已知分解反应 NH2COONH4(s) = 2NH3(g) + CO2(g) 在30℃时的平衡常数K= 6.55×10-4,则此时NH2COONH4(s)的分解压力为:
已知分解反应 NH2COONH4(s) = 2NH3(g) + CO2(g) 在30℃时的平衡常数K= 6.55×10-4,则此时NH2COONH4(s)的分解压力为:
题目解答
答案
16.63×103 Pa
解析
考查要点:本题主要考查分解反应的平衡常数与分解压力的关系,涉及固体分解为气体时的平衡计算。
解题核心思路:
- 明确平衡常数表达式:固体的活度为1,不参与平衡常数的表达式,仅考虑气体产物的分压。
- 分压关系推导:根据化学计量数,确定各气体分压与总压的关系。
- 建立方程求解:将分压代入平衡常数表达式,解方程得到总压(分解压力)。
- 单位转换:将最终结果转换为题目要求的单位(帕斯卡)。
破题关键点:
- 分压比例:分解反应中,气体产物的分压与其化学计量数成正比。
- 总压与分压的关系:总压是各气体分压之和,需结合化学计量数分配分压。
步骤1:写出平衡常数表达式
反应为:
$\text{NH}_2\text{COONH}_4(s) \rightarrow 2\text{NH}_3(g) + \text{CO}_2(g)$
固体的活度为1,平衡常数表达式为:
$K_p = P_{\text{NH}_3}^2 \cdot P_{\text{CO}_2}$
步骤2:确定分压与总压的关系
设分解产生的总压为$P$,根据化学计量数:
- $\text{NH}_3$的物质的量是$\text{CO}_2$的2倍,故分压比为$2:1$。
- 总压$P = P_{\text{NH}_3} + P_{\text{CO}_2} = 2x + x = 3x$,其中$x$为$\text{CO}_2$的分压。
- 因此,$P_{\text{NH}_3} = \frac{2}{3}P$,$P_{\text{CO}_2} = \frac{1}{3}P$。
步骤3:代入平衡常数表达式
将分压代入$K_p$:
$K_p = \left(\frac{2}{3}P\right)^2 \cdot \left(\frac{1}{3}P\right) = \frac{4}{9}P^2 \cdot \frac{1}{3}P = \frac{4}{27}P^3$
已知$K_p = 6.55 \times 10^{-4}$,解得:
$P^3 = \frac{6.55 \times 10^{-4} \cdot 27}{4} \approx 4.421 \times 10^{-3} \\
P \approx \sqrt[3]{4.421 \times 10^{-3}} \approx 0.164 \, \text{atm}$
步骤4:单位转换
将$0.164 \, \text{atm}$转换为帕斯卡:
$1 \, \text{atm} = 101325 \, \text{Pa} \\
P = 0.164 \times 101325 \approx 16630 \, \text{Pa} = 16.63 \times 10^3 \, \text{Pa}$