对于这种双平衡或多平衡的情况处理原则:
设多个平衡依次达到——第一个反应达到最终平衡状态(除与其它平衡有关的物质外,其它物质都达到最终平衡时的浓度),然后第二个反应再达到平衡,依次类推。
当最后一个反应平衡时,体系中各物质的浓度都遵守各反应的平衡常数。
就本题而言,分析如下:
平衡时CH4和CO2体积比为1:1,则物质的量之比也为1:1,
设平衡时CH4、CO2的物质的量均为x
CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)
初 1mol 2mol 0 0
平 x 1mol+x 1mol-x 3mol-3x 除CH4外,其它为第二个反应的初始量
变 1mol-x 1mol-x 1mol-x 3(1mol-x) 变化量之比等于系数比
CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g)
初 1mol-x 1mol+x 0 3mol-3x 该反应开始时,容器内没有CO2
平 2.2mol(最终平衡的物质的量)
变 3x-0.8mol 3x-0.8mol 3x-0.8mol 3x-0.8mol(要生成CO2,就要生成H2,
H2要增加,变化量为平衡量减去初始量)
从第一个平衡得出平衡时,CH4的物质的量为x
从第二个平衡得出平衡时,CO2的物质的量为:3x-0.8mol
则有:x=3x-0.8mol 解得:x=0.4mol
由此得出反应②中各物质的平衡物质的量分别为:
CO:(1mol-x) - (3x-0.8mol) = 0.2mol
H2O:(1mol+x) - (3x-0.8mol) = 1.0mol
CO2:0.4mol
H2:2.2mol
由于是在同一窗器中进行的反应,各物质的物质的量除以容积即为浓度。由于方程式系数均为1,可以用物质的量代替浓度计算。
平衡常数为:(2.2 × 0.4)÷(1.0 × 0.2)= 4.4
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