化学平衡常数计算的解题思维模型

发表时间:2021/2/25   来源:《教育学文摘》2020年31期   作者:欧添杏
[导读] 化学平衡常数的计算是近年来高考题中的高频考点
        欧添杏
        广东省广州市花都区秀全中学  510800  
        化学平衡常数的计算是近年来高考题中的高频考点,学生要解决这一类题型需要有一定的信息加工、数据处理、计算能力,对学生的学科素养要求比较高,是学生得分的难点,特别近几年对化学平衡常数的考查灵活多变,本文通过分析题型建立提炼答题模型,提高答题的速率和准确率,让备考事半功倍。
一、浓度平衡常数Kc的计算:
【例题1:2018·全国卷II】CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)==2CO(g)+2H2(g)。
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______mol2·L?2。
【思维点拨】某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,根据已知信息和方程式的关系可知
                                        CH4(g)+CO2(g)= 2CO(g)+2H2(g)
起始浓度(mol/L)   1       0.5      0      0
转化浓度(mol/L)   0.25    0.25     0.5     0.5
平衡浓度(mol/L)   0.75    0.25     0.5     0.5
所以其平衡常数为
【对点练习:2017国乙28】H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g) +H2O(g)。在610 k时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率=_______%,反应平衡常数K=________。
【思维点拨】在610 k时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02,设CO2转化了xmol,根据信息可以得到:

二、压强平衡常数Kp的计算:
【例题2:2014课标全国Ⅰ】乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法生产:C2H4 (g)+H2O(g)C2H5OH(g)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度.压强的关系(其中n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1)







列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数K=_______________
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)
【思维点拨】:根据题目信息可知n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1,从图像中得到A点的转化率为20%,利用起、转、平的关系可以得到平衡状态下各组成的量,再利用分压=总压×物质的量分数求出各组分的分压,代入Kp的公式就可以了,所以Kp的计算是在Kc的基础上再加多一步求分压的步骤。
                                C2H4(g)+H2O(g)  C2H5OH(g)
        n0 (mol)   n       n            0
        △n (mol)  0.20n    0.20n        0.20n
        n平(mol)  0.80n    0.80n        0.20n
分压=总压×物质的量分数




【对点练习:2020·新课标Ⅰ】硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)  ΔH=?98 kJ·mol?1。回答下列问题:(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。





将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为___________,平衡常数Kp=___________(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
【思维点拨】:根据压强对化学平衡的影响,分析图中数据找到所需要的数据列出起、转、平三段式;根据恒压条件下总压不变,求出各组分的分压,进一步可以求出平衡常数;
假设原气体的物质的量为100mol,则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol,2m+m+q=3m+q=100,SO2的平衡转化率为α,则有下列关系:

三、速率常数与平衡常数:
【例题3:2015国乙28】碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题:Bodensteins研究了下列反应:2HI(g)? H2(g)+I2(g)
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表:

上述反应中,正反应速率为v正= k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为                        (以K和k正表示)。若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正=                        min-1。

        高考是一个选拔性的考试,要求有一定的梯度和区分度,如果将学生在高考中相对比较难的考点进行题型探究,提炼出解题的思维模型,进行对点练习,达到高效备考。
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