新蘇教版高中化學選擇性必修1學案：微專題6 壓強平衡常數及其應用

新蘇教版高中化學選擇性必修1《化學反應原理》PAGEPAGE1微專題6壓強平衡常數及其應用對恒溫、恒壓條件下的可逆反應，用壓強平衡常數分析解決問題往往比較簡單。1．分壓(1)定義：相同溫度下，當某組分氣體B單獨存在且具有與混合氣體總體積相同體積時，該氣體B所具有的壓強，稱為氣體B的分壓強。(2)計算公式：混合氣體中某組分的分壓＝總壓×該組分的物質的量分數，pB＝p總×eq\f(nB,n總)。(3)分壓定律：混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和，即p總＝pA＋pB＋pC＋…2．壓強平衡常數一定溫度下，氣相反應mA(g)＋nB(g)eC(g)＋fD(g)達平衡時，氣態(tài)生成物分壓冪之積與氣態(tài)反應物分壓冪之積的比值為一個常數，稱為該反應的壓強平衡常數，用符號Kp表示，Kp的表達式如下：Kp＝eq\f(peC·pfD,pmA·pnB)。3．運用計算技巧壓強平衡常數計算技巧：第一步，根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度。第二步，計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數。第三步，根據分壓計算公式求出各氣體物質的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(或物質的量分數)。第四步，根據平衡常數計算公式代入計算，例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強平衡常數表達式為Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。1．(2021·金華檢測)已知2NO2(g)N2O4(g)用分壓p(其組分的分壓等于總壓與其物質的量分數的積)表示的平衡常數Kp＝eq\f(pN2O4,p2NO2)。298K時，在體積固定的密閉容器中充入一定量的NO2，平衡時NO2的分壓為100kPa。已知Kp＝2.7×10－3kPa－1，則NO2的轉化率為()A．70% B．55%C．46% D．35%答案D解析假設NO2起始時投入的物質的量為1mol，平衡轉化率為x，用三段式法計算：2NO2(g)N2O4(g)起始/mol10改變/molx0.5x平衡/mol1－x0.5x同溫同體積時，壓強之比等于物質的量之比，則p(NO2)∶p(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100kPa∶p(N2O4)，則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的平衡轉化率為35%。2．緩沖和供氧系統是維持人體正常生理活動的兩個重要平衡系統，肌細胞中儲存氧氣和分配氧氣時存在如下平衡：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)肌紅蛋白氧合肌紅蛋白溫度為37℃時，氧氣的結合度[α(MbO2)][指氧合肌紅蛋白的濃度占肌紅蛋白初始濃度的百分數]與氧氣的平衡分壓[p(O2)]的關系如圖所示：回答下列問題：(1)利用R點所示數據，計算37℃時該反應的平衡常數K＝________(氧氣的平衡濃度可用氧氣的平衡分壓代替求算)。(2)已知37℃時，該反應的正反應速率v正＝k1c(Mb)·p(O2)，逆反應速率v逆＝k2c(MbO2)，k1、k2分別是正、逆反應速率常數，若k2＝60s－1，則k1＝__________。答案(1)2.0kPa－1(2)120s－1·kPa－1解析α(MbO2)＝eq\f(cMbO2,cMb＋cMbO2)，則c(Mb)＝eq\f(1－αMbO2,αMbO2)·c(MbO2)。(1)K＝eq\f(cMbO2,cMb·pO2)＝eq\f(cMbO2,\f(1－αMbO2,αMbO2)·cMbO2·pO2)＝eq\f(αMbO2,[1－αMbO2]·pO2)，代入R點坐標數據得K＝eq\f(0.9,1－0.9×4.5)kPa－1＝2.0kPa－1。(2)37℃反應達到平衡時，v正＝v逆，則k1c(Mb)·p(O2)＝k2c(MbO2)，k1＝eq\f(k2cMbO2,cMb·pO2)＝60s－1×2.0kPa－1＝120s－1·kPa－1。3．NO和2.030mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，在200℃下測得平衡體系中各物質的物質的量以及容器內壓強如下表：活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200℃2.0000.04000.03000.03003.93根據上表數據，寫出容器中發(fā)生反應的化學方程式：________________，計算反應體系在200℃時的平衡常數Kp＝________________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×體積分數)。答案C＋2NON2＋CO2eq\f(9,16)解析1L恒容密閉容器中加入0.1000molNO和2.030mol固體活性炭，生成A、B兩種氣體，從表中數據可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，可以推斷出生成的A、B兩種氣體分別為N2和CO2，反應的化學方程式為C＋2NON2＋CO2。該反應的平衡常數Kp＝eq\f(pN2·pCO2,p2NO)，容器的體積為1L，平衡分壓之比等于平衡濃度之比，帶入表中數據計算得Kp＝eq\f(9,16)。4．乙酸甲酯是樹脂、涂料、油墨、油漆、膠粘劑、皮革生產過程所需的有機溶劑，而且乙酸甲酯還可作為原料制備燃料乙醇。在剛性容器壓強為1.01MPa時，乙酸甲酯與氫氣制備乙醇主要發(fā)生如下反應：CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)一定溫度下，以n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10的投料比進行反應，乙酸甲酯轉化率與氣體總壓強的關系如圖所示：(1)A點時，CH3COOCH3(g)的平衡分壓為_______，CH3CH2OH(g)的體積分數為______%(保留一位小數)。(2)此溫度下，該反應的化學平衡常數Kp＝_____________MPa－1(Kp為以分壓表示的平衡常數，列出計算式，不要求計算結果)。答案(1)0.01MPa8.9(2)eq\f(0.09×0.09,0.01×0.822)解析(1)由圖可看出，轉化率為90%時，總壓為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/mol11000反應/mol0.91.80.90.9平衡/mol0.18.20.9