高中化学三段式
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[分析] 在反应方程式下用“三段式”列出各物质的开始、转化、平衡的量 3A(g)+B(g)===xC(g)+2D(g) 开始物质的量 3mol 2.5mol 0 0 转化的物质的量 1.5mol 0.5 mol 1mol 反应速率 0.1mol· L-1· s-1 平衡时物质的量 1.5mol 2 mol 1mol 1 mol 由D的生成量,根据方程式可计算出A、B的转化量分别为1.5mol 、 0.5mol。 所以,B的转化率为0.5/2.5=20%。 由题意,D的反应速率为 1mol/(2L· 5s)=0.1mol· L-1· s-1 根据C、D的平均反应速率之比等于化学计量数比,可得x=2。 根据平衡时A的物质的量,A的平衡浓度为1.5mol/2L=0.75mol/L。
等效平衡可分为三种类型: (1)等温等容下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料 相当.例如,在恒温恒容的两个相同容器中,分别投入1mol N2、 3mol H2 与2mol NH3,平衡时两容器中NH3的质量分数相等.
(2)等温等压下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料 比相等.例如,在恒温恒压条件下的两个容器中,分别投入 2.5mol N2、5mol H2 与5mol N2、10mol H2,平衡时两容 器中NH3的质量分数相等.
答案:A、D
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(3)对于反应前后气体体积数不变的可逆反应,无论是等 温等容还是等温等压,只要按相同比例投料,达平衡后与原平 衡等效
[例2] 把3molA和2.5molB混合,充入2L密闭容器中,发生下列反应: 3A(g)+B(g)===xC(g)+2D(g) 经5秒钟反应达到平衡,生成1D,并测得C的平均反应速率为0.1mol· L1· s-1,则此反应中B的转化率为 ,C的化学计量数x为 ,A的平衡浓 为 。
三段式计算
典例分析
[例1] 在一定条件下已测得反应2CO2====2CO+O2 其平衡体系的平均相对分子质量为M,则在此条件下二氧化碳的分解率为
。
[分析] 假设起始二氧化碳的物质的量为2mol,分解率为x 2 CO2 ====2 CO + O2 开始物质的量 2mol 0 0 转化的物质的量 2x 2x x 平衡物质的量 2—2x 2x x 根据质量守恒定律,反应前后气体的总质量为88g,反应后气体的总的物质的量为 (2—2x)+2x+ =2—x 由摩尔质量的定义得 M=88g/(2—x)mol 所以 x=(88—2M)/M
【解析】这是一个“等效平衡”题.首先判断等效平衡的类型为等温等容下的等效 平衡,平衡等效的条件是“反应物的投料相当”.投料相当如何体现在具体的物质 当中呢?我们可以采用“一边倒”的极限法.凡能与起始时反应物2molNH3相同的, 都可以得到N2的百分含量也为a%,即为等效平衡.根据方程式2NH3 N2 + 3H2分析: A. 将3molH2和1molN2完全转化为NH3,生成NH32mol与起始时反应物2mol NH3 相同; B. 2molNH3和1molN2,比起始时2molNH3多了1molN2; C. 将3molH2和 2molN2转化为NH3时生成NH32mol,同时余1mol N2,比起始时2molNH3多了 1molN2; D. 将0.95molN2和2.85molH2完全转化为NH3时生成NH3 1.9mol,再加上 加入的0.1mol NH3,共为2mol NH3,与起始时2mol NH3相同
化学平衡状态的达到与化学反应途径无关.即在相同 的条件下,可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始, 还是从既有反应物又有生成物开始,达到的化学平衡状态 是相同的,平衡混合物中各组成物质的百分含量保持不变, 也就是等效平衡.
等效平衡的内涵是,在一定条件下(等温等容或等温等 压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后, 任何相同组分的质量分数(或体积分数)都相同,这样的 平衡互为等效平衡。
【 例】 在1L密闭容器中通入2molNH3,在一定温度下发生下列反应:
2NH3 N2 + 3H2,达到平衡时容器内N2的百分含量为a%,若维持容器的体 积和温度不变,分别通入下列几组物质,达平衡时,容器内N2的百分含量也 为a%的是( ). A. 3mol H2和1mol N2 B. 2mol NH3和1mol N2 C. 2mol N2和3mol H2 D. 0.1mol NH3,0.95mol N2和2.85mol H2