高中化学苏教版（2021）选择性必修1 专题2 第二单元 微专题7 压强平衡常数及其应用（学案+跟踪练 word版含解析）
文档属性
| 名称 | 高中化学苏教版（2021）选择性必修1 专题2 第二单元 微专题7 压强平衡常数及其应用（学案+跟踪练 word版含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 81.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-03-11 13:38:46 | ||
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文档简介
微专题7 压强平衡常数及其应用
对恒温、恒压条件下的可逆反应，用压强平衡常数分析解决问题往往比较简单。
1．分压
(1)定义：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。
(2)计算公式：
混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。
(3)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…
2．压强平衡常数
一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)??eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：Kp＝。
3．运用计算技巧
压强平衡常数计算技巧：
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
第四步，根据平衡常数计算公式代入计算，例如：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。
1．在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
答案 MPa－2
解析 CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
变化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
依据：分压＝总压×物质的量分数，则p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2)＝8× MPa＝ MPa，p(H2)＝8× MPa＝4 MPa，
所以Kp＝ MPa－2＝ MPa－2。
2．一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g)??2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。
(1)CO2的转化率为______________。
(2)CO2的分压为______ kPa，CO的分压为________ kPa。
(3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。
答案 (1)25% (2)0.6a 0.4a (3)0.27a
解析 (1)设开始时CO2的物质的量为1 mol，平衡时转化x mol，
C(s)＋CO2(g)??2CO(g)
开始/mol 1 0
转化/mol x 2x
平衡/mol 1－x 2x
则＝0.6，解得x＝0.25，
CO2的转化率为×100%＝25%。
(2)p(CO2)＝()a kPa＝0.6a kPa；
p(CO)＝()a kPa＝0.4a kPa。
(3)Kp＝＝≈0.27a kPa。
3．汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在200 ℃下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：
活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa
200 ℃ 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：________________，计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。
答案 C＋2NO??N2＋CO2 MPa
解析 1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方程式为C＋2NO??N2＋CO2。该反应的平衡常数Kp＝，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp＝ MPa。
4．乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶粘剂、皮革生产过程所需的有机溶剂，而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。在刚性容器压强为1.01 MPa时，乙酸甲酯与氢气制备乙醇主要发生如下反应：
CH3COOCH3(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)
一定温度下，以n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10的投料比进行反应，乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图所示：
(1)A点时，CH3COOCH3(g)的平衡分压为________，CH3CH2OH(g)的体积分数为________%(保留一位小数)。
(2)此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝________ MPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数，列出计算式，不要求计算结果)。
答案 (1)0.01 MPa 8.9 (2)
解析 (1)由图可看出，转化率为90%时，总压为1.01 MPa，已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10，列三段式求解：
CH3COOCH3(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)
初始/mol 1 10 0 0
反应/mol 0.9 1.8 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 8.2 0.9 0.9
总压为1.01 MPa，因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01 MPa×＝0.01 MPa；
CH3CH2OH(g)的体积分数即为物质的量分数，其体积分数为×100%≈8.9%。
对恒温、恒压条件下的可逆反应，用压强平衡常数分析解决问题往往比较简单。
1．分压
(1)定义：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。
(2)计算公式：
混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。
(3)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…
2．压强平衡常数
一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g)??eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下：Kp＝。
3．运用计算技巧
压强平衡常数计算技巧：
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
第四步，根据平衡常数计算公式代入计算，例如：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。
1．在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
答案 MPa－2
解析 CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
变化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
依据：分压＝总压×物质的量分数，则p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2)＝8× MPa＝ MPa，p(H2)＝8× MPa＝4 MPa，
所以Kp＝ MPa－2＝ MPa－2。
2．一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g)??2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。
(1)CO2的转化率为______________。
(2)CO2的分压为______ kPa，CO的分压为________ kPa。
(3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。
答案 (1)25% (2)0.6a 0.4a (3)0.27a
解析 (1)设开始时CO2的物质的量为1 mol，平衡时转化x mol，
C(s)＋CO2(g)??2CO(g)
开始/mol 1 0
转化/mol x 2x
平衡/mol 1－x 2x
则＝0.6，解得x＝0.25，
CO2的转化率为×100%＝25%。
(2)p(CO2)＝()a kPa＝0.6a kPa；
p(CO)＝()a kPa＝0.4a kPa。
(3)Kp＝＝≈0.27a kPa。
3．汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在200 ℃下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：
活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa
200 ℃ 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：________________，计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。
答案 C＋2NO??N2＋CO2 MPa
解析 1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方程式为C＋2NO??N2＋CO2。该反应的平衡常数Kp＝，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp＝ MPa。
4．乙酸甲酯是树脂、涂料、油墨、油漆、胶粘剂、皮革生产过程所需的有机溶剂，而且乙酸甲酯还可作为原料制备燃料乙醇。在刚性容器压强为1.01 MPa时，乙酸甲酯与氢气制备乙醇主要发生如下反应：
CH3COOCH3(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)
一定温度下，以n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10的投料比进行反应，乙酸甲酯转化率与气体总压强的关系如图所示：
(1)A点时，CH3COOCH3(g)的平衡分压为________，CH3CH2OH(g)的体积分数为________%(保留一位小数)。
(2)此温度下，该反应的化学平衡常数Kp＝________ MPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数，列出计算式，不要求计算结果)。
答案 (1)0.01 MPa 8.9 (2)
解析 (1)由图可看出，转化率为90%时，总压为1.01 MPa，已知n(CH3COOCH3)∶n(H2)＝1∶10，列三段式求解：
CH3COOCH3(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)＋CH3CH2OH(g)
初始/mol 1 10 0 0
反应/mol 0.9 1.8 0.9 0.9
平衡/mol 0.1 8.2 0.9 0.9
总压为1.01 MPa，因此CH3COOCH3(g)的平衡分压为1.01 MPa×＝0.01 MPa；
CH3CH2OH(g)的体积分数即为物质的量分数，其体积分数为×100%≈8.9%。