【doc】水煤气转化反应中有关CO平衡转化率问题的证明

【doc】水煤气转化反应中有关CO平衡转化率问的证明 水煤气转化反应中有关CO平衡转化率问题 的证明 第18卷第1期 2005年3月 眚名取技术晕 JournalofQingdaoVocationalandTechnicalCollege Vo1.18No.1 Mar.2005 水煤气转化反应中 有关CO平衡转化率问题的证明 徐增花 (山东化工职业学院,山东淄博255406) 摘要:针对水煤气转化反应CO(g)+Hz0(g)——C0z(g)+Hz(g)在一定温度下达到化学平衡后,若再增 加C0的用量,C0的平衡转化率是否提高这个问题,本文从理论上进行了证明,结果表明,Co的平衡转化率 降低了,同时说明了反应物的平衡转化率与反应起始状态有关,要想提高某一反应物的平衡转化率,可以采用 增加另一反应物用量的办法. 关键词:化学平衡;增加C0的用量;CO的平衡转化率 中图分类号:061文献标识码:A文章编号:1672—2698(2005)01-0065-02 在国家教育部高职高专规划教材《无机化学》[1] 第二章课后有这样一个选择题:对于反应:CO(g)+ HO(g)一COz(g)+H(g)如果要提高C0的平衡 转化率可以采用.(A)增加C0的用量;(B)增 加HO(g)的用量;(C)两种办法都可以;(D)两种办 法都不可以. 结果在增加C0的用量是否能够提高C0的平 衡转化率这个问题上引起了争论.有的同学认为,增 加CO的用量,平衡向右移动,CO的平衡转化率提高 了,而有些同学认为CO的平衡转化率降低了.目前 对此问题还没有进行理论上的证明[2],为了能从理论 上说明这个问题,本文进行了证明. 一 ,平衡转化率Gt 平衡转化率口是指可逆反应达化学平衡时,反应 物转化为生成物的百分比,用a来表示:则可逆反应 CO(g)+HO(g)CO(g)+H(g)中C0的平衡 转化率a一平衡时C0已转化了的量/C0的起始量. 二,C0的平衡转化率问题的证明 在一定温度下,上述可逆反应达化学平衡后,若 增加反应物CO的用量,CO的平衡转化率将怎样变 化呢? (一)第一次达化学平衡状态时C0的转化率Gt 设平衡时系统总压力为PkPa CO(g)+Hz0(g)C0z(g)+Hz(g) 起始物质的量(too1)nln200 平衡时物质的量(too1)nl(1一口1)n2一n1口lnl口lnl口l 平衡时分压(kPa)Pl(CO)P(H2O)P(CO,)P(H2) 其中:P1(CO)一n1(1一Gt1)P1/(n1+n2); P1(H20)一(n2一n1Gt1)P1/(n1+n2);P1(C02)一P1 (H2)一n1a1P1/(n1+n2) 则根据平衡常数的定义,得: K7一{P1(C0)/Pc×P1(H2)/Pc}/{P1(CO)/Pc× P1(H20)/P} 一 {n1Gt1Pl/F(n1+n2)Pc]×n1a1P1/F(n1+n2) Pc]}/{n1(1一a1)P1/F(n1+n2)Pc]×(n2一nlOt1) P1/F(n1+n2)Pc]} 一n1a12/E(1一a1)(n2一n1a1YI (二)增加C0的用量,再次达化学平衡状态时 C0的平衡转化率a 若再向第一次达到平衡后的系统中加入了?n 摩尔的CO气体,设再次达到化学平衡时,系统总压 力为PkPa,则有: CO(g)+HzO(g)一C0z(g)+Hz(g) 起始物质的量(too1)nl(1一m)+AnI】2一nl~tlnlmnl 平衡时物质的量(too1)(nl+An)(1-a2)I】2一(nl+An)a2(nl+An)a2(nl+?n)? 平衡时分压(kPa)P2(cO)Pz(1-lz0)P2(C02)Pz(H2) 其中:P2(C0)一(n1+?n)(1一a2)P2/(n1+n2 +?n) P2(H20)一En2一(n1+?n)a2]P2/(n1+ n2+?n) P2(C02)一P2(H2)一(n1+?n)a2P2/ (n1+n2+?n) 则标准平衡常数 K;一{P2(CO2)/Pc×P2(H2)/Pc}/{P2(C0)/Pc× 收稿日期:2004—10—09 作者简介:徐增花(1968一),女,山东利津人,高级讲师,硕士研究生. 65 2005年第1期眚名私哉术晕 P2(H20)/P) 一 (n1+?n)a2./{[n2一(n1+?n)a2](1一 a2)) (三)a】与a2大小的比较 对于同一化学反应,在反应温度一定时,其标准 平衡常数值一定.所以,K一K;. 即n1a1/E(1一a1)(n2一n1m)]一(n1+/kn) a2/{[n2一(n1+?n)a2](1一a2))(1) (n一na)为第一次达到化学平衡状态时Hz0 (g)的摩尔数,n2一(n+?n)az则为第二次达到化学 平衡状态时H0(g)的摩尔数,因此: n2一n1a1>n2一(n1+?n)a2(2) 由(1)式和(2)式可以推出: n1a1./(1一a1)>(n1+?n)a2./(1一a2)(3) 又..'n1<n1+An ...al/(1——a1)>a2/(1——a2)(4) 假设a<a,则由(4)式可以得出:1一a<1一 a,即a>a,结果与假设相反,故假设不成立,即a >a得证.也就是说,对可逆反应CO(g)+Hz0(g) —— C0z(g)+H2(g),若增加C0的用量,虽然平衡 向右移动,但CO的平衡转化率却降低了. 三,增加CO用?后.H0的平衡转化率a(H0)的 变化 第一次达化学平衡状态时H0的平衡转化率: a1(H20)一n1a1/n2(5) 若再向第一次达到化学平衡后的系统中加入了 An摩尔的CO气体,设再次达到化学平衡时,H0 的平衡转化率: a2(H20)=(n1+?n)a2/n2(6) 由(2)式可以得出: (n1+?n)a2>n1a1(7) 由(5),(6)及(7)式可以得出:az(Hzo)>a(Hz 0).也就是说,对可逆反应CO(g)+HzO(g)一 CO(g)+H(g),若增加CO的用量,由于化学平衡 向右移动,H0(g)的平衡转化率升高了.同理可证, 对于上述可逆反应,若增加H0(g)的用量,CO的平 衡转化率将会升高. 四,结论 (一)针对水煤气转化反应CO(g)+HzO(g)-- CO(g)+Hz(g)在一定温度下达到化学平衡后,若 再增加CO的用量,C0的平衡转化率是否提高这个 问题,本文从理论上进行了证明,结果表明,CO的平 衡转化率降低了,也就是说,上述可逆反应达化学平 衡后,若再增加CO的用量,不能提高CO的平衡转 化率. (二)本文同时说明了反应物的平衡转化率与反 对于任意可逆反应来说,若增加某 应起始状态有关, 一 反应物的用量,不能提高此反应物本身的平衡转化 率,但可以提高另一反应物的平衡转化率.也就是 说,要想提高可逆反应中某一反应物的平衡转化率, 可以采用增加另一反应物用量的办法. 参考文献: [1]高职高专化学教材编写组编.无机化学[M].北 京:高等教育出版社,2000. E2]武汉大学,吉林大学,等.无机化学[M].北京:高 等教育出版社,1983. [3]高职高专化学教材编写组.无机化学[M].北京: 高等教育出版社,2000. TheProofoftheProblemaboutCOBalancingTransformationRateinthe TransformationReactionofWaterGas XUZeng—hua (ShandongChemicalVocationalCollege,Zibo,Shandong255406) Abstract:ThispaperhastheoreticallyprovedwhetherthetransformationrateofC0increaseswhenthe quantityofCOisincreasedafterthetransformationreactionofwatergas(C0(g)+H20(g)— C02(g)+H2 (g))hasbalanced.ThefindingshowsthatthetransformationrateofCOreduces,andatthesametime,it showsthatthetransformationrateofreactantsiSrelatedtOtheoriginalreaction.IfwewanttOincreasethe transformationrateofareactant,wecanincreasethequantityofanotherreactant. Keywords:chemicalequilibrium;increasingthequantityofCO;thetransformationrateofCO 66