化学中气体平衡产率计算公式,化学平衡计算方法和常用公式

首页 > 上门服务 > 作者:YD1662023-06-27 09:55:22

化学中气体平衡产率计算公式,化学平衡计算方法和常用公式(1)

容器体积可变(恒压体系)的气体平衡计算

一、定性问题定量解决

例1.甲醇是制备工业乙酸的原料,目前世界上一半以上的乙酸都采用甲醇与CO气体反应来制备。某实验小组在一个恒压密闭容器中加入0.20mol CH3OH和0.22mol CO气体,发生反应:

化学中气体平衡产率计算公式,化学平衡计算方法和常用公式(2)

一定温度下达到平衡后测得甲醇的转化率为60%,容器体积为2L;维持温度不变,往上述达到平衡的恒压容器中,再在瞬间通入0.12mol CH3OH和0.06mol CO和混合气体,平衡的移动方向为________(填“向左”或“向右”或“不移动”),理由是__________ 。

错解剖析:平衡向右移动是普遍性的错误。错因:只考虑增加反应物,平衡一定右移,忽视了增加反应物的量在恒压密闭容器中反应物浓度不一定增大,故平衡不一定移动。

正确思维:在恒压密闭容器中,再增加CH3OH和CO的量,要分析容器体积是否发生变化,如果容器体积发生变化,所增加的反应物其浓度有否变化。实际上此题应计算并比较K与Qc的关系,然后再确定平衡移向。由甲醇的转化率为60%,求得平衡n(CH3OH)=0.08mol,n(CO)=0.1mol,n(总)= 0.18 mol,容器体积为2L,两种气体(CH 3 COOH为纯液体平衡浓度为1)的平衡浓度依次为0.04mol·L -1 、0.05mol·L -1 ,代入K=1/[ c (CH 3 OH)× c (CO)],可求得K=500。再增加CH 3 OH和CO的量共为0.18mol,总物质的量为原平衡体系的2倍,故容器体积为4L。此时 n (CH 3 OH)=0.2mol, n (CO)=0.16mol,两种气体浓度依次为0.05mol·L -1 、0.04mol·L -1 ,代入 Q c =1/[ c (CH 3 OH)× c (CO)],可求得 Q c =500。 Q c =K,平衡不移动。

二、定量问题定量解决

例2.甲醇是一种重要的可再生能源。通过下列反应可以制备甲醇:

化学中气体平衡产率计算公式,化学平衡计算方法和常用公式(3)

在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 mol H2,CO 的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示,当达到平衡状态A时,容器的体积为10 L。如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H2,则在平衡状态B时容器的体积为

化学中气体平衡产率计算公式,化学平衡计算方法和常用公式(4)

A.7 L B.2L C.14/3L D.无法计算

错解剖析:根据平衡状态A的CO转化率为50%,可得达平衡时气体总物质的量为20mol,而平衡状态B的CO转化率为80%,可得达平衡时气体总物质的量为14mol,利用气体的物质的量之比等于气体的体积比推知20mol∶14mol =10 L∶V,V=7L。其错因是气体的物质的量之比等于体积比的前提条件是同温同压,起始状态A 与B 的压强相同,但由图示知平衡状态A 与B 的压强不同,故此推理不正确。根据平衡状态B 的CO转化率为80%,可得达平衡时气体总物质的量为14mol,利用气体的物质的量之比等于气体的体积比30mol∶14mol= =10 L∶V,V=14/3L。其错因是平衡状态A 与B 的压强不同,且30mol 混合气体是起始的总物质的量与平衡状态B 混合气体的总物质的量不能成正比关系,故选项C错。不知利用温度不变时平衡常数K不变的条件求解,只好误选D。

正确思维:平衡状态A的CO转化率为50%,可得平衡时三种气体的物质的量分别为n(CO)=5mol,n(H2)=10mol,n(CH3OH)=5mol,其平衡浓度依次为0.5mol·L-1、1mol·L-1、0.5mol·L-1,代入K==c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)] ,可求得K=1。平衡状态B 的CO转化率为80%,可得达平衡时三种气体的物质的量分别为 n (CO)=2mol, n (H 2 )=4mol, n (CH 3 OH)=8mol,设在平衡状态B 时容器体积为VL,则三种气体的平衡浓度依次为2/Vmol·L -1 、4/Vmol·L -1 、8/Vmol·L -1 ,由于A 与B 的温度均为T 1 ,平衡常数K不变,代入K表达式可求得V=2。正确答案为B。

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