(能力提升)守恒法在化學平衡多重反應中應用

1、守恒法在化學平衡多重反應中的應用平衡常數(shù)、平衡濃度、轉化率計算類型一連續(xù)反應連續(xù)平衡是指有關的兩個可逆反應有著關聯(lián)，第一個反應的某一生成物，是第二個反應的反應物。解題時 要注意如果該物質是第一個反應的生成物，第二個反應的反應物；則在第一個反應中，該物質的初始量為 0,它的平衡量則為第二個反應中該物質的初始量(在計算第二個反應的轉化率尤為重要)例1、2019天津I 節(jié)選在1L真空密閉容器中加入時發(fā)生如下反應：PHU (s)=PFb(g) + HI (g)4 PH3(g)=P4(g)+ 6H2(g)2HI (g)=H2 (g) + h(g)達到平衡時，體系中n(HI)=b mol, n(h)=c

2、mol, n(H2)=d mol,則t時反應的平衡常數(shù)K值為例2、將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：NHU(s)=NHKg) + HI(g)2Hl(g)=H?(g)+ L(g)達到平衡時，(H2)=0.5mol,LL c(HI)=4molLL則此溫度下反應的平衡常數(shù)為,平衡時 NH3的濃度A. 9B. 16C. 20D. 25 例3、二甲健是一種清潔能源，用水煤氣制取二甲健的原理如下：I、CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)IL 2cH30H(g)=CH30cH3(g)+H2O(g)500K時,在2L密閉容器中充入4moicO和8m01%, 4min達到平衡,平衡時

3、CO的轉化率為80%,且2c(CH30HAe(CH30cH3),則:©04min,反應 I 的 v(H2)=反應II中CH30H的轉化率a=,反應I的平衡常數(shù)K=【經典練習】1、將固體NHU置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：NHj(s)=NH3(g)+HI(g)2Hl(g)=HXg) +L(g)達到平衡時，c(H2)=0.5mol,LL c(HI)=3mol,L，則此溫度下反應的平衡常數(shù)為2、加熱NOs,依次發(fā)生的分解反應為N95(g)=N2O3(g)+O2(g),N2O3(g)=N2O(g)+O2(g)。在容積為2 L 的密閉容器中充入8 m01 N2O5,加熱到到C,達到

4、平衡狀態(tài)后。2為9 m01, N2O3為3.4moL則rC時反應的 平衡常數(shù)為()A. 10.7B. 8.5C. 9.6D. 10.23、在某溫度T時能同時發(fā)生反應：2N2Os(g)=2 N2O«g)+O2(g) kiWCMg)-2 NO2(g)k2若向一體積固定為2L的密閉容器內加入N2O5 2 mol 一段時間后，容器內的反應達到平衡，此時n(NO2)=0.4 mol已知K2=0.1,請計算出ki=4、在容積為2 L的恒容密閉容器中充入4 moi N2O3,恒溫tC時發(fā)生反應：N2O3(g)=N2O(g)+O2(g), N2O3(g)+O2(g)=N2O5(g),達平衡時,測得

5、N2O5 為 0.7 mol / L, O2 0.5 mol / L,則( )A. c(N2O3)=0.8 mol/LB. c(N2O3)=0.1 mol/LC. c(N2O)=0.5 mol/LD. c(N2O)=1.2 mol/L5、某溫度下,C和H?O(g)在密閉溶液器中發(fā)生下列反應:Cs)+Hq(g)=CO(g)+H2(g),CO(g)+H2O(£)=CO2(g) +H2(g),當反應平衡時，測得c(H2)=1.9mol/L, c(8)=0.1 mol/L,則 CO2的濃度為( )A. 1 mol/L B. 0.9 mol/L C. 1.9 mol/L D. 1.8 mol/

6、L6、某溫度下，4moiFhO和ImolCFh在體積為2L的剛性容器內同時發(fā)生I、II反應，達平衡時，體系中n(CO)= bmol. n(CO2)=dmol,則該溫度下反應I的平衡常數(shù)K值為(用字母表示)I、CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H)=+206.4kJ mol 1IL CO(g)4-H2O(g)=CO2(g)4-H2(g) H27、甲酷又稱二甲健，簡稱DME,熔點一 141.5 ,沸點一24.9 ,與石油液化氣(LPG)相似，被譽為“21世紀的 清潔燃料工由合成氣(CO、H2)制備二甲醛的反應原理如下：CO(g)+2HKg)=CH30H(g) AHi = -90

7、.0 kJ-mol 1 2cH30H(g)4cH30cH3(g)+HzO(g) AW2有人模擬該制備原理，500 K時，在2 L的密閉容器中充入2 moic0和6 moi Hz5 min達到平衡，平衡時CO 的轉化率為60%, c(CH30cH3)=02 niol L I用H?表示反應的速率是mol L min J,可逆反應的平衡常數(shù)K2=o若在500 K時，測得容器中”(CH30cH3)=2(CHQH),此時反應的v Il;v虱填 或"=")類型二競爭反應(平行反應)平行反應是指反應物能同時平行地進行兩個或兩個以上的不同反應，得出不同的產物。其中反應較快或產 物在混合物中

8、所占比率較高的稱為主反應，其余稱為副反應。解題時要注意如果一個物質是兩個平行反應 的反應物，則題目中所給初始量則是該物質在這兩個反應中的初始量之和例1、CO2在Cu-ZnO催化下，同時發(fā)生如下反應I, H,是解決溫室效應和能源短缺的重要手段。I、CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g) HrOII、CO2(g)+H2(g)-CO(g)+ H2O(g) H2>0保持溫度T時，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO?及H”起始及達平衡時，容器內各氣體物質的 量及總壓強如下表：CO:H:COHXXg)起蛤/molC.50.90002平衡/mdn0.3P若反應I、H均達平衡

9、時，po=1.4p,則表中n=：反應1的平衡常數(shù)Kp=(kPa)-2。(用含p 的式子表示)【經典練習】1、二甲酷(CH30cH3)是一種新興化工原料，具有甲基化反應性能。反應 i 2cH30H(g)=CH30cH3(g)+H?O(g) AWi反應 ii 2cH30H(g)=C2H4(g)+2H9(g) AH2=29.1 kJ mol_1某溫度下，以CH30H(g)為原料，平衡時各物質的分壓數(shù)據如下表：物質CH30H(g)CH30cH3(g)C2H4(g)H2O(g)分壓/MPa0.160.2880.016,.則反應i中，CH30H(g)的平衡轉化率以=,反應i的平衡常數(shù)%=(用平衡分壓代替平

10、衡濃度計算；結果保留兩位有效數(shù)字)2、CO?在Cu-ZnO催化下，可同時發(fā)生如下的反應I、II,其可作為解決溫室效應及能源短缺的重要手段。，保 持溫度T不變，在一剛性密閉容器中，充入一定量的CO?及Hz,起始及達平衡時，容器內各氣體物質的量如下 表：I、CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)AHi = -57.8kJ/molII、CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH2=+412kJ/molco2CH3OHCOH2O(g)總壓/kPa起始/mol5.07.0000po平衡/molni02p若反應I、II均達平衡時，pu=L2p,則表中n尸；若此時m=3.則反

11、應I的平衡常數(shù)Kp=(無需 帶單位，用含總壓p的式子表示)3、N%作為一種重要化工原料，被大量應用于工業(yè)生產，與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計 戈人催化劑常具有較強的選擇性，即專一性。已知：反應 I： 4NH3(g) +5O2(g)=74NO(g) +6H2O(g) H = -905.0 kJ-mol-1反應 II： 4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g) +6H2O(g) H=-1266.6 kJ-mol-1級催化氧化時會發(fā)生上述兩個競爭反應I、n。為分析某催化劑對該反應的選擇性，在1L密閉容器中充入1 mol NH3和2molO2,測得有關物質的量關系如下圖：該催化劑在

12、低溫時選擇反應(填”'或" II')。52c時，4NH3+3O2=2N2+6Hq的平衡常數(shù)K=(不要求得出計算結果，只需列出數(shù)字計算式)C點比B點所產生的NO的物質的量少的主要原因4、CO?經催化加氫可以生成低碳燒，主要有以下兩個競爭反應：反應 I : CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)反應 II ： 2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)為分析催化劑對反應的選擇性，在1 L密閉容器中充入2moicOz和4 m01 H?,測得有關物質的物質的量隨溫 度變化如圖所示：該催化劑在較低溫度時主要選擇(填“反應I ”或“反應II”)

13、。520 時，反應I的平衡常數(shù)K=(只 列算式不計算)。5、將4 mol SO3氣體和4 mol NO置于2 L容器中，一定條件下發(fā)生如下可逆反應(不考慮NO?和用04之間的相 互轉化)：2so3(g)12so2(g)+O2(g), 2NO(g)4-O2(g)=2NO2(g)當上述系統(tǒng)達到平衡時，。2和NO2的物質的量分別為(O2)=0.1 mol, h(NO2)=3.6 mol,則此時SO3氣體的 物質的量為(2)當上述系統(tǒng)達到平衡時，欲求其混合氣體的平衡組成，則至少還需要知道兩種氣體的平衡濃度，但這兩種氣 體不能同時是SO3和 或NO和(填它們的分子式)在其他條件不變的情況下，若改為起始時

14、在1 L容器中充入2 mol NO2和2 mol SO2,則反應達到平衡時,c(SCh) 是mol- L 1第6頁共5頁【守恒法在化學平衡多重反應中的應用】答案類型一連續(xù)反應例1、2019天津【節(jié)選8c-2d 川2d8c【答案】K=(b+y)b或K=(b)b【解析】對于連續(xù)反應，本題采取原子守恒法設平衡時為PH4I為x mol, PH3為y mol, P4為z mol,根據：P 守恒：a=x+y+4zH 守恒：4a=4x+3y+b+2dI 守恒：a=x+b+2c3b + 8c-2d d-c欠徐人. ，3b +8c-2d、，解得：x=a-b-2c, y=, z=,則反應的平衡常數(shù)k=()b363

15、例2、【答案】205 mol-L 1【解析】設起始狀態(tài)時NH4為xmol-L1 ,平衡時NH4為a mol-L1, NH3為b mol-L1, L為c mol-L1,根據:N 守恒：x=a+bH 守恒：4x=4a+3b+4+2x0.5I 守恒：x=a+2c+4解得：b=5, c=0.5,此題平衡時NHd濃度無法求的，反應的平衡常數(shù)K=4x5=20例3、【答案】0.8 niol-L inin180%1.25【解析】設平衡時CO為x mol, H2為y mol, CH30H為zmol,則CH30cH3為2z mol, H2O為b mol,根據:C 守恒：x+z+2x2z=4H 守恒：2y+4z+6

16、x2z+2b=2x8O 守恒：x+z+2z+b=44 - xCO 的轉化率= 80%,解得 x=0.8, y=L6, z=0.64, b=L28,4v(H2)=(8-1.6W=08|no|L.lmin.1>2L4min 反應I中CO的轉化率為80%,則生成的CH30H為4x80%=3.2,反應II生成的CH30cH3為2z即2x0.64= l.28moLq SA則反應II轉化的2xL28=2.56mol,則反應II中CHxOH的轉化率a= = 80%3.2根據之前所解方程,可得平衡時:CH-QH、玲、CO的濃度分別為0.32moIL/、0.8mol L O4mol L1,反應I0 32的

17、平衡常數(shù)K= 一；一 = 1.250.8-e0.4【經典練習】1、122、B3、0.164、B5、B/ bx(3Z? + 4J)6、4(l-)x(4-24)7、0.24 1 <類型二競爭反應(平行反應)75例1、【答案】0.22/廠【解析】對于競爭反應，本題同樣采取原子守恒法設平衡時CO2為x mol, Hz為y mol, CO為z mol,根據:C 守恒：x+n+z=0.5H 守恒：2y+4n+0.3x2=0.9x2O 守恒：2x+n+0.3+z=0.5x20.5+ 0.9_ 1.4x + y + n + 0.3 + z1解得：x=0.2, y=0.2, z=0.1, i】=0.2平衡后物質的總量：0.2+0.6-2x0.2+0.2+0