(能力提升)守恒法在化学平衡多重反应中应用

由天下分享时间：2025/1/15 6:21:31 加入收藏我要投稿点赞

守恒法在化学平衡多重反应中的应用 ——平衡常数、平衡浓度、转化率计算类型一连续反应连续平衡是指有关的两个可逆反应有着关联，第一个反应的某一生成物，是第二个反应的反应物。解题时要注意如果该物质是第一个反应的生成物，第二个反应的反应物；则在第一个反应中，该物质的初始量为0，它的平衡量则为第二个反应中该物质的初始量 (在计算第二个反应的转化率尤为重要) 例1、[2019·天津Ⅰ·节选] 在 1 L真空密闭容器中加入 a mol PH4I固体，t℃ 时发生如下反应： PH4I (s)PH3(g) + HI (g) ① 4 PH3(g)P4(g)+ 6H2(g) ② 2HI (g)H2 (g) + I2 (g) ③

达到平衡时，体系中n(HI)=b mol，n(I2)=c mol， n(H2)=d mol，则t℃时反应①的平衡常数K值为例2、将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3的浓度 A．9 B．16 C．20 D．25 例3、二甲醚是一种清洁能源，用水煤气制取二甲醚的原理如下： I、CO(g)+2H2(g)II、2CH3OH(g)

CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)

NH3(g)＋HI(g) ②2HI(g)

H2(g)

＋I2(g)达到平衡时，c(H2)＝0.5mol·L-1，c(HI)＝4mol·L-1，则此温度下反应①的平衡常数为，平衡时

500K时，在2L密闭容器中充入4molCO和8molH2，4min达到平衡，平衡时CO的转化率为80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3)，则： ①0～4min，反应I的v(H2)＝______

②反应II中CH3OH的转化率α＝__________，反应I的平衡常数K＝_______ 【经典练习】

1、将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)2、加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5(g)平衡常数为( ) A．10.7

B．8.5

C．9.6

D．10.2

3、在某温度T时能同时发生反应：①2N2O5(g)2 N2O4(g)+O2(g) k1

2 NO2(g) k2 ②N2O4(g)

若向一体积固定为2L的密闭容器内加入N2O5 2 mol 一段时间后，容器内的反应达到平衡，此时n(NO2)＝0.4 mol已知K2＝0.1，请计算出k1＝

4、在容积为2 L的恒容密闭容器中充入4 mol N2O3，恒温t℃时发生反应：N2O3(g)N2O3(g)＋O2(g)

A. c(N2O3)＝0.8 mol/L B. c(N2O3)＝0.1 mol/L C. c(N2O)＝0.5 mol/L D. c(N2O)＝1.2 mol/L 5、某温度下，C和H2O(g)在密闭溶液器中发生下列反应：C(s)＋H2O(g)

CO(g)＋H2(g)，CO(g)＋H2O(g)

CO2(g)

＋H2(g)，当反应平衡时，测得c(H2)＝1.9 mol / L，c(CO)＝0.1 mol / L，则CO2的浓度为( ) A. 1 mol/L B. 0.9 mol/L C. 1.9 mol/L D. 1.8 mol/L

6、某温度下，4molH2O和lmolCH4在体积为2L的刚性容器内同时发生I、II反应，达平衡时，体系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，则该温度下反应I的平衡常数K值为__________________(用字母表示) I、CH4(g)＋H2O(g)II、CO(g)＋H2O(g)

CO(g)＋3H2(g) △H1＝+206.4kJ·mol－1 CO2(g)＋H2(g) △H2

N2O(g)＋O2(g)，

N2O5(g)，达平衡时，测得N2O5为0.7 mol / L，O2为0.5 mol / L，则( )

NH3(g)＋HI(g) ②2HI(g)

H2(g)

＋I2(g)达到平衡时，c(H2)＝0.5mol·L-1，c(HI)＝3mol·L-1，则此温度下反应①的平衡常数为_____

N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)

N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L

的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol，则t ℃时反应①的

7、甲醚又称二甲醚，简称DME，熔点－141.5 ℃，沸点－24.9 ℃，与石油液化气(LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下：

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①CO(g)＋2H2(g)②2CH3OH(g)

CH3OH(g) ΔH1＝－90.0 kJ·mol1 CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2

－

有人模拟该制备原理，500 K时，在2 L的密闭容器中充入2 mol CO和6 mol H2,5 min达到平衡，平衡时CO的转化率为60%，c(CH3OCH3)＝0.2 mol·L1，用H2表示反应①的速率是________ mol·L1·min1，可逆反应②的平衡常数K2＝________。若在500 K时，测得容器中n(CH3OCH3)＝2n(CH3OH)，此时反应②的v正____v逆(填“＞”“＜”或“＝”)

类型二竞争反应(平行反应) 平行反应是指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应，得出不同的产物。其中反应较快或产物在混合物中所占比率较高的称为主反应，其余称为副反应。解题时要注意如果一个物质是两个平行反应的反应物，则题目中所给初始量则是该物质在这两个反应中的初始量之和例1、CO2在 Cu-ZnO催化下，同时发生如下反应I，II，是解决温室效应和能源短缺的重要手段。 Ⅰ、CO2(g)+3H2(g)Ⅱ、CO2(g)+H2(g)量及总压强如下表：

CH3OH (g)+H2O(g) △H1<0 CO(g)+ H2O(g) △H2>0

保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的

若反应I、II均达平衡时，p0=1.4p，则表中n=__________；反应1的平衡常数Kp=________ (kPa)－2。(用含p的式子表示) 【经典练习】

1、二甲醚(CH3OCH3)是一种新兴化工原料，具有甲基化反应性能。反应i 2CH3OH(g)反应ii 2CH3OH(g)

物质分压/MPa 度计算；结果保留两位有效数字)

2、CO2在Cu?ZnO催化下，可同时发生如下的反应I、II，其可作为解决温室效应及能源短缺的重要手段。，保持温度T不变，在一刚性密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量如下表：

I、CO2(g)＋3H2(g)II、CO2(g)＋H2(g)

起始/mol 平衡/mol CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－57.8kJ/mol CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ/mol

CO2 5.0 H2 7.0 CH3OH 0 n1 CO 0 H2O(g) 0 n2 总压/kPa p0 p CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH1

C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－29.1 kJ·mol1

CH3OH(g) 0.16 CH3OCH3(g) 0.288 C2H4(g) 0.016 H2O(g) … －

某温度下，以CH3OH(g)为原料，平衡时各物质的分压数据如下表：

则反应i中，CH3OH(g)的平衡转化率α＝________，反应i的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓若反应I、II均达平衡时，p0＝1.2p，则表中n1＝_____；若此时n2＝3．则反应I的平衡常数Kp＝_____(无需带单位，用含总压p的式子表示)

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3、NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：反应I：4NH3(g) +5O2(g)反应 II：4NH3(g)+3O2(g)

4NO(g) +6H2O(g) 2N2(g) +6H2O(g)

△H＝－905.0 kJ·molˉ1 △H＝－1266.6 kJ·mol-1

氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH3和2mol O2，测得有关物质的量关系如下图：

①该催化剂在低温时选择反应_______(填“ I ”或“ II”）。 ② 52℃时，4NH3+3O2

2N2+6H2O的平衡常数K＝_______(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)

③ C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因________ 4、CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)度变化如图所示：

CH4(g)＋2H2O(g) C2H4(g)＋4H2O(g)

为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温

该催化剂在较低温度时主要选择______(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝________(只列算式不计算)。

5、将4 mol SO3气体和4 mol NO置于2 L容器中，一定条件下发生如下可逆反应(不考虑NO2和N2O4之间的相互转化)：2SO3(g)物质的量为________

(2)当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是SO3和________或NO和________(填它们的分子式)

(3)在其他条件不变的情况下，若改为起始时在1 L容器中充入2 mol NO2和2 mol SO2，则反应达到平衡时，c(SO2) 是________ mol·L1

－

2SO2(g)＋O2(g)，2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)

(1)当上述系统达到平衡时，O2和NO2的物质的量分别为n(O2)＝0.1 mol，n(NO2)＝3.6 mol，则此时SO3气体的

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【守恒法在化学平衡多重反应中的应用】答案

类型一连续反应例1、[2019·天津Ⅰ·节选]

8c－2d2d－8c

b+b或b【答案】K＝() K＝(－)b

33【解析】对于连续反应，本题采取原子守恒法

设平衡时为PH4I 为x mol，PH3为y mol，P4为z mol，根据：

P守恒：a=x+y+4z H守恒：4a=4x+3y+b+2d I守恒：a=x+b+2c 解得：x=a-b-2c，y=

3b?8c-2dd-c3b?8c-2d，z=，则反应的平衡常数k=()b

363例2、【答案】20 5 mol·L-1

【解析】设起始状态时NH4I为x mol·L-1 ，平衡时NH4I为a mol·L-1，NH3为b mol·L-1，I2为c mol·L-1，根据：N守恒：x=a+b

H守恒：4x=4a+3b+4+2×0.5 I守恒：x=a+2c+4

解得：b=5，c=0.5，此题平衡时NH4I浓度无法求的，反应①的平衡常数K=4×5=20 例3、【答案】①0.8 mol·L-1·min-1 ②80% 1.25

【解析】设平衡时CO为x mol，H2为y mol，CH3OH为zmol，则CH3OCH3为2z mol，H2O为b mol，根据： C守恒：x+z+2×2z=4 H守恒：2y+4z+6×2z+2b=2×8 O守恒：x+z+2z+b=4

4-x?80%，解得x=0.8，y=1.6，z=0.64，b=1.28， 4(8-1.6)molv(H2)＝L-1·min-1， ?0.8mol·

2L?4minCO的转化率=

反应I中CO的转化率为80%，则生成的CH3OH为4×80%=3.2，反应II生成的CH3OCH3为2z即2×0.64=1.28mol，则反应II转化的2×1.28=2.56mol，则反应II中CH3OH的转化率α＝2.56?80% 3.2根据之前所解方程，可得平衡时：CH3OH、H2、CO的浓度分别为0.32mol·L-1、0.8mol·L-1、0.4mol·L-1，反应I的平衡常数K＝【经典练习】 1、12 2、B 3、0.16 4、B 5、B 6、

0.32?1.25 0.82?0.4b??3b?4d?4?1?b?d???4?b?2d?

7、0.24 1 ＜

类型二竞争反应(平行反应)

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7522p例1、【答案】0.2

【解析】对于竞争反应，本题同样采取原子守恒法

设平衡时CO2 为x mol，H2为y mol，CO为z mol，根据： C守恒：x+n+z=0.5 H守恒：2y+4n+0.3×2=0.9×2 O守恒：2x+n+0.3+z=0.5×2

0.5?0.91.4?x?y?n?0.3?z1解得：x=0.2，y=0.2，z=0.1，n=0.2

0.2+0.2+0.3+0.3-0.2=1.0mol 平衡后物质的总量：0.2+0.6-2×

平衡后各物质分压： CO2(g):（0.2/1）P=0.2P H2(g) :(0.2/1)P=0.2P CH3OH (g):(0.2/1)P=0.2P H2O(g):(0.3/1)P=0.3P Kp=

?0.2P??0.2P2p230.2P?0.3P=

【经典练习】 1、75% 3.6 2、1.0mol Kp=75 4p20.22×0.96