1、分压平衡常数(Kp) 1.气体的分压p(B)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,简称气体B的分压。符号为p(B),单位为Pa或kPa或MPa。2.分压定律(1)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。p(A)+p(B)+p(C)+p(D)+=p(2)气体的分压之比等于其物质的量之比:=。(3)某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数:=x(B)。3.分压平衡常数Kp(只受温度影响)(1)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
2、物分压幂之积的比值为一个常数,称为该反应的压力平衡常数,用符号Kp表示,Kp的表达式如下:Kp=,单位:(压强单位)e+f-(m+n)。(2)压力平衡常数Kp与总压p、气体体积分数x的关系:一定温度下,刚性密闭容器中发生气相反应:mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。达到平衡时,令A、B、C、D的分压分别为p(A)、p(B)、p(C)、p(D),A、B、C、D的体积分数为x(A)、x(B)、x(C)、x(D),体系总压p=p(A)+p(B)+p(C)+p(D)。Kp=pe+f-(m+n)当m+n=e+f时,pe+f-(m+n)=p0=1,Kp=(Kp无单位)。4.计算模式 三段式一定温
3、度下,向刚性密闭容器中充入A、B两种气体,发生气相反应:mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)。令A、B起始分压分别为p(A)、p(B),达到平衡后A气体分压的减小值为mx。mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g)p起始/kPap(A)p(B)00p/kPamxnxexfxp平衡/kPap(A)-mxp(B)-nxexfxKp=【典例】(2018全国卷改编)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) 2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示t
4、=时,N2O5(g)完全分解:t/min040801602601 3001 700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1已知:2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)H=-4.4 kJmol-12NO2(g)N2O4(g)H=-55.3 kJmol-1(1)若提高反应温度至35 ,则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35 )_63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是_。(2)25 时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=_kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。【解析】(1)2NO2(g)N2O4(g)H=
5、-55.3 kJmol-1升高温度、平衡左移气体增多刚性(恒容)反应器压强增大,温度越高压强越大,根据分析可知p(35 )63.1 kPa。(2)恒温恒容反应器,物质的量之比等于压强之比,可用分压表示组分的物质的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2,起始p(N2O5)=35.8 kPa,其完全分解时p(N2O4)=35.8 kPa,p(O2)=17.9 kPa,设25 平衡时N2O4转化了x,则N2O4(g)2NO2(g)平衡 35.8 kPa-x2x35.8 kPa-x+2x+17.9 kPa=63.1 kPa,解得x=9.4 kPa。然后求p(N2O4)和p(NO2)最后代入Kp=kPa
6、13.4 kPa。答案:(1)大于温度升高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 (2)13.4【延伸探究】(1)25 时2NO2(g)N2O4(g)的Kp为_。提示:0.075。根据化学平衡常数的表达式可以得知2NO2(g)N2O4(g)的Kp为N2O4(g)2NO2(g)平衡常数Kp的倒数。(2)对于N2O4(g)2NO2(g)反应达到平衡时Kp(35 )_Kp(25 )(填“”“。此反应为吸热反应,因此温度升高化学平衡常数增大。一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)2CO(g)H=+173 kJmo
7、l-1,若压强为p kPa,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示,回答下列问题:(1)650 时CO2的平衡转化率为_。(2)t1 时平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数);该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体,则平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动,原因是_。【解析】(1)C(s)+CO2(g)2CO(g)起始 a mol 0n x mol 2x mol平衡 (a-x) mol 2x mol100%=40%x=,故(CO2)=100%=25%。(2)t1 时CO与CO2的体积分数相等,均为0.5,Kp=0.5p(kPa)。再充入等物
8、质的量的CO和CO2时,二者的体积分数不变,平衡不移动。答案:(1)25%(2)0.5p kPa不再充入等物质的量的CO和CO2,平衡体系中二者的体积分数仍相同,平衡不移动【加固训练】1.(2020成都模拟)无色气体N2O4是一种强氧化剂,为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H=+24.4 kJmol-1。(1)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压物质的量分数例如:p(NO2)=p总x(NO2)。写出上述反应平衡常数Kp的表达式_(用p总、各气体物质的量分数x表示);影响Kp的因素为_。(
9、2)上述反应中,正反应速率v(正)=k正p(N2O4),逆反应速率v(逆)=k逆p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则Kp为_(以k正、k逆表示)。【解析】(1)Kp=,与用浓度表示的平衡常数K一样,影响Kp的因素为温度。(2)Kp=,达到平衡时,v(正)=v(逆),即k正p(N2O4)=k逆p2(NO2),=,故Kp=。答案:(1)温度(2)2.(2020曲靖模拟)活性炭也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如表:活性炭/molNO/
10、molA/molB/molp/MPa200 2.0000.040 00.030 00.030 03.93335 2.0050.050 00.025 00.025 0p根据表中数据,写出容器中发生反应的化学方程式:_,判断p_(选填“”“3.(2020银川模拟)T 时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2 L的密闭容器中,发生反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)H=-744 kJmol-1 ,保持温度和体积不变,反应过程(015 min)中NO的物质的量随时间变化如图所示。已知:平衡时气体的分压=气体的体积分数体系的总压强,T 时达到平衡,此时体系的总压强为p=20 MPa,
11、则T 时该反应的压力平衡常数Kp=_;平衡后,若保持温度不变,再向容器中充入NO和CO2各0.3 mol,平衡将_(填“向左”“向右”或“不”)移动。【解析】列三段式有: 2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)起始/mol0.40.400变化/mol0.20.20.20.1平衡/mol0.20.20.20.1各组分的体积分数分别是:2/7、2/7、2/7、1/7,Kp=0.087 5;根据上述数据分析,化学平衡常数K=5,再向容器中充入NO和CO2各0.3 mol,此时的浓度商仍为5,因此平衡不移动。答案:0.087 5(或)不4.H2是一种重要的清洁能源。(1)已知:CO2(g
12、)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0 kJmol-1CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H3=-41.1 kJmol-1H2还原 CO反应合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1,则H1=_kJmol-1,该反应自发进行的条件为_。A.高温B.低温C.任何温度条件下(2)恒温恒压下,在容积可变的密闭容器中加入1 mol CO和2.2 mol H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),实验测得平衡时CO的转化率随温度、压强的变化如图所示。则p1_p2,判断的理由是_。(3)若反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(
13、g)在温度不变且体积恒定的密闭容器中发生,反应过程中各物质的物质的量(mol)随时间变化如表所示:时间/min051015H242CO21CH3OH00.7下列各项能作为判断该反应达到平衡的标志是_(填字母);A.容器内压强保持不变B.2v正(H2)=v逆(CH3OH)C.混合气体的相对分子质量保持不变D.混合气体的密度保持不变若起始压强为p0 kPa,则在该温度下反应的平衡常数Kp=_(kPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。反应速率若用单位时间内分压的变化表示,则10 min内H2的反应速率v(H2)=_kPamin-1。【解析】(1)根据盖斯定律已知:CO2(
14、g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=-49.0 kJmol-1;CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H3=-41.1 kJmol-1,+得:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1=(-49.0 kJmol-1)+(-41.1 kJmol-1)= -90.1 kJmol-1,所以此反应为放热反应,该反应低温的条件能自发进行,故B正确。(2)反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 的正反应是气体体积减小的反应,在其他条件不变时,增大压强,化学平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,根据图示可知温度相同时CO转化率p1时大于p2时,所以压强:p1p2。(3)A.
15、因为反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是两边计量数不等的反应,在温度不变且体积恒定的密闭容器中,若容器内压强保持不变 ,说明反应达到平衡,故A能作为判断该反应达到平衡的标志,故A正确;B.当v正(H2)=2v逆(CH3OH) 时,才能证明反应达到平衡状态,所以B不能作为判断该反应达到平衡的标志,故B错误;C.混合气体的相对分子质量数值上等于平均摩尔质量,就等于总质量除以总物质的量,因为各物质都是气体,所以总质量不变,化学反应两边计量数不等,所以当平均摩尔质量保持不变,说明反应达到了平衡状态,故C正确;D.混合气体的密度=m/V,因为m和V保持不变,所以不变,因此密度不变不能作为判断
16、该反应达到平衡的标志,故D错误;根据反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)及表中的数据可知10 min时,达到平衡,其各物质的量分别为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)初始量(mol)240变化量(mol)121平衡量(mol)1 21根据阿伏加德罗定律:若起始压强为p0 kPa,则平衡压强为p0,所以平衡常数Kp=(p0)/p0(p0)2= 9/。根据图表可知氢气初始压强为p0,10 min内平衡压强为p0,则H2的反应速率v(H2)=p010 min=p0 kPamin-1。答案:(1)-90.1B(2)正反应为气体分子数减小的反应,加压平衡右移,CO的转化率增大,由图知相同温度时p1下CO的转化率大于p2(3)AC9/p0/30