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

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：

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Q_c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：

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

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。