高中 化學 選擇性必修1 第二章 化學反應速率與化學平衡《專題突破三 壓強平衡常數(shù)（Kp）的相關(guān)計算》教學設(shè)計

1.概念模型2.計算技巧第一步根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度第二步計算各氣體組分的物質(zhì)的量分數(shù)或體積分數(shù)第三步根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(shù)(或物質(zhì)的量分數(shù))第四步根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算SO2與Cl2反應可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反應為SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2與Cl2充入一恒壓的密閉容器中發(fā)生上述反應，SO2的轉(zhuǎn)化率與溫度T的關(guān)系如下圖所示：若反應一直保持在p壓強條件下進行，則M點的壓強平衡常數(shù)Kp＝____________(用含p的表達式表示，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×體積分數(shù))。答案：eq\f(3,p)解析：據(jù)圖可知M點SO2的轉(zhuǎn)化率為50%，設(shè)初始投料為2molSO2和2molCl2，列三段式有SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)起始/mol220轉(zhuǎn)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)。針對練1.已知2NO2(g)N2O4(g)，用分壓p(某組分的分壓等于總壓與其物質(zhì)的量分數(shù)的積)表示的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p(N2O4),p2(NO2))。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(zhuǎn)化率為()A.70% B.55%C.46% D.35%答案：D解析：假設(shè)起始時投入NO2的物質(zhì)的量為1mol，平衡轉(zhuǎn)化率為x，用三段式法計算：2NO2(g)N2O4(g)起始量/mol10改變量/molx0.5x平衡量/mol1－x0.5x同溫同體積時，壓強之比等于物質(zhì)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(zhuǎn)化率為35%。針對練2.在300℃、8MPa下，將CO2和H2按物質(zhì)的量之比為1∶3通入恒壓密閉容器中發(fā)生反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，達到平衡時，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應條件下的壓強平衡常數(shù)Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。答案：eq\f(1,48)(MPa)－2解析：假設(shè)起始通入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為1mol和3mol，列三段式有：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300變化量/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。針對練3.650℃時，一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡時，CO的體積分數(shù)為40%，總壓強為p總。(1)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為________。(2)已知：氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分數(shù)。用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp≈________。答案：(1)25%(2)0.27p總解析：(1)設(shè)開始加入1molCO2，反應了xmolCO2，則有C(s)＋CO2(g)2CO(g)始態(tài)/mol10變化/molx2x平衡/mol1－x2x因此有eq\f(2x,1－x＋2x)×100%＝40%，解得x＝0.25，CO2的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.25mol,1mol)×100%＝25%。(2)平衡時CO的體積分數(shù)為40%，則CO2的體積分數(shù)為60%，故Kp＝eq\f(p2(CO),p(CO2))＝eq\f((40%p總)2,60%p總)≈0.27p總。針對練4.汽車尾氣是造成霧霾天氣的重要原因之一，尾氣中的主要污染物為CxHy、NO、CO、SO2及固體顆粒物等?；钚蕴靠捎糜谔幚砥囄矚庵械腘O，在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，在不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強如下表：T/℃活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200℃2.0000.04000.03000.03003.93335℃2.0050.05000.02500.0250p根據(jù)上表數(shù)據(jù)，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(shù)Kp＝____________(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×體積分數(shù))。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，從不同溫度下測得平衡體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量以及容器內(nèi)壓強數(shù)據(jù)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兩種氣體為N2和CO2，反應的化學方程式為C＋2NON2＋CO2。該反應的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p(N2)·p(CO2),p2(NO))，容器的體積為1L，平衡分壓之比等于平衡濃度之比，代入表中數(shù)據(jù)計算得Kp＝eq\f(9,16)。針對練5.乙酸甲酯是樹脂、涂料、油墨、油漆、膠粘劑、皮革生產(chǎn)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(zhuǎn)化率與氣體總壓強的關(guān)系如圖所示：(1)A點時，CH3COOCH3(g)的平衡分壓為__________，CH3CH2OH(g)的體積分數(shù)為________%(保留一位小數(shù))。(2)此溫度下，該反應的化學平衡常數(shù)Kp＝______(MPa)－1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，列出計算式，不要求計算結(jié)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(zhuǎn)化率為90%時，總壓為1.01MPa，設(shè)n(CH3COOCH3)和n(H2)分別為1mol和10mol，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/mol0.1