题组训练 突破平衡计算

■华中师范大学琼中附属中学 杨 超

新高考化学试题常以充分体现核心价值的问题情境承载考试内容,从基础性、综合性、应用性、创新性四个方面进行考查,需要考生运用必备知识与关键能力解决实际问题,从而考查考生的学科素养水平。化学反应原理属于比较抽象的理论知识,是化学学科素养的重要组成,同时也是高考必考的内容,难度较大、区分度较高。平衡计算是化学反应原理的必考内容,主要考查考生化学平衡基础知识、化学计算能力、对信息的整合吸收能力以及知识迁移应用能力等,即必备知识与关键能力的考查。

在复习备考中,不妨设置必要的题组,进行训练和总结,从而掌握计算的类型、特点和方法,提高解题效率,减少计算错误。

题组一:浓度平衡常数和分压平衡常数

可逆反应达到平衡时,用平衡时物质的量浓度所求的平衡常数叫浓度平衡常数,通常用Kc表示;对于有气体参与的反应,用平衡时各物质的分压代替物质的量浓度所求的平衡常数叫分压平衡常数,通常用Kp表示。

例1(1)恒温恒容密闭容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol CO(g)、0.1 mol H2O(g),初始压强为p。使其发生反应CO2(g)+H2(g),达平衡时测得CO 的转化率为60%,则Kc=____,Kp=____。

(2)恒温恒容密闭容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始压强为p。使其发生反应CO(g)+H2(g),达到平衡时测得C 的转化率为60%,则Kc=_____,Kp=_____。

(3)恒温恒压密闭容器中(T℃,p)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始容器体积为2 L。使其发生反应CO(g)+H2(g),达到平衡时测得C 的转化率为60%,则Kc=_____,Kp=____。

解析:平衡常数的计算题目,通常用到三段式。

起始容器中气体的物质的量为0.1 mol压强为p,平衡时气体的物质的量为0.16 mol,恒容条件下压强之比等于物质的量之比,即平衡时压强为1.6p。

起始容器中气体的物质的量为0.1 mol,体积为2 L,平衡时气体的物质的量为0.16 mol,恒压条件下,体积之比等于物质的量之比,平衡时容器的体积为3.2 L。

解后反思:(1)对于左右两边气体系数相等的反应,Kc=Kp,数据处理时可以用气体的物质的量代替物质的量浓度进行计算。(2)对于有固体参与的反应,计算平衡常数时,固体物质不参与其中,左右两边气体系数不相等时,要注意是恒温恒容还是恒温恒压,数据处理时要注意浓度计算时体积是否变化,分压计算时总压是否变化。

题组二:电解质溶液中的粒子平衡有关计算

例2已知25 ℃时,K(HClO)=4.0×10-8(lg2=0.3),Ksp(BaSO4)=1.0×10-10,Ksp(BaCO3)=2.6×10-9。

(1)0.4 mol· L-1HClO 溶液的pH=____。

(2)0.4 mol· L-1NaClO 溶液的pH=____。

(3)1.0 L 水中投入0.1 mol BaSO4,得到BaSO4的悬浊液,向该悬浊液中投入Na2CO3固体使BaSO4全部转化为BaCO3,理论上需Na2CO3____mol(忽略过程中溶液体积的变化)。

(4)1.0 L 水中投入0.1 mol BaCO3,得到BaCO3的悬浊液,向该悬浊液中投入Na2SO4固体使BaCO3全部转化为BaSO4,理论上需Na2SO4____mol(忽略过程中溶液体积的变化)。

解析:(1)设达平衡时,c(H+)=xmol·L-1,则:

K=生成BaSO4沉淀0.1 mol需Na2SO40.1 mol,保持平衡时溶液中的浓度符合关系式0.003 8 mol,则需加入Na2SO4的物质的量为0.0038 mol+0.1 mol=0.103 8 mol。

解后反思:溶液中的粒子平衡是化学平衡的一种,在平衡计算中,三段式同样适用。(1)(2)要注意电离和水解通常比较微弱,电离的弱酸分子或水解的弱酸阴离子(或弱碱阳离子)对平衡浓度的影响可以忽略不计。(3)(4)既要考虑转化又要考虑平衡的存在,理论上硫酸钡和碳酸钡可以相互转化,但是通过2.6 mol·L-1、0.003 8 mol·L-1及2.7 mol、0.103 8 mol 我们不难发现0.003 8 mol·L-1容易实现,若该温度下饱和碳酸钠溶液的物质的量浓度小于2.6 mol·L-1,则BaSO4不能全部转化为BaCO3,只可能部分转化。