
5.多平衡體系中有關(guān)平衡常數(shù)的計算技巧(1)有關(guān)多平衡體系平衡常數(shù)的計算,如何確定多個反應(yīng)相關(guān)聯(lián)物質(zhì)在平衡時量的多少是解題的關(guān)鍵點。若用常規(guī)的三段式計算,對反應(yīng)過程分析要求高,容易出錯。但無論多少個反應(yīng),反應(yīng)進(jìn)行的程度如何,反應(yīng)前后的原子總數(shù)是不變的,因而解答這類問題可用原子守恒法,可規(guī)避對反應(yīng)過程的分析。
(2)原子守恒法解題基本思路
類型1 連續(xù)型多反應(yīng)體系連續(xù)平衡是指兩個可逆反應(yīng)有關(guān)聯(lián),第一個反應(yīng)的某一生成物是第二個反應(yīng)的反應(yīng)物。解題時要注意如果該物質(zhì)是第一個反應(yīng)的生成物,第二個反應(yīng)的反應(yīng)物,則在第一個反應(yīng)中,該物質(zhì)的初始量為0,它的平衡量則為第二個反應(yīng)中該物質(zhì)的初始量(計算第二個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率尤為重要)。
例1 [2023·河北,17(1)③]氮是自然界重要元素之一,研究氮及其化合物的性質(zhì)以及氮的循環(huán)利用對解決環(huán)境和能源問題都具有重要意義。恒溫下,將1 ml空氣(N2和O2的體積分?jǐn)?shù)分別為0.78和0.21,其余為惰性組分)置于容積為V L的恒容密閉容器中,假設(shè)體系中只存在如下兩個反應(yīng):ⅰ.N2(g)+O2(g) 2NO(g) K1 ΔH1ⅱ.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) K2 ΔH2=-114 kJ·ml-1若上述平衡體系中c(NO2)=a ml·L-1,c(NO)=b ml·L-1,則c(O2)= ml·L-1,K1= (寫出含a、b、V的計算式)。
類型2 競爭反應(yīng)(平行反應(yīng))例2 CO2在 Cu?ZnO催化下,同時發(fā)生如下反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ,是解決溫室效應(yīng)和能源短缺的重要手段。Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g) ΔH10保持溫度T時,在容積不變的密閉容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及達(dá)到平衡時,容器內(nèi)各氣體物質(zhì)的量及總壓強(qiáng)如下表:
若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡時,p0=1.4p,則表中n= ??;反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp= kPa-2(用含p的式子表示)。?
思路引導(dǎo) 利用C、H、O原子守恒計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量,再求各物質(zhì)的平衡分壓,帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計算。
1.[2024·安徽,17(2)(3)]乙烯是一種用途廣泛的有機(jī)化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注?;卮鹣铝袉栴}:(2)C2H6直接脫氫反應(yīng)為C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示,則ΔH4 0(填“>”“p2>p1,即p3對應(yīng)的壓強(qiáng)是1.0 MPa。由題圖可知,p3、100 ℃條件下達(dá)到平衡時,CO和Ni(CO)4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.1、0.9,
設(shè)初始投入的CO為4 ml,反應(yīng)生成的Ni(CO)4為x ml,可得三段式: Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)起始/ml 4 0轉(zhuǎn)化/ml 4x x平衡/ml 4-4x x反應(yīng)后總物質(zhì)的量為(4-3x) ml,根據(jù)阿伏加德羅定律,其他條件相同時,氣體的體積分?jǐn)?shù)即為其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),
3.[2023·湖北,19(1)(2)(3)(4)(5)]納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下,C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成。C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的反應(yīng)機(jī)理和能量變化如圖:回答下列問題:(1)已知C40Hx中的碳?xì)滏I和碳碳鍵的鍵能分別為431.0 kJ·ml-1和298.0 kJ·ml-1,H—H鍵能為436.0 kJ·ml-1。估算C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJ·ml-1。
由C40H20和C40H18的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)歷程可以看出,C40H20中斷裂了2根碳?xì)滏I,C40H18形成了1根碳碳鍵,所以C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH=(431×2-298-436) kJ·ml-1=+128 kJ·ml-1。
(2)圖示歷程包含 個基元反應(yīng),其中速率最慢的是第 個。
(3)C40H10納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為 、 。?
由C40H20的結(jié)構(gòu)分析,可知其中含有1個五元環(huán),10個六元環(huán),每脫兩個氫形成一個五元環(huán),則C40H10總共含有6個五元環(huán),10個六元環(huán)。
(4)1 200 K時,假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)發(fā)生,反應(yīng)過程中壓強(qiáng)恒定為p0(即C40H12的初始壓強(qiáng)),平衡轉(zhuǎn)化率為α,該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp為 (用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。?
程中,斷裂和形成的化學(xué)鍵相同
(1)減小 (2)0.8
(1)9 減小 > 50%(2)①溫度升高,反應(yīng)速率增大?、?.48 9.472
(1)反應(yīng)溫度相同,進(jìn)氣比越大,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小;進(jìn)氣比相同,反應(yīng)溫度越高,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大(或進(jìn)氣比越大,反應(yīng)溫度越低,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小)(2)TE=TG KE=KG=1 (3)> 4
1.對于反應(yīng)CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0,反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正p(CO2)·p(H2)-k逆p(CO)·p(H2O),其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù),p為氣體的分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。(1)降低溫度,k正-k逆 (填“增大”“減小”或“不變”)。?
2.某化學(xué)興趣小組模擬SO2催化氧化制備SO3,在2 L剛性容器中進(jìn)行下列三組實驗,數(shù)據(jù)如下:
(1)T1 ℃時平衡常數(shù)K= (保留兩位有效數(shù)字)。?
(2)若T1=T3,則α (填“>”“”“=”或“
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