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高中化学平衡相关的两个结论

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我们经常看到以下结论:
1、加入某一个反应物,该反应物转化率必定降低。
2、反应物按化学计量数的比投料时,产物的占比最高。
这两个结论看上去都挺合理,但很多同学(包括我)尝试去推导这两个结论,结果都是证不出来不了了之。
证不出来就对了,这两个结论并不是通用的,都是有条件的。


IP属地:浙江来自Android客户端1楼2023-11-28 12:29回复
    由于初始投料比与转化率之间的关系过于复杂,是一个隐函数,难以直接求导,我做了一个表格,通过列表描点连线画图像来判断。虽然不是特别严谨,不过足够得出规律了。
    假设反应为aA+bB=cC,A的量保持不变,B的量逐渐增大,然后计算平衡时B的转化率和C最终的占比。
    不难看出,当左右系数相等的时候,这两条结论都满足。


    IP属地:浙江来自Android客户端2楼2023-11-28 12:38
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      但如果左右系数不等,尤其是B的系数比较大的时候,就出问题了。比如合成氨反应,假设氮气不变,氢气浓度不断增大,图像是这样的,很明显氢气的转化率是先升后降的,结论1错误。氮气保持300kPa,两个函数的最值点分别是618和1032kPa,怎么都跟化学计量比1:3八竿子打不着,结论2错误。


      IP属地:浙江来自Android客户端3楼2023-11-28 12:46
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        假如改成氢气不变,氮气增大,那么图像是这样的,结论1正确,而C浓度的最值点120跟按照计量比的100还是有明显差距,因此仍然不符合,结论2错误。


        IP属地:浙江来自Android客户端4楼2023-11-28 12:50
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          对于结论2,还有一种情况也考虑一下:反应物的总量一定,两种反应物的比例不同。这种情况下图像是这样的,B的最大转化率与化学计量比仍然没有关系,但C占比最大的时候A与B的比例确实是1:3,因此结论2此时成立。


          IP属地:浙江来自Android客户端5楼2023-11-28 12:57
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            最有用的一集,又回忆起高中被化学折磨的时光


            IP属地:天津来自iPhone客户端6楼2023-11-28 13:08
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              对于结论1,我又试了一些系数,发现结论1与左右两边系数和无关,而是与B和C的系数有关,B和C系数都是1的时候,还满足单调递减,把B系数改成1.1,立刻出来了一个峰。因此结论1成立的条件是b<c,即改变浓度的反应物系数小于生成物系数的总和。



              IP属地:浙江来自Android客户端7楼2023-11-28 13:10
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                因此,对于左右系数和不相等的反应,两条结论的正确描述是:
                1、如果充入的反应物的系数小于生成物系数总和,那么该反应物转化率必定降低,否则无法判断。
                2、如果反应物的总浓度一致,那么在反应物比例符合化学计量比的时候生成物占比最多。如果某一个反应物浓度固定然后改变另一生成物浓度,那么生成物占比最大时并不符合化学计量比。
                造成这个的原因也不难理解,因为反应进程是线性的,但Q是乘方,两者的变化规律显然不一致,尤其是系数大于1的时候。


                IP属地:浙江来自Android客户端8楼2023-11-28 13:21
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                  表格我就不发了,我就把两个最核心的公式发一下,大家想自己试试的话直接复制公式然后自己做个表就行
                  C5:
                  =LET(r,SEQUENCE(10000,1)/10000,c,$C$2/$B$2*B5*r,a,(A5>$A$2/$B$2*B5*r)*(A5-$A$2/$B$2*B5*r),b,B5*(1-r),INDEX(r,MATCH($D$2,c^$C$2/a^$A$2/b^$B$2*100^($A$2+$B$2-$C$2),1)))
                  D5:
                  =LET(r,C5,c,$C$2/$B$2*B5*r,a,A5-$A$2/$B$2*B5*r,b,B5*(1-r),c/(a+b+c))


                  IP属地:浙江来自Android客户端9楼2023-11-28 13:24
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                    好贴,顶


                    IP属地:福建来自Android客户端10楼2023-11-28 14:57
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                      第一个可以用勒夏特利原理解释,增加某一反应物,在这一瞬间,该反应物转化率当然降低,然后,等新的平衡建立以后,会减弱这种改变,但并不能消除这种改变。


                      IP属地:广东来自Android客户端11楼2023-11-28 15:08
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                        Excel吧黄牌


                        IP属地:广东来自Android客户端13楼2023-11-28 15:25
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                          拿mma作图可能好一点?


                          IP属地:广东来自Android客户端14楼2023-11-28 15:37
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                            这只是高中忽略了很多复杂条件下的理论情况,实际上由于很多奇奇怪怪的效应会发生不小的偏差,涉及到一些酶促反应更是如此


                            IP属地:安徽来自Android客户端15楼2023-11-28 15:47
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                              支持
                              好帖


                              IP属地:陕西来自Android客户端16楼2023-11-28 15:49
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