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透視化學(xué)平衡中的轉(zhuǎn)化率

2015-06-05 07:18:13蔣玉美
中學(xué)化學(xué) 2015年2期
關(guān)鍵詞:反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率容器

蔣玉美

一、計(jì)算公式

轉(zhuǎn)化率是指物質(zhì)在反應(yīng)中已轉(zhuǎn)化的量與該物質(zhì)總量的比值。所研究的對(duì)象為反應(yīng)物,可求取某一物質(zhì)在某一化學(xué)反應(yīng)中的最大轉(zhuǎn)化率,能夠表示在一定的濃度、溫度下所反應(yīng)的限度。采用符號(hào)α表示:

轉(zhuǎn)化率(α)=反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化濃度(或物質(zhì)的量)反應(yīng)物的起始濃度(或物質(zhì)的量)×100%

二、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率與濃度變化的關(guān)系

1、對(duì)于分解反應(yīng):

aA(g)bB(g)+cC(g)

要視反應(yīng)前后物質(zhì)的計(jì)量數(shù)而定。

設(shè)開(kāi)始時(shí)在V L容器中盛有1 mol A,達(dá)到平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為α 。在同一溫度同一容器中,最初投入2 mol A,根據(jù)化學(xué)平衡原理,構(gòu)造如圖1所示途徑:

(Ⅰ)、(Ⅱ)具有完全相同的狀態(tài),當(dāng)抽出隔板后,外界條件不變,所得狀態(tài)(Ⅲ)中A的轉(zhuǎn)化率與(Ⅰ)、(Ⅱ)相同,仍為α。狀態(tài)(Ⅳ)是(Ⅲ)加壓的結(jié)果,而增大壓強(qiáng),平衡將向氣體體積縮小的方向移動(dòng)。故有:

①若a=b+c,增加A的濃度,A的轉(zhuǎn)化率不變。

②若a>b+c,增加A的濃度,A的轉(zhuǎn)化率變大。

③若a

2.對(duì)于有多種物質(zhì)參加的可逆反應(yīng):

aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)

(1)增大A的濃度,B的轉(zhuǎn)化率一定增大,而A的轉(zhuǎn)化率反而減小;減小A的濃度,B的轉(zhuǎn)化率一定減小,A的轉(zhuǎn)化率則增大。

(2)若同時(shí)等倍增大A、B的濃度,則要視反應(yīng)前后物質(zhì)的計(jì)量數(shù)而定。

①若a+b=c+d,增加A、B的濃度,A、B的轉(zhuǎn)化率不變。

②若a+b>c+d,增加A、B的濃度,A、B的轉(zhuǎn)化率變大。

③若a+b

三、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率與平衡移動(dòng)的關(guān)系

若改變一個(gè)條件后,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率變化,則可能是改變了溫度、壓強(qiáng)或濃度;若轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化,則可能是使用了催化劑或反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)改變了壓強(qiáng),也可能是反應(yīng)前后氣體體積不變的分解反應(yīng)改變了反應(yīng)物的濃度。

四、典例分析

1.轉(zhuǎn)化率大小的比較

例1已知在四個(gè)封閉容器中,容積均相等,均進(jìn)行相同的可逆反應(yīng),反應(yīng)化學(xué)方程式

為:

2A(g)+B(g)3C(g)+2D(g)

甲A:2 mol B:1mol

乙A:1mol B:1mol

丙A:2mol B:2mol

丁A:1mol B:2mol

在同樣溫度下,建立平衡,下列哪一選項(xiàng)可正確表示A或B轉(zhuǎn)化率的關(guān)系( )。

A.A的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:甲、乙、丙、丁

B.A的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:甲、丙、乙、丁

C.B的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:甲、丙、乙、丁

D.B的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:丁、乙、丙、甲

解析本題所給可逆反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)。甲與乙相比,相當(dāng)于甲在乙的基礎(chǔ)上增加A的量,故A的轉(zhuǎn)化率減小,B的轉(zhuǎn)化率增大。乙與丁相比,相當(dāng)于丁在乙的基礎(chǔ)上增加B的量,故A的轉(zhuǎn)化率增大,B的轉(zhuǎn)化率減小。乙與丙相比,相當(dāng)于丙在乙的基礎(chǔ)上增加等量的A和B,則相當(dāng)于對(duì)原容器加壓,不利于正向反應(yīng),故A、B的轉(zhuǎn)化率都比乙低。因此A的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:甲、丙、乙、丁,B的轉(zhuǎn)化率從小到大順序:丁、丙、乙、甲。答案為B。

2.根據(jù)轉(zhuǎn)化率的變化確定化學(xué)方程式

例2在一定條件下,按照不同的比例將物質(zhì)X與物質(zhì)Y放入到封閉容器中,其反應(yīng)達(dá)到平衡后,對(duì)X、Y轉(zhuǎn)化率α進(jìn)行測(cè)量,得到α與起始時(shí)物質(zhì)X、物質(zhì)Y的物質(zhì)量之比n(X)n(Y)的關(guān)系如圖2所示,下列正確表示X和Y反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ( )。

2A.2X+3YZ B.3X+2YZ

C.X+3Y2Z D.3X+Y2Z

解析當(dāng)n(X)n(Y)=3時(shí),α(X)=α(Y),而α(X)=Δn(X)n(X),α(Y)=Δn(Y)n(Y),故有Δn(X)n(X)=Δn(Y)n(Y),所以Δn(X)Δn(Y)=n(X)n(Y),則X與Y的系數(shù)比為3,因此答案為D。

3.根據(jù)轉(zhuǎn)化率的變化推斷影響平衡移動(dòng)的因素

例3現(xiàn)有可逆反應(yīng):

mA(g)+nB(g)xC(g);

ΔH=a kJ·mol-1

該反應(yīng)在不同溫度和壓強(qiáng)(p1、p2)條件下,反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的變化情況如圖3所示。下列判斷正確的是()。

A.a<0,m+nx C.a>0,m+n0,m+n>x

解析根據(jù)“先拐先平”原則可知第一個(gè)圖中p1>p2,由圖像知,壓強(qiáng)越大,A的轉(zhuǎn)化率越高,則加壓平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),故m+n>x;由第二個(gè)圖知,升高溫度,A的轉(zhuǎn)化率下降,故正反應(yīng)為放熱反應(yīng),因此a<0。所以答案為B。

4.轉(zhuǎn)化率的有關(guān)計(jì)算

例4在適宜條件下,將2 mol N2、8 mol H2進(jìn)行反應(yīng)

N2+3H22NH3

當(dāng)達(dá)到某一溫度后,處于平衡狀態(tài)。此時(shí)對(duì)平衡混合氣體中氫氣的相對(duì)密度加以測(cè)量,得到數(shù)值為4.19。則N2的轉(zhuǎn)化率為多少?

解析設(shè)N2的轉(zhuǎn)化率為α。

由題意得,平衡時(shí)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為4.19×2=8.38

N2 + 3H2 2NH3

始/mol 2 8 0

變/mol 2α 6α 2α

平/mol 2-2α 8-6α 2α

則有:2×28+8×22-2α+8-6α+2α=8.38,α=0.352=35.2%

(收稿日期:2014-12-10)

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