高考中关于压强平衡常数Kp的常见题型

李魁菊

(贵州省湄潭县湄江高级中学)

压强平衡常数Kp是高中化学平衡知识中比较重要的一个知识点,也是高考中常见的考点.解答这类问题,学生不但要有坚实的理论基础,还要有一定的计算能力.在高考中,对压强平衡常数的考查通常有多种题型,包括单一平衡体系和多重平衡体系.单一平衡体系和多重平衡体系又可分为恒压、恒容体系.本文将结合高考试题,总结各类题型的解题策略.

1 单一平衡体系

1.1 恒压单一平衡体系

恒压体系下,求Kp的关键是求出各组分气体的物质的量分数,在解答问题时,可以根据题目信息设未知数,而后一步步求解,在此基础之上灵活运用三段式,便可顺利解答.

例1(2022年全国乙卷28,节选)已知H2S热分解反应为2H2S(g)⇌S2(g)＋2H2(g),在1470K,100kPa下,将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4进行H2S热分解.平衡时,H2S与H2分压相等,平衡常数Kp＝_________.

设1470K,100kPa下,H2S和Ar的起始物质的量分别为amol和4amol,设H2S变化量为xmol,则列三段式为

平衡时,H2S与H2分压相等,则有a－x＝x,解得x＝0.5a,则

平衡常数为

1.2 恒容单一平衡体系

恒容体系Kp的计算过程中,可以直接运用压强之间的关系,列出三段式,并不需要计算各物质所对应的物质的量.

例2(2021 年全国乙卷28,节选)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2,Pt,Cl2,376.8 ℃平衡常数Kp＝1.0×104Pa2,在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,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.平衡时,测得烧瓶中压强为32.5kPa,反应2ICl(g)⇌Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝_________.

376.8℃时,BaPtCl6发生分解反应:

反应平衡常数Kp＝p2(Cl2)＝1.0×104Pa2,则平衡时p(Cl2)＝0.1kPa.

376.8℃时,过量BaPtCl6通入碘蒸气,发生反应

设达到平衡时I2(g)的压强变化xkPa,则列三段式为

由题意得(20.0－x)kPa＋0.1kPa＋2xkPa＝32.5kPa,解得x＝12.4kPa.平衡时,p(I2)＝7.6kPa,p(ICl)＝24.8kPa,则2ICl(g)⇌Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数

2 多重平衡体系

2.1 恒压多重平衡体系

多重平衡体系中,在体系达到平衡时,体系内所包含的所有反应均处于平衡状态,参与多个反应的同一物质只能拥有一个平衡浓度.在恒压多重平衡体系中,气体的物质的量之比等于气体的体积比,以此为基础,首先根据题目信息,设出每个反应的变化量,而后可以借助三段式、守恒法求出未知量.

例3(2021年辽宁卷17,节选)苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺,一定条件下,发生如下反应:

恒压反应器中,按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料,进行上述反应,p总＝p0,平衡时,C6H6的转化率为α,环己烷的分压为p,则反应Ⅰ的Kp＝________(列出计算式即可,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压＝总压×物质的量分数).

设投料H2,C6H6为4 mol和1 mol,Ⅰ中C6H6变化量为xmol,Ⅱ中环己烷变化量为ymol,则有

由此可得

则答案为

2.2 恒容多重平衡体系

恒容体系的多重平衡计算中,要以起始、结束的压强条件为出发点,围绕这一问题进行深入分析,将题目所给信息进行转化,最后依托三段式解答问题.

例4(2022年湖南16,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1 mol H2O(g),起始压强为0.2MPa,反应如下:

Ⅰ.C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g);

Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g).

平衡时,H2O(g)的转化率为50%,n(CO)＝0.1mol,反应Ⅰ平衡常数Kp＝________(以分压表示,分压＝总压×物质的量分数).

恒容体系中,可以借助压强进行计算,结合信息,起始时有1 mol H2O(g),压强为0.2MPa,平衡时p(CO)＝0.02 MPa,设反应Ⅰ,Ⅱ压强变化分别为xMPa,yMPa,可得以下变化关系:

则反应Ⅰ平衡常数

恒压、恒容最大不同在于,恒容时压强会发生改变,恒压则在整个过程中压强不发生改变.同学们在解题时,要先确定题目属于哪一类,而后根据相关方法解答问题.

(完)