Question

将2molH₂O和2molCO置于1L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：

2H₂O(g) 2H₂＋O₂

2CO＋O₂2CO₂

(1)当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是________和________，或________和________(填它们的分子式).

(2)若平衡时O₂和CO₂的物质的量分别为n(O₂)_平＝amol，n(CO₂)_平＝bmol，试求n(H₂O)_平＝________(用含a、b的代数式表示).

 

Answer 1

答案：
解析：

(1)H2和H2O或CO和CO2 (2)2－2a－b

提示：

本题设两问，其特点是从一般到特殊。答题时，即可以顺着题序填空，也可以在全面审题后，先解答第(2)问，再回答第(1)问。其实，从一般到特殊，或从特殊到一般，都是分析解决各类问题常用的科学方法。学习化学，不仅应提高具体解答各种题目的能力，而且还应当注重对解题科学方法与科学思维方面的训练。 (1)题设情境同时存在着两个反应的化学平衡，其平衡系统共含有5种气体(H2O(g)、H2、O2、CO和CO2)，欲求出混合气体所有组分的平衡浓度(或物质的量)，未知量是5个。由基础数学(代数)知识得知，应该有5个关系式，才可以解出5个未知量，也就是说，若能列出五元一次联立方程组，则问题可迎刃而解。题目已给出了H2O和CO起始时的物质的量。根据物质守恒定律，在题设的两个反应达到平衡时，可以写出下列3个关系式： H原子守恒：2·n(H2O)平＋2·n(H2)平＝2·n(H2O)始 O原子守恒：n(H2O)平＋2·n(O2)平＋n(CO)平＋2·n(CO2)平＝n(H2O)始＋行(CO)始 C原子守恒：n(CO)平＋n(CO2)平＝n(CO)始式中，n始和n平分别代表有关物质在起始和平衡时的物质的量。将题给数据代人上式，即得联立方程式：                                             ①                             ②                                               ③ 显然，欲求出上述5种气体的平衡组成，尚需两个条件这一点题中已指明。然而由③式知，n(CO)和n(CO2)两个量是直接相关的，知其一，则知其二；n(H2)和n(H2O)的关系也如此(由式①可知)。所以，若这两种气体是H2和H2O(g)，或者是CO和CO2时，实际上只相当增加了一个已知条件，所以还不能求出全部混合气体的平衡组成(比如，n(H2O)平和n(O2)平，或者n(CO)平和n(CO2)平就不可能求出)。 (2)将n(O2)平＝α mol和n(CO2)平＝b mol 代人③式得：n(CO)平＋bmol＝2mol，即n(CO)平＝(2－b) mol 代入②式得：n(H2O)平＋2α mol＋(2－b) mol＋2b mol＝4 mol 即  n(H2O)平＝(2－2a－b) mol 第(2)问也可直接求解。由第一个方程式可知，每生成1molO2，需消耗2molH2O(g)；又由第二个方程式可知，每生成1molCO2，要消耗molO2，此氧也来自H2O(g)，所以每生成lmolCO2，相当? 谝