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类型1 连续型多反应体系
连续平衡是指两个可逆反应有关联,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(计算第二个反应的转化率尤为重要)。
例1 [2023.河北,17(1)③]氮是自然界重要元素之一,研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。
恒温下,将1mol空气($N_{2}$和$O_{2}$的体积分数分别为0.78和0.21,其余为惰性组分)置于容积为$V$L的恒容密闭容器中,假设体系中只存在如下两个反应:
ⅰ.$N_{2}(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO(g)$ $K_{1}$ $\Delta H_{1}$
ⅱ.$2NO(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$ $K_{2}$ $\Delta H_{2}=-114kJ\cdot mol^{-1}$
若上述平衡体系中$c(NO_{2}) = a mol\cdot L^{-1}$,$c(NO)=b mol\cdot L^{-1}$,则$c(O_{2}) =$__________$mol\cdot L^{-1}$,$K_{1}=$__________(写出含$a$、$b$、$V$的计算式)。
连续平衡是指两个可逆反应有关联,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(计算第二个反应的转化率尤为重要)。
例1 [2023.河北,17(1)③]氮是自然界重要元素之一,研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。
恒温下,将1mol空气($N_{2}$和$O_{2}$的体积分数分别为0.78和0.21,其余为惰性组分)置于容积为$V$L的恒容密闭容器中,假设体系中只存在如下两个反应:
ⅰ.$N_{2}(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO(g)$ $K_{1}$ $\Delta H_{1}$
ⅱ.$2NO(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$ $K_{2}$ $\Delta H_{2}=-114kJ\cdot mol^{-1}$
若上述平衡体系中$c(NO_{2}) = a mol\cdot L^{-1}$,$c(NO)=b mol\cdot L^{-1}$,则$c(O_{2}) =$__________$mol\cdot L^{-1}$,$K_{1}=$__________(写出含$a$、$b$、$V$的计算式)。
答案:
$\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2}$ $\frac{b^{2}}{(\frac{0.78}{V}-\frac{a + b}{2})\times(\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2})}$
解析 根据三段式:
$N_{2}(g) + O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO(g)$
起始/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{0.78}{V}$ $\frac{0.21}{V}$ 0
转化/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{a + b}{2}$ $\frac{a + b}{2}$ $a + b$
平衡/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{0.78}{V}-\frac{a + b}{2}$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}$ $a + b$
$2NO(g) + O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$
起始/$(mol\cdot L^{-1})$ $a + b$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}$ 0
转化/$(mol\cdot L^{-1})$ $a$ $\frac{a}{2}$ $a$
平衡/$(mol\cdot L^{-1})$ $b$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}-\frac{a}{2}$ $a$
$c(O_{2}) = (\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2})mol\cdot L^{-1}$,$K_{1}=\frac{c^{2}(NO)}{c(N_{2})\cdot c(O_{2})}=\frac{b^{2}}{(\frac{0.78}{V}-\frac{a + b}{2})\times(\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2})}$。
解析 根据三段式:
$N_{2}(g) + O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO(g)$
起始/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{0.78}{V}$ $\frac{0.21}{V}$ 0
转化/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{a + b}{2}$ $\frac{a + b}{2}$ $a + b$
平衡/$(mol\cdot L^{-1})$ $\frac{0.78}{V}-\frac{a + b}{2}$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}$ $a + b$
$2NO(g) + O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$
起始/$(mol\cdot L^{-1})$ $a + b$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}$ 0
转化/$(mol\cdot L^{-1})$ $a$ $\frac{a}{2}$ $a$
平衡/$(mol\cdot L^{-1})$ $b$ $\frac{0.21}{V}-\frac{a + b}{2}-\frac{a}{2}$ $a$
$c(O_{2}) = (\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2})mol\cdot L^{-1}$,$K_{1}=\frac{c^{2}(NO)}{c(N_{2})\cdot c(O_{2})}=\frac{b^{2}}{(\frac{0.78}{V}-\frac{a + b}{2})\times(\frac{0.21}{V}-\frac{2a + b}{2})}$。
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