題組訓(xùn)練 突破平衡計(jì)算

■華中師范大學(xué)瓊中附屬中學(xué) 楊 超

新高考化學(xué)試題常以充分體現(xiàn)核心價(jià)值的問題情境承載考試內(nèi)容,從基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性四個(gè)方面進(jìn)行考查,需要考生運(yùn)用必備知識(shí)與關(guān)鍵能力解決實(shí)際問題,從而考查考生的學(xué)科素養(yǎng)水平?；瘜W(xué)反應(yīng)原理屬于比較抽象的理論知識(shí),是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要組成,同時(shí)也是高考必考的內(nèi)容,難度較大、區(qū)分度較高。平衡計(jì)算是化學(xué)反應(yīng)原理的必考內(nèi)容,主要考查考生化學(xué)平衡基礎(chǔ)知識(shí)、化學(xué)計(jì)算能力、對(duì)信息的整合吸收能力以及知識(shí)遷移應(yīng)用能力等,即必備知識(shí)與關(guān)鍵能力的考查。

在復(fù)習(xí)備考中,不妨設(shè)置必要的題組,進(jìn)行訓(xùn)練和總結(jié),從而掌握計(jì)算的類型、特點(diǎn)和方法,提高解題效率,減少計(jì)算錯(cuò)誤。

題組一:濃度平衡常數(shù)和分壓平衡常數(shù)

可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),用平衡時(shí)物質(zhì)的量濃度所求的平衡常數(shù)叫濃度平衡常數(shù),通常用Kc表示;對(duì)于有氣體參與的反應(yīng),用平衡時(shí)各物質(zhì)的分壓代替物質(zhì)的量濃度所求的平衡常數(shù)叫分壓平衡常數(shù),通常用Kp表示。

例1(1)恒溫恒容密閉容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol CO(g)、0.1 mol H2O(g),初始?jí)簭?qiáng)為p。使其發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+H2(g),達(dá)平衡時(shí)測(cè)得CO 的轉(zhuǎn)化率為60%,則Kc=____,Kp=____。

(2)恒溫恒容密閉容器中(T℃,2 L)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始?jí)簭?qiáng)為p。使其發(fā)生反應(yīng)CO(g)+H2(g),達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得C 的轉(zhuǎn)化率為60%,則Kc=_____,Kp=_____。

(3)恒溫恒壓密閉容器中(T℃,p)通入0.1 mol C(s)、0.1 mol H2O(g),初始容器體積為2 L。使其發(fā)生反應(yīng)CO(g)+H2(g),達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得C 的轉(zhuǎn)化率為60%,則Kc=_____,Kp=____。

解析:平衡常數(shù)的計(jì)算題目,通常用到三段式。

起始容器中氣體的物質(zhì)的量為0.1 mol壓強(qiáng)為p,平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為0.16 mol,恒容條件下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比,即平衡時(shí)壓強(qiáng)為1.6p。

起始容器中氣體的物質(zhì)的量為0.1 mol,體積為2 L,平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為0.16 mol,恒壓條件下,體積之比等于物質(zhì)的量之比,平衡時(shí)容器的體積為3.2 L。

解后反思:(1)對(duì)于左右兩邊氣體系數(shù)相等的反應(yīng),Kc=Kp,數(shù)據(jù)處理時(shí)可以用氣體的物質(zhì)的量代替物質(zhì)的量濃度進(jìn)行計(jì)算。(2)對(duì)于有固體參與的反應(yīng),計(jì)算平衡常數(shù)時(shí),固體物質(zhì)不參與其中,左右兩邊氣體系數(shù)不相等時(shí),要注意是恒溫恒容還是恒溫恒壓,數(shù)據(jù)處理時(shí)要注意濃度計(jì)算時(shí)體積是否變化,分壓計(jì)算時(shí)總壓是否變化。

題組二:電解質(zhì)溶液中的粒子平衡有關(guān)計(jì)算

例2已知25 ℃時(shí),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的懸濁液,向該懸濁液中投入Na2CO3固體使BaSO4全部轉(zhuǎn)化為BaCO3,理論上需Na2CO3____mol(忽略過程中溶液體積的變化)。

(4)1.0 L 水中投入0.1 mol BaCO3,得到BaCO3的懸濁液,向該懸濁液中投入Na2SO4固體使BaCO3全部轉(zhuǎn)化為BaSO4,理論上需Na2SO4____mol(忽略過程中溶液體積的變化)。

解析:(1)設(shè)達(dá)平衡時(shí),c(H+)=xmol·L-1,則:

K=生成BaSO4沉淀0.1 mol需Na2SO40.1 mol,保持平衡時(shí)溶液中的濃度符合關(guān)系式0.003 8 mol,則需加入Na2SO4的物質(zhì)的量為0.0038 mol+0.1 mol=0.103 8 mol。

解后反思:溶液中的粒子平衡是化學(xué)平衡的一種,在平衡計(jì)算中,三段式同樣適用。(1)(2)要注意電離和水解通常比較微弱,電離的弱酸分子或水解的弱酸陰離子(或弱堿陽離子)對(duì)平衡濃度的影響可以忽略不計(jì)。(3)(4)既要考慮轉(zhuǎn)化又要考慮平衡的存在,理論上硫酸鋇和碳酸鋇可以相互轉(zhuǎn)化,但是通過2.6 mol·L-1、0.003 8 mol·L-1及2.7 mol、0.103 8 mol 我們不難發(fā)現(xiàn)0.003 8 mol·L-1容易實(shí)現(xiàn),若該溫度下飽和碳酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度小于2.6 mol·L-1,則BaSO4不能全部轉(zhuǎn)化為BaCO3,只可能部分轉(zhuǎn)化。