol(消) 0.2mol(生)

n(NO)=(1-0.6-0.2)mol=0.2mol

n(O3)=(1-0.6)mol=0.4 mol

n(NO2)=(0.6+0.2)mol=0.8mol

n(O2)=(0.6-0.1)mol=0.5mol

T℃时，反应(1)的平衡常数

3 三个反应的平衡体系的“消生”法

例3在1 L真空密闭容器中加入amol NH4I固体，t℃时发生如下反应：

达平衡时，体系中n(HI)=bmol，n(I2)=cmol，n(H2)=dmol，则n(N2)=____mol，t℃时反应①的平衡常数K为____(用字母表示).

根据题意，只有反应③有I2(g)，所以，反应③平衡时生成I2为cmol，同时反应③生成了H2为cmol，消耗了HI 2cmol，平衡时n(H2)=dmol，n(HI)=bmol，所以反应②生成H2为(d-c)mol，反应①生成HI(b+2c)mol.分析过程：

(b+2c)mol(消) (b+2c)mol(生) (b+2c)mol(生)

2(d-c)/3mol(消) (d-c)/3 mol(生) (d-c)mol(生)

2cmol(消)cmol(生)cmol(生)

n(NH3)=[(b+2c)-2(d-c)]/3=(3b-2d+8c)/3mol

n(HI)=(b+2c)-2c=bmol

“消生”在多个平衡体系中运用，很好地化解了学生对于平衡时各物质的物质的量的把握，能够从宏观地角度分析体系中各物质量之间的转化.