大单元四 专题10 拓展应用 原子守恒法在多平衡体系计算中的应用（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（苏教版 江苏专用）

拓展应用　原子守恒法在多平衡体系计算中的应用 原子守恒法解题的基本思路： 1．[2022·河北，16(2)②]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。 Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 恒温恒压条件下，1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为a，CO2(g)的物质的量为b mol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝__________[写出含有a、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Kx＝，x为物质的量分数]。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，a＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为__________(结果保留两位有效数字)。 答案　　0.43 解析　由已知信息知，转化的CH4 (g)为a mol，剩余的CH4(g)为(1－a) mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(a－b) mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1－a－b) mol，H2(g)的物质的量为(3a＋b) mol，则反应混合物的总物质的量为(2a＋2) mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量分数分别为、、、，因此，反应Ⅰ的平衡常数Kx＝＝；其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，a＝0.90，b＝0.65，则平衡时，CH4(g)为0.1 mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25 mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5－0.90－0.65) mol＝3.45 mol，H2(g)的物质的量为3.35 mol，平衡混合物的总物质的量为7.8 mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为≈0.43。 2．[2020·山东，18(2)]探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为________ mol·L－1 (用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为__________。 答案　　 解析　由题给反应的化学方程式可知，对于反应Ⅰ，每生成1 mol甲醇的同时生成1 mol水；对于反应Ⅲ，每生成1 mol一氧化碳的同时生成1 mol水；对于反应Ⅱ，每消耗1 mol一氧化碳的同时生成1 mol甲醇；由此可知，生成的水的物质的量等于生成的甲醇和一氧化碳的物质的量之和，即生成水的物质的量为(a＋b) mol，即水的浓度为 mol·L－1。由C原子个数守恒可知，平衡时混合气体中CO2的物质的量为(1－a－b) mol，由H原子个数守恒可知，平衡时混合气体中H2的物质的量为[3－2a－(a＋b)] mol，因此平衡常数K＝。 3．[2019·天津，7(5)]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 4PH3(g)P4(g)＋6H2(g)　② 2HI(g)H2(g)＋I2(g)　③ 达平衡时，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________(用字母表示)。 答案　(b＋)b 解析　反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c) mol，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c) mol，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝[b＋2c－(d－c)] mol＝(b＋) mol，反应①的平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋)b。 学科网（北京）股份有限公司 $